新型低水頭擋水閘壩選取原則及注意事項(xiàng)簡(jiǎn)述

柴向斌，趙愛莉，趙小軍，賈元杰

（山西省汾河流域管理局，山西 太原 030024）

隨著汾河流域生態(tài)修復(fù)工作的全面推進(jìn)，通過在河道中新建低水頭擋水閘壩已成為生態(tài)修復(fù)中蓄滯雨水資源，加大河流水域面積、增強(qiáng)地下水補(bǔ)給量，改善河段局部生態(tài)環(huán)境的重要工程措施之一。隨著水利產(chǎn)品技術(shù)的發(fā)展，國(guó)內(nèi)涌現(xiàn)出一批新型低水頭擋水閘壩，替代了傳統(tǒng)形式的低水頭擋水閘。傳統(tǒng)形式低水頭擋水閘的特點(diǎn)主要為單孔單扇、非溢流、底開式排水排沙、閘門兩側(cè)設(shè)中墩、連墩成橋、檢修方便，但存在閘墩較多、平面布置占地大、且擠占河道行洪斷面，在外觀上比較零亂，土建工程量大、總體投資高等問題。新型低水頭擋水閘壩是近年來在河道生態(tài)治理工程中用于蓄水分洪作用代替?zhèn)鹘y(tǒng)閘門而興起的一種（低水頭）新閘型，主要特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、美觀、無中墩、土建部分投資較小、啟閉靈活，已廣泛應(yīng)用于河道引水、蓄水、分洪、入?？跈n潮等水工建筑上，尤其是城市河道生態(tài)治理工程。

1 新型低水頭擋水閘壩介紹

目前國(guó)內(nèi)較為常見的新型低水頭擋水閘壩主要有橡膠壩、氣盾壩、鋼壩閘、液壓壩、舌瓣壩等，現(xiàn)將各閘壩的主要特點(diǎn)闡述如下：

1.1 橡膠壩

橡膠壩又稱橡膠水閘，分為充水式和充氣式兩種。充水壩的充排時(shí)間要長(zhǎng)于橡膠壩充氣壩。與常規(guī)閘壩相比，其主要特點(diǎn)：一是造價(jià)低，可減少投資30%～70%；二是施工期短，壩袋只需3～15 d即可安裝完畢；三是壩體為柔性軟殼結(jié)構(gòu)，抗震能力強(qiáng)（壩袋基礎(chǔ)之間是軟連接，不會(huì)因基礎(chǔ)變形造成系統(tǒng)失靈和喪失正常運(yùn)行能力）；四是充水（氣）式壩袋，需要單獨(dú)配備保障水源（常規(guī)設(shè)計(jì)中需配備水井）和建設(shè)泵房（供氣站）；五是壩頂溢流不易過高（橡膠壩設(shè)計(jì)規(guī)范中明確規(guī)定橡膠壩溢流不能超過50 cm）；六是難以實(shí)現(xiàn)蓄水高度的精準(zhǔn)化和自動(dòng)化控制；七是容易受到尖銳物體的損壞，且在北方地區(qū)冬季運(yùn)行需進(jìn)行破冰處理；八是壩袋易老化，壽命大約10～15年；九是立壩、塌壩時(shí)間長(zhǎng)，對(duì)河道快速截流、蓄水與泄洪不利；十是無法實(shí)現(xiàn)河道沖砂，容易造成樞紐前河段泥沙淤積。

1.2 氣盾壩

氣盾壩也稱氣動(dòng)盾形閘壩，其結(jié)構(gòu)主要由充氣氣囊、盾板及控制系統(tǒng)等組成，主要是結(jié)合橡膠壩和鋼閘門的部分特點(diǎn)改造而成。與常規(guī)閘壩相比其主要特點(diǎn)：一是和橡膠壩一樣具有造價(jià)低、施工期短、抗震能力強(qiáng)等特點(diǎn)；二是迎水面受盾板（鋼結(jié)構(gòu)）保護(hù)可避免砂石、上游冰凌對(duì)壩袋的破壞；三是設(shè)置在河道中的設(shè)備無任何機(jī)械用油，不存在設(shè)備泄露造成河道水環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)；四是仍未克服需要建設(shè)供氣站、難以實(shí)現(xiàn)蓄水高度的精準(zhǔn)化（壩面啟閉高度一致）和自動(dòng)化控制等缺點(diǎn)。

