景觀生態(tài)閘閘型選擇研究

猶 爽

（中國(guó)電建集團(tuán)成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，四川 成都 610000）

目前，我國(guó)各大省市均加快了生態(tài)文明建設(shè)的步伐，為實(shí)現(xiàn)“綠水青山”的美好愿景，流域治理及其景觀提升成了生態(tài)文明建設(shè)重中之重的任務(wù)。在生態(tài)景觀工程中，景觀效果的呈現(xiàn)及親水性的體驗(yàn)至關(guān)重要，而景觀生態(tài)閘的建設(shè)為水域提供取水條件，并可形成大水面景觀效果，因此景觀生態(tài)水閘的合理應(yīng)用十分重要。

1 底軸旋轉(zhuǎn)式鋼閘

（1）特性。底軸旋轉(zhuǎn)式鋼閘是一種大跨度底軸驅(qū)動(dòng)翻板閘門(mén)，能夠?qū)崿F(xiàn)雙向擋水、靈活啟閉、閘門(mén)開(kāi)度可調(diào)、工程隱蔽、無(wú)礙防汛和通航、改善河道景觀等功能，其組成部分有土建結(jié)構(gòu)、帶固定軸的鋼性壩體、液壓驅(qū)動(dòng)裝置設(shè)備及底板等。閘門(mén)門(mén)體上帶有底橫軸，其受力全部傳于底橫軸，再通過(guò)底鉸傳給閘底板，閘門(mén)通過(guò)閘墩內(nèi)的液壓?jiǎn)㈤]機(jī)控制。

（2）行洪能力。臥倒能緊貼底板（底軸高出底板約27cm），單跨過(guò)洪能力好，河床不阻水。但閘墩需布設(shè)液壓?jiǎn)㈤]機(jī)，尺寸相對(duì)較大，河岸景觀打造難度較高。

（3）啟閉操作。鋼性閘門(mén)采用啟閉機(jī)執(zhí)行啟閉工作，運(yùn)行速度為1～2m/min，即一般工程完成升壩和塌壩的時(shí)間不超過(guò)2min，因此可對(duì)來(lái)水流量變化作出積極反應(yīng)，可有效保證突發(fā)洪水時(shí)及時(shí)泄洪。

（4）景觀效果。鋼閘門(mén)，整體性好，門(mén)頂溢流可形成瀑布遮蔽盾板結(jié)構(gòu)，景觀效果好。但跨度較大時(shí)，跨間閘墩需布設(shè)液壓?jiǎn)㈤]機(jī)房，尺寸相對(duì)較大，影響景觀效果。

（5）運(yùn)行年限。鋼閘門(mén)對(duì)漂浮物、推移質(zhì)的承受能力較強(qiáng)，有利于泄洪沖沙，抗沖磨性能較好，結(jié)構(gòu)耐久性好。鋼壩的設(shè)計(jì)使用壽命可達(dá)50～60年，鋼性閘門(mén)的運(yùn)轉(zhuǎn)件的材料是在水下運(yùn)行若干年無(wú)需加潤(rùn)滑油的特殊復(fù)合材料，該材料在水下不會(huì)銹蝕，需30年左右進(jìn)行一次防腐。

（6）運(yùn)行可靠性。鋼壩需配套兩臺(tái)新型驅(qū)動(dòng)型式的驅(qū)動(dòng)裝置，采用浮標(biāo)開(kāi)關(guān)控制，可達(dá)到無(wú)人操作液壓系統(tǒng)，根據(jù)洪水漲落，實(shí)現(xiàn)活動(dòng)壩面的自動(dòng)升降。與此同時(shí)，也可進(jìn)行電腦遠(yuǎn)程控制，實(shí)現(xiàn)一控多管。該新型驅(qū)動(dòng)裝置無(wú)須油管、泵站等附屬設(shè)施，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、運(yùn)行管理方便。此外，還配備了手動(dòng)裝置，可在出現(xiàn)停電或其他故障時(shí)用約5kg的操作力進(jìn)行手動(dòng)操作。新型自動(dòng)裝置與手動(dòng)裝置共同保證了塌壩和立壩的可靠性和安全性。但在洪汛期，因地下廊道標(biāo)高低于擋水高度，且傳動(dòng)軸的密封不嚴(yán)或邊墻、廊道滲漏，地下廊道會(huì)經(jīng)常被滲水浸泡，特別是在斷電情況下，廊道的積水抽排難度較大，一般無(wú)法入室排患和進(jìn)行任何除險(xiǎn)作業(yè)，因此也無(wú)法開(kāi)啟閘門(mén)，具有一定的安全隱患；液壓系統(tǒng)維護(hù)費(fèi)用高，漏油污染水質(zhì)，且僅利用底軸轉(zhuǎn)矩控制壩面運(yùn)行，受力結(jié)構(gòu)不太合理。

（7）設(shè)備造價(jià)。土建工程、金屬結(jié)構(gòu)、機(jī)電設(shè)備建設(shè)成本較高?？萜跈z修需布置上游圍堰，且液壓設(shè)備運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用較高。底軸旋轉(zhuǎn)式生態(tài)閘（施工期）如圖1所示。

