新型活動(dòng)壩選型及應(yīng)用探討

袁軍鵬 張靜娜

【摘要】活動(dòng)壩結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用省，方便可靠，有較高的經(jīng)濟(jì)效益，為中小型引水工程提供一種較為理想的擋水建筑物。本文結(jié)合工程所在的泄流要求、河道地質(zhì)情況、周邊景觀要求、河流攜帶泥沙情況、施工工期、工程造價(jià)等綜合考慮，提出了五種新型活動(dòng)壩的適用范圍及應(yīng)用局限性，擇優(yōu)選用最合理的壩型，為中、小型水利工程壩型選擇提供指導(dǎo)。

【關(guān)鍵詞】活動(dòng)壩；適用條件；合頁(yè)壩；液壓升降壩；鋼壩閘

1引言

活動(dòng)壩是近代水利科技的一項(xiàng)革命性成果，以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低廉、便于管理等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于中小型引水、擋水等工程。目前，我國(guó)已有越來(lái)越多的活動(dòng)壩應(yīng)用于城市防洪、海水擋潮、農(nóng)業(yè)灌溉、城市河道景觀、小水電站等中、小型河道上，取代固定堰或降低固定堰的高度，達(dá)到自動(dòng)調(diào)節(jié)水位、改善城市生態(tài)環(huán)境，同時(shí)又能減少壩上洪水淹沒(méi)損失和泥沙淤積，

滿(mǎn)足城市防洪要求。目前，在我國(guó)以及美國(guó)和俄羅斯等國(guó)家，活動(dòng)壩被廣泛應(yīng)用，而且其結(jié)構(gòu)型式仍在被進(jìn)一步優(yōu)化改進(jìn)。

2新型活動(dòng)壩特點(diǎn)及適用條件

2.1橡膠壩

目前全世界用得最多的活動(dòng)壩是橡膠壩。橡膠壩主要適用于低水頭、大跨度的閘壩工程，如用于河道上作為低水頭、大跨度的滾水壩或溢流堰；用于渠系上作為進(jìn)水閘、分水閘、節(jié)制閘，能夠方便地蓄水和調(diào)節(jié)水位和流量。橡膠壩運(yùn)用條件與水閘相似，與常規(guī)閘壩相比又有以下特點(diǎn)：一、橡膠壩坍壩時(shí)壩袋緊貼河床不阻水，行洪順暢；二、施工工期短。壩袋只需3天～15天即可安裝完畢，多數(shù)橡膠壩工程當(dāng)年施工當(dāng)年受益；三、由于壩體為柔性軟殼結(jié)構(gòu)，能抵抗地震、波浪等沖擊，且止水效果好；四、壽命較常規(guī)閘門(mén)短，橡膠壩袋的使用壽命一般為15年；五、充水式橡膠壩冬季冰凍容易損壞壩袋，而充氣式橡膠壩不能調(diào)節(jié)壩高，不易控制下泄流量，容易水流集中引起河床局部沖刷，同時(shí)需配專(zhuān)人管理，冬天需破冰[1]。

2.2合頁(yè)活動(dòng)壩

合頁(yè)活動(dòng)壩是將自卸汽車(chē)力學(xué)原理與水工結(jié)構(gòu)型式相結(jié)合的新型活動(dòng)壩，具備擋水和泄水雙重功能[2]。合頁(yè)活動(dòng)壩的構(gòu)造由壩面、液壓桿、支撐桿、液壓缸和液壓泵站等組成，該壩主要工作方式是用液壓缸直頂以底部為軸的活動(dòng)攔水壩面的背部，實(shí)現(xiàn)升壩攔水，降壩行洪的目的。與常規(guī)閘壩相比有以下特點(diǎn)：一、合頁(yè)活動(dòng)壩壩體跨度大，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，支撐可靠，易于建造；二、結(jié)構(gòu)堅(jiān)固可靠，抗洪水沖擊能力強(qiáng)。不在河中設(shè)置支撐墩等任何阻水物體，活動(dòng)壩面放倒后可達(dá)到無(wú)壩一樣的泄洪效果。行洪過(guò)水、沖砂、排漂浮物效果都好。三、合頁(yè)活動(dòng)壩水力條件優(yōu)越，過(guò)流能力大，泄流量大。特別適用于橡膠壩不宜建造的多砂、多石、多樹(shù)、多竹和寒冷地區(qū)的河流。還可以做到任意調(diào)節(jié)壩高溢流，可控制上游水位和泄流量；四、合頁(yè)活動(dòng)壩耐久性較橡膠壩要長(zhǎng)，只要壩扇面結(jié)構(gòu)和液壓系統(tǒng)正常維護(hù)即可，維護(hù)管理費(fèi)用較低，產(chǎn)品設(shè)計(jì)使用壽命30年；五、合頁(yè)活動(dòng)壩通常適用于下游設(shè)計(jì)正常水位低于壩體液壓系統(tǒng)高程的工程，適用范圍較受限。由于液壓控制系統(tǒng)為較精密部件，長(zhǎng)期浸于水中不利于正常維護(hù)及保養(yǎng)，尤其對(duì)于水中含細(xì)粒泥沙較多的河道，不宜采用。