1.3 鋼壩閘

鋼壩閘學(xué)術(shù)名稱底軸驅(qū)動(dòng)翻板閘門，由活動(dòng)部分（也稱門葉）、埋固部分和啟閉機(jī)械3部分組成。鋼結(jié)構(gòu)門體通過底軸扭力傳導(dǎo)，兩端以液壓?jiǎn)㈤]機(jī)為動(dòng)力，實(shí)現(xiàn)整體起伏，單跨長(zhǎng)度不宜超過50 m，壩高不易超過5.0 m。與常規(guī)閘壩相比其主要特點(diǎn)：一是可長(zhǎng)時(shí)間大流量從壩頂溢流形成瀑布效果，壩體外形美觀，壩頂可設(shè)置噴頭，形成噴泉景觀；二是液壓?jiǎn)㈤]系統(tǒng)設(shè)置在中墩里，不在水中工作；三是可實(shí)現(xiàn)現(xiàn)地控制和先進(jìn)的自動(dòng)化控制及網(wǎng)絡(luò)操作，且可精準(zhǔn)控制閘門啟閉高度；四是冬季運(yùn)行中可將鋼壩傾斜一定角度，釋放水結(jié)冰的膨脹力，解決壩體防止冰凍破壞問題；五是單跨壩體較長(zhǎng)且為一個(gè)整體，對(duì)閘壩基礎(chǔ)及現(xiàn)場(chǎng)安裝要求較高，若發(fā)生閘底板不均勻沉降會(huì)導(dǎo)致閘門變形等問題；六是當(dāng)河道較寬時(shí)，需要在河道中間設(shè)閘墩，土建投資較高，會(huì)擠占部分河道行洪斷面；七是使用壽命長(zhǎng)，理論壽命50年；八是壩后易形成淤積，壩后淤積沖砂需要將整扇閘門臥倒沖淤；九是壩體升降時(shí)間短，啟閉靈活，對(duì)于洪水暴漲暴落的河道，防洪壓力小。

1.4 液壓壩

液壓壩也稱液壓翻板閘，是一種底軸鉸接閘底板、液壓缸啟閉，支撐桿支撐，由多扇門體組成的無中墩的整體擋水閘壩。其主要特點(diǎn)：一是無中墩，土建投資較小，不擠占河道行洪斷面；二是單跨壩體較短（6～10 m），啟閉靈活，閘門可快速單獨(dú)啟閉，分扇泄水且檢修方便，同時(shí)可分片塌壩排水，壩體前后泥沙容易沖排；三是可長(zhǎng)時(shí)間大流量地從壩頂溢流形成瀑布效果，壩體外形美觀；四是冬季運(yùn)行中可通過人為調(diào)節(jié)門體開啟角度釋放冰面應(yīng)力，解決壩體防止冰凍破壞問題；五是可實(shí)現(xiàn)現(xiàn)地控制和自動(dòng)化控制及網(wǎng)絡(luò)操作，控制閘門啟閉高度；六是支撐桿受限位卡固定支撐配合小油缸解鎖，可避免啟閉機(jī)長(zhǎng)期處于工作狀態(tài)，但存在解鎖缸失靈、支撐桿卡阻隱患；七是液壓?jiǎn)㈤]機(jī)長(zhǎng)期在水中工作，且液壓缸置于坑槽中容易受河道泥沙淤積或冰凍影響，限制液壓缸擺動(dòng)，進(jìn)而影響閘門啟閉。

1.5 舌瓣壩

舌瓣壩也稱舌瓣閘，是一種底軸鉸接閘底板固定、液壓缸啟閉支撐，由多扇門體組成的無中墩、相互密封的整體擋水閘壩。其主要結(jié)構(gòu)形式和液壓壩相似，主要特點(diǎn)：一是改變液壓壩的啟閉支撐系統(tǒng)，將液壓缸直接設(shè)置在閘后底板上，避免液壓缸坑槽受泥沙淤積和冰凍影響閘門啟閉問題；二是大大簡(jiǎn)化了閘門支撐系統(tǒng)，由液壓缸長(zhǎng)期受力，減少支撐系統(tǒng)卡組等隱患；三是液壓輸油系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)全程剛性連接，增加液壓輸油管路的保障性；其余特點(diǎn)同液壓壩。

2 閘壩選取原則及注意事項(xiàng)

在工程實(shí)際應(yīng)用中，閘壩的選取應(yīng)遵循“安全可靠、止水嚴(yán)密、啟閉靈活、檢修方便”原則，具體注意事項(xiàng)如下：

一是閘壩選型初期應(yīng)綜合考慮工程造價(jià)、河道水文（主要考慮防洪、長(zhǎng)期水量、泥沙）、工程地質(zhì)等綜合因素進(jìn)行選擇。二是所選閘壩的門葉、支撐結(jié)構(gòu)，啟閉系統(tǒng)必須進(jìn)行結(jié)構(gòu)受力分析及啟閉力復(fù)核計(jì)算，確保最不利工況運(yùn)行時(shí)，工程整體結(jié)構(gòu)安全。三是山區(qū)河流應(yīng)充分考慮閘門啟閉速度（對(duì)靠液壓系統(tǒng)開啟閘門的應(yīng)充分考慮液壓泵站啟閉容量，對(duì)靠門體自重開啟閘門的應(yīng)充分考慮門葉自重、輸油管路長(zhǎng)度、規(guī)格、油箱回油速度等），保證河道短時(shí)洪水暢泄，確保行洪安全。四是閘壩選型應(yīng)充分考慮運(yùn)行管理單位人員值守情況、門體檢修、液壓系統(tǒng)（主要是油管路檢修更換）條件等涉及的運(yùn)行維護(hù)成本。五是對(duì)北方河流應(yīng)充分考慮閘前、閘后泥沙淤積及冬季冰凍影響因素，確保冬季閘門正常啟閉且具有局部沖砂條件。

3 結(jié)語

新型低水頭擋水閘壩在我省汾河流域生態(tài)修復(fù)治理工程中已廣泛應(yīng)用，且仍在不斷改進(jìn)完善。在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)根據(jù)工程自身?xiàng)l件，結(jié)合各型式低水頭擋水閘壩特點(diǎn)，充分考慮安全、造價(jià)成本、景觀、運(yùn)行管理等多方面綜合因素進(jìn)行選取。