圖1 底軸旋轉(zhuǎn)式生態(tài)閘（施工期）

2 氣盾式鋼閘

（1）特性。也稱氣動(dòng)鋼盾橡膠壩，其結(jié)構(gòu)主要由底壩、盾板、充氣氣囊及控制系統(tǒng)等組成。鋼盾板主要提供正面蓄水；充氣氣囊具有沖漲能力可對(duì)蓄水盾板進(jìn)行支撐；基礎(chǔ)錨固螺栓和軟連接起構(gòu)筑壩整體結(jié)構(gòu)的作用；充排系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)升壩和降壩的關(guān)鍵。強(qiáng)化鋼板可在擋水時(shí)抵御撞擊力，當(dāng)塌壩行洪時(shí)，強(qiáng)化鋼板覆蓋壩袋，盾板氣覆蓋囊，從而使得氣囊與流水、沙石、冰凌完全隔開(kāi)，氣囊也不因流水的拍打、震動(dòng)產(chǎn)生磨損，氣囊處于更安全的保護(hù)狀態(tài)。此外，壩袋對(duì)鋼板的支撐作用為柔性支撐，受力面大，并且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行穩(wěn)定。整套閘門(mén)系統(tǒng)攔河寬度不受限制，可完全倒伏在河底無(wú)水位落差且中間不需要閘墩，泄水面幾乎與河道寬度一致，可實(shí)現(xiàn)大面積高效率泄水。各部件均可預(yù)制，安裝工期不長(zhǎng)，盾板及氣囊模塊化，便于修復(fù)。

（2）行洪能力。臥倒能緊貼底板，單跨過(guò)洪能力好，河床不阻水。

（3）啟閉操作。氣盾式鋼閘具有氣囊對(duì)蓄水盾板進(jìn)行支撐，基礎(chǔ)錨固螺栓和軟連接構(gòu)筑壩的整體結(jié)構(gòu)，充排系統(tǒng)提供運(yùn)行動(dòng)力，從而實(shí)現(xiàn)升壩和降壩。啟閉速度略慢，啟閉時(shí)間需10～15min，對(duì)來(lái)水流量變化反應(yīng)速度略慢。但不同跨可分開(kāi)獨(dú)立運(yùn)行，可長(zhǎng)期壩頂溢流，對(duì)來(lái)水流量變化作出積極反應(yīng)，有效保證突發(fā)洪水時(shí)能及時(shí)泄洪。

（4）景觀效果。氣囊充氣時(shí)更容易形成整體平衡，增強(qiáng)鋼閘門(mén)整體性，門(mén)頂溢流可形成瀑布遮蔽盾板結(jié)構(gòu)，景觀效果尚可，但若閘門(mén)頂部不溢流，氣囊出露對(duì)景觀效果有一定影響。

（5）運(yùn)行年限。鋼閘門(mén)對(duì)漂浮物、推移質(zhì)的承受能力較強(qiáng)，有利于泄洪沖沙，抗沖磨性能較好，結(jié)構(gòu)耐久性好，但氣囊易受到漂浮物破壞。鋼壩的設(shè)計(jì)使用壽命可達(dá)50～60年，氣囊的使用壽命約30年。鋼性閘門(mén)的運(yùn)轉(zhuǎn)件采用特殊復(fù)合材料，需約30年左右進(jìn)行一次防腐。

（6）運(yùn)行可靠性。強(qiáng)化鋼板既可擋水時(shí)抵御撞擊力又可覆蓋壩袋，盾板完全覆蓋氣囊，運(yùn)行穩(wěn)定。與此同時(shí)，氣盾式鋼閘實(shí)現(xiàn)了無(wú)運(yùn)行安全盲點(diǎn)的重大突破：無(wú)需充水橡膠壩的強(qiáng)排系統(tǒng)和無(wú)液壓翻板壩的液壓充排系統(tǒng)，以及沒(méi)有斷電造成的危險(xiǎn)，設(shè)手動(dòng)排氣閥，實(shí)現(xiàn)順利泄洪；特別是洪汛期間，在無(wú)法正常供電或意外斷電時(shí)，仍可隨時(shí)手動(dòng)降壩、安全泄洪。

（7）設(shè)備造價(jià)。土建工程、金屬結(jié)構(gòu)、機(jī)電設(shè)備建設(shè)成本較高，運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用較高。氣盾式鋼壩（施工期）如圖2所示。

圖2 氣盾式鋼壩（施工期）

3 液壓翻板壩

（1）特性。液壓翻板壩采用了自卸汽車力學(xué)原理，并且結(jié)合了支墩壩水工結(jié)構(gòu)型式的活動(dòng)壩，因此具擋水和泄水雙重功能。液壓翻板壩的構(gòu)造部分有弧形（或直線）壩面、液壓桿、支撐桿、液壓缸和液壓泵站等幾個(gè)部分。液壓缸直頂以底部為軸的活動(dòng)可攔水壩面的背部，實(shí)現(xiàn)升壩攔水，從而達(dá)到降壩行洪?；瑒?dòng)支撐桿對(duì)活動(dòng)壩面的背面進(jìn)行支撐，構(gòu)成穩(wěn)定的支撐墩壩。小液壓缸及限位卡，可實(shí)現(xiàn)支撐墩壩固定和活動(dòng)，即可達(dá)固定攔水，活動(dòng)降壩的目的。設(shè)有手動(dòng)推桿開(kāi)關(guān)，控制操作液壓系統(tǒng)，根據(jù)洪水漲落，人工操作活動(dòng)壩面的升降。

