鋼閘壩在河道整治工程中的應用與分析

李樹仁 于厚文

（遼寧省觀音閣水庫管理局，遼寧 本溪 117100）

隨著水利工程科學技術的不斷進步和城市景觀建設、環境治理、灌溉和發電等的需要，近年來鋼閘壩在河道整治工程中得到廣泛的應用，已基本取代橡膠壩，主要是由于鋼閘壩克服或避免橡膠壩運行管理較復雜、安全性差、橡膠易老化和質量事故發生率高等缺點。鋼閘壩是一種新型可調控溢流壩，它由土建結構、帶固定軸的鋼性壩體、驅動裝置設備等組成。這種建筑物適合于河道口較寬（10m-100m），而水位差比較小的工況（1m-6m）。因此鋼閘壩設計可以比較寬，沈陽市棋盤山泗水河河道整治工程的兩座鋼壩閘寬度分別為38m和40m，可以省去數孔閘墩，所以不僅結構簡單，可以節省不少土建投資，而且可以立壩蓄水、臥壩行洪排澇，還可以利用壩頂過水形成人工瀑布的景觀效果，結合成型經驗和工程實際應用對鋼閘壩這種新型建筑物進行初步分析。

1 鋼閘壩的使用壽命

本工程鋼閘壩通過設備采購招標投標，設備供應商（生產廠家）為揚州楚門機電設備制造有限公司，根據廠家提供的設計資料，鋼閘壩的設計使用壽命可達50-60年，當前國際上最長壽命的鋼性閘門近百年。國內最早的福建小溪電站為1958年建成，至今仍在使用，同樣的鋼結構在解放前就開始使用一直運用至今的案例很多。影響鋼閘壩的使用壽命因素很多，但主要與損壞和維修有直接影響。鋼閘壩的閘門運轉件采用特殊復合材料，這種材料在水下運行若干年無需加潤滑油，也不會銹蝕。除此之外鋼閘壩在運行過程中不容易受到尖角物體的損壞；洪水過后的殘骸不能造成較大損壞，不影響景觀效果。綜合以上因素，鋼閘壩的使用壽命均比橡膠壩、水力自動翻板閘門的使用壽命長。

2 鋼閘壩的運行情況

2.1 運行時間

沈陽市棋盤山泗水河河道整治工程共設兩座鋼壩閘，孔口尺寸為 38m×2m、40m×3m，設計水頭為2.6m、3.6m，動水啟閉，采用YJQ-Q型液壓集成式啟閉機，啟閉機容量為2×800kN、2×1500kN、工作行程為2.6m、4.0m，啟門速度為0.5-0.8m/min，電機功率為2×15kW、2×22kW。由于鋼閘壩采用液壓啟閉機啟閉，一般不超過5min即可完成升壩和塌壩，這樣可有效的保證突發洪水時能及時泄洪。而橡膠壩是通過充氣或充水達到升壩目的，正常需要2-3小時才能完全升或塌壩，時間較長。橡膠壩還會隨著使用次數和年份的增加，壩內結垢而使充氣（水）、排氣（水）時間增長。

2.2 啟閉機工作方式。正常工作時全行程開、關閘門；調試及事故狀態時可局部開、關閘門。

2.3 啟閉機控制方式

電氣控制系統用于機電一體化的集成式啟閉機的同步運行、閘門的開啟、閘門的關閉控制，經實現現地控制。傳感器實時采集閘門的開度信號，系統運行狀態，在儀表上作出顯示；閘門開啟和關閉位置值可以在儀表上設定，閘門動作時，達到設定位置時即會自動停止運行；閘門上下端都安裝了限位開關，保證了閘門運行時的安全。閘門運行時不同步誤差到達設定值時，電機會自動停止并發出聲光報警信號，保證設備的安全運行。

2.4 運行可靠性。

2.4.1 鋼閘壩采用機械鎖定，當塌壩、升壩和調節水位時任意角度都可鎖定，不會發生移動。

2.4.2 鋼閘壩可以長時間大流量的從壩頂溢流形成瀑布效果。

2.4.3 鋼閘壩自動化程度高，可以實現先進的自動化控制。

2.5 安全可靠性

鋼閘壩配套二臺集成式液壓啟閉機驅動裝置，該種型式驅動裝置是一種新型驅動型式，它結構簡單，操作方便，無須油管、泵站等附屬設施，另外該種驅動裝置配備了手動裝置，若由于停電或其它故障可以手動操作，操作力只需5kg，這樣可以有效地保證塌壩時塌壩，升壩時能升壩，安全性很高。

2.6 冬季冰凍問題

到了冬季，將鋼閘壩傾斜一定角度，此時若結冰，冰層可以沿著斜角向上延伸，從而有效的釋放水結冰的膨脹力，這樣鋼閘壩不會受到任何破壞，另一方面由于鋼材本身的堅硬特性，每年春天的凌汛可以安全在壩頂泄洪，鋼閘壩可以輕松安全度過冬季。

2.7 防腐問題

鋼閘壩表面是按照《水利水電鋼閘門制造標準規范》進行熱噴鋅，附著力極強，經有關研究結果表明，沙的流速≤8m/s時，不會對鋅層構成破壞，一般河流的流速不可能達到這個速度。

3 鋼閘壩解決淤積問題

鋼閘壩是一種特殊結構的壩閘型式，它沒有底門槽和側門槽，是門葉圍繞底軸旋轉的結構。上游止水壓在圓軸上，當壩升起或倒下時，止水不離圓軸的表面，始終保持密封止水狀態；側面止水同樣的原理，止水面始終不離開鍘胸墻，故淤沙不會影響鋼閘壩的升壩和塌壩。針對淤積較嚴重的河流，在壩前設攔污柵，一是為了有效的擋住大的石塊，二是在塌壩泄洪時，提高壩口位置流速，可有效的讓泥沙、水混合物直接隨洪水沖至下游。鋼閘壩蓄水，長時間立壩易淤積，但是鋼閘壩是圍繞底軸向下游傾倒，故塌壩時淤積的泥沙被水流沖向下游，不可能形成阻塞。除此之外行洪后根據泥沙含量分析出有多少泥沙沉淀在門體上，并通過泥沙量計算出升壩時需要的升壩力，充分考慮到升壩時克服泥沙的力量。

4 鋼閘壩能耗小，不影響泄洪斷面

鋼閘壩的升壩和塌壩只需要2臺驅動裝置，每臺驅動裝置的額定最大功率為22kw。這樣鋼閘壩用電負荷量只需功率60kw/h左右，每次升壩時間約為2-3min，節省了相當大的用電量。鋼閘壩底坎與河道高程一致，塌壩時是向下游傾倒，能把水完全放盡，不能形成阻水斷面，不影響泄洪流量。

5 結語

通過以上鋼閘壩的分析可以看出，鋼閘壩是一種新穎、美觀、實用的攔河壩，它利用自然而又不破壞自然，既可解決城市河道與蓄水矛盾，又有利于生態環境的保護，尤其是集成式啟閉機的使用，不僅結構緊湊、安全可靠，而且任意角度都可布置。通過鋼閘壩的不斷在河道整治工程的應用并完善，鋼閘壩的技術將越來越成熟，對水工建筑物的景觀化起著帶頭作用。

[1]張保國，丁玲玲.創新讓河道整治煥發活力[J].承德日報，2006-05-22.