2.3翻板閘門(mén)

現(xiàn)在應(yīng)用最為廣泛的翻板閘門(mén)為水力自控翻板閘門(mén)，其工作原理是杠桿平衡與轉(zhuǎn)動(dòng)，水力自控翻板閘門(mén)是利用水力和閘門(mén)重量相互制衡，通過(guò)增設(shè)阻尼反饋系統(tǒng)來(lái)達(dá)到調(diào)控水位的目的：當(dāng)上游水位升高則閘門(mén)繞“橫軸”逐漸開(kāi)啟泄流；反之，上游水位下降則閘門(mén)逐漸回關(guān)蓄水，使上游水位始終保持在設(shè)計(jì)要求的范圍內(nèi)。水力自控翻板閘門(mén)有以下特點(diǎn)：一、無(wú)需機(jī)電設(shè)備及專(zhuān)人操縱泄流，且泄洪準(zhǔn)確及時(shí)，能節(jié)省人力、物力，特別在應(yīng)對(duì)突然洪水方面有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)；二、它完全借助水位的升高，水壓力的增大，逐漸自行開(kāi)啟閘門(mén)過(guò)流，且保持蓄水位不變。當(dāng)閘門(mén)全部打開(kāi)時(shí)，河床泄流狀況與天然河床相差無(wú)幾，當(dāng)水位降低時(shí)，閘門(mén)逐漸關(guān)閉蓄水，因此，防洪泄洪安全可靠，使用方便；三、由于自動(dòng)翻板閘門(mén)的設(shè)計(jì)計(jì)算理論的不甚完善和閘門(mén)的工作環(huán)境中影響因素的不可預(yù)測(cè)性，使得水力自控翻板閘門(mén)在某些水力條件下容易發(fā)生小開(kāi)度振動(dòng)拍打現(xiàn)象，雖然短期內(nèi)不至影響到整個(gè)閘壩的安全，但長(zhǎng)期的小開(kāi)度振動(dòng)拍打會(huì)導(dǎo)致翻板閘門(mén)底部和固定壩的疲勞破損，以致閘壩漏水嚴(yán)重，直至造成整個(gè)翻板閘壩工程的破壞[3]。四、自動(dòng)翻板閘門(mén)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)決定了其易被漂浮物卡塞或上游淤積不能自動(dòng)翻板而影響防洪安全，且洪水過(guò)后，翻板門(mén)再關(guān)上時(shí)易被異物卡住，造成大量漏水，不得不放空庫(kù)水，進(jìn)行人工清理，不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且造成水的大量流失。

2.4鋼壩閘

鋼壩閘又稱(chēng)底軸驅(qū)動(dòng)翻板閘門(mén)，主要由門(mén)葉、埋固部分、起閉設(shè)備組成是一種能夠?qū)崿F(xiàn)雙向擋水、靈活啟閉、閘門(mén)開(kāi)度無(wú)級(jí)可調(diào)、方便調(diào)度、改善河道景觀的新型閘門(mén)，這種閘門(mén)適合于閘孔較寬（10米-100米）而水位差比較小的工況（1-7米）。鋼壩閘有以下特點(diǎn)：一、由于閘孔寬，可以省建數(shù)孔閘墩，不僅結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，而且可以節(jié)省不少土建投資。二、可以立門(mén)蓄水，臥門(mén)行洪排澇，適當(dāng)開(kāi)啟調(diào)節(jié)水位，還可以利用閘門(mén)門(mén)頂過(guò)水，形成人工瀑布的景觀效果。三、通常啟閉設(shè)備位于閘墩內(nèi)，不影響周邊景觀，與周邊景觀相協(xié)調(diào)，且啟閉設(shè)備檢修較方便。四、由于為底軸驅(qū)動(dòng)，因此對(duì)底軸強(qiáng)度及剛度要求較高，對(duì)地基不均勻沉降敏感，抗震效果較差，不適于建于地質(zhì)條件較差的地段[4]。