（2）行洪能力。液壓翻板壩在低水頭時(shí)水力條件優(yōu)越。該壩可基本保持原河床，可暢泄洪水而不阻水；可以調(diào)節(jié)壩高溢流，可控制上游水位和泄流量。但若有大型漂浮物卡阻于液壓桿處則會(huì)影響啟閉，需設(shè)支墩保護(hù)啟閉設(shè)備，擋水后下游支墩外露，有阻洪風(fēng)險(xiǎn)。

（3）啟閉操作。通過(guò)液壓設(shè)備控制，可在非共振區(qū)任意開(kāi)度啟閉、停留。啟閉速度快，啟閉時(shí)間為2min左右，能夠?qū)?lái)水流量變化作出積極反應(yīng)。

（4）景觀效果。液壓翻板壩屬于低水頭擋水建筑物，采用雙三角形超定理結(jié)構(gòu)，可無(wú)限寬度式組裝，面板間無(wú)需設(shè)置閘墩，適用范圍廣，廣泛使用于水利灌溉，城市美化環(huán)境等方面可形成寬闊的水面，但需設(shè)支墩保護(hù)啟閉設(shè)備，擋水后下游支墩外露，景觀效果略差。

（5）運(yùn)行年限。結(jié)構(gòu)耐久性好，設(shè)計(jì)使用壽命長(zhǎng)，能達(dá)到50年左右。

（6）運(yùn)行可靠性。液壓壩最大的問(wèn)題是液壓?jiǎn)㈤]油缸位于溢流水下，遭遇大的漂浮物撞擊及泥沙淤積影響大，油缸容易變形或卡塞，從而影響閘門(mén)啟閉。液壓壩主液壓缸及基座位于閘的底部，啟閉油缸及部分油管軟管裸露在常水下，因此需在上下游設(shè)置圍堰檢修，檢修成本較大。

（7）設(shè)備造價(jià)。液壓翻板壩具有施工簡(jiǎn)單，施工工期短的優(yōu)點(diǎn)，與統(tǒng)水閘相比，減少了閘墩、大量金屬結(jié)構(gòu)埋件和閘門(mén)啟閉設(shè)備，然而其混凝土工程量復(fù)雜，后續(xù)維護(hù)費(fèi)用較高。液壓翻板壩枯水期效果圖如圖3所示。

圖3 液壓翻板壩枯水期效果圖

4 結(jié)束語(yǔ)

（1）就功能而言，三種閘型都能下閘蓄水、頂部溢流，能形成穩(wěn)定的景觀水面。

（2）在行洪能力和水力條件等方面，氣盾式鋼閘不阻洪，水利條件較好；液壓翻板閘門(mén)也不阻洪，但卡阻風(fēng)險(xiǎn)較大；底軸旋轉(zhuǎn)式鋼閘門(mén)中墩阻洪，適應(yīng)性略差。

（3）就景觀效果而言，三種閘型均可形成景觀水面，且對(duì)閘門(mén)頂部空間無(wú)限制。其中，底軸旋轉(zhuǎn)鋼壩除中墩較大外，景觀效果較好；氣盾式鋼閘門(mén)閘頂不溢流時(shí)，氣囊出露；液壓翻板閘支墩出露，景觀效果較差。

（4）就啟閉操作速度而言，底軸旋轉(zhuǎn)式鋼閘門(mén)、液壓翻板閘門(mén)啟閉速度較快，對(duì)來(lái)水流量的反應(yīng)速度較快，相對(duì)較優(yōu)，氣盾式鋼閘門(mén)啟閉較慢。

（5）就運(yùn)行使用年限而言，三種閘型使用年限均較長(zhǎng)。

（6）就安全性能而言，底軸旋轉(zhuǎn)鋼壩存在運(yùn)行期廊道及啟閉機(jī)房的通風(fēng)、防滲排水及地震工況的抗變形協(xié)調(diào)問(wèn)題，且底軸容易折彎移位，對(duì)地基沉降較為敏感；氣盾式鋼閘整體安全性能高，需注意的是合同期應(yīng)跟廠家明確材料性能、保修范圍、保修期；液壓翻板壩液壓桿長(zhǎng)期在水下消力池底部，難于檢修，長(zhǎng)期有淤積風(fēng)險(xiǎn)，且液壓桿易卡阻影響閘門(mén)啟閉。

（7）就設(shè)備造價(jià)方面，氣盾式鋼閘門(mén)及底軸旋轉(zhuǎn)式鋼閘門(mén)造價(jià)較高，液壓翻板閘門(mén)造價(jià)較低。