2.5液壓升降壩

液壓升降壩是最近幾年發(fā)展推廣的新型壩型，也目前世界領(lǐng)先的活動(dòng)壩技術(shù)。液壓升降壩的構(gòu)造由壩面、液壓桿、支撐桿、液壓缸和液壓泵站組成。通過(guò)液壓缸直頂以底部為軸的活動(dòng)攔水壩面的背部，實(shí)現(xiàn)升壩攔水，降壩行洪的目的。它攻克了傳統(tǒng)活動(dòng)壩型的缺點(diǎn)，同時(shí)又具備傳統(tǒng)壩型的所有優(yōu)點(diǎn)：一、液壓升降壩結(jié)構(gòu)堅(jiān)固可靠，使用壽命長(zhǎng)。液壓升降壩的力學(xué)結(jié)構(gòu)最科學(xué)、運(yùn)行方式最合理。升起壩面后，形成一個(gè)穩(wěn)定的支撐墩壩結(jié)構(gòu)，一個(gè)固定的三角支撐，力學(xué)結(jié)構(gòu)最科學(xué)，抗洪水沖擊的能力極強(qiáng)。壩面向下游傾斜15度，水的流態(tài)明確，北方冬季結(jié)冰不會(huì)對(duì)它造成損壞，使用壽命長(zhǎng)。二、液壓升降壩自動(dòng)化程度高。采用浮標(biāo)開(kāi)關(guān)控制，操作液壓系統(tǒng)，達(dá)到無(wú)人管理，根據(jù)洪水漲落，實(shí)現(xiàn)活動(dòng)壩面的自動(dòng)升降。也可進(jìn)行電腦遠(yuǎn)程控制，實(shí)現(xiàn)一控多管。三、壩形美觀，可形成人造瀑布。壩面可噴色彩、文字、圖案。活動(dòng)壩面高度可隨意調(diào)節(jié)。上游有漂浮物時(shí)，只要操控一下液壓系統(tǒng)，即可輕松地沖掉，使河水清澈。上游水量較大時(shí)形成瀑布景觀和水簾長(zhǎng)廊奇觀，可供游人觀賞。四、液壓升降壩造價(jià)較其他壩型較高，液壓系統(tǒng)需進(jìn)行定期維護(hù)，且鋼閘門(mén)需定期涂漆保護(hù)，維護(hù)費(fèi)用較高[5]。

3總結(jié)

活動(dòng)壩運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用省，方便可靠，有較高的經(jīng)濟(jì)效益，為中小型引水工程提供一種較為理想的擋水建筑物，其功能非一般常規(guī)閘門(mén)所能及，能自動(dòng)調(diào)節(jié)水位，用于城市防洪蓄水后既能改善城市生態(tài)環(huán)境，又能滿(mǎn)足城市防洪要求。工程實(shí)際中應(yīng)根據(jù)工程所在的泄流要求、河道地質(zhì)情況、周邊景觀要求、河流攜帶泥沙情況、施工工期、工程造價(jià)等綜合考慮，擇優(yōu)選用最合理的壩型。

參考文獻(xiàn)：

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（3） 吳衛(wèi)峰，李靖誼.液控翻板閘門(mén)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].中國(guó)水利，2009，（20）

（4） 游孟陶.大型鋼壩閘在寧波象山大目灣閘橋工程中的應(yīng)用[J].城市道橋與防洪，2012，（7）：161-163

（5） 丁峰，劉月剛，邱象玉.液壓升降壩在城市河道中的選型設(shè)計(jì)[J].水利規(guī)劃與設(shè)計(jì)，2013，（3）：59-61