中小河流閘壩新選擇
——液壓升降壩

季昌化朱水生鄭毅

(1.長江水利委員會，湖北武漢430010;2.安徽池州百川液壓壩科技有限公司，安徽池州247100;3.長江水利委員會網絡與信息中心，湖北武漢430010)

中小河流閘壩新選擇
——液壓升降壩

季昌化1朱水生2鄭毅3

(1.長江水利委員會，湖北武漢430010;2.安徽池州百川液壓壩科技有限公司，安徽池州247100;3.長江水利委員會網絡與信息中心，湖北武漢430010)

隨著中小河流治理的加速推進，適應于中小河流的各種閘壩，特別是活動壩得到廣泛應用，液壓升降壩就是一種適用性很強的新壩型。與橡膠壩、翻板壩、鋼壩閘等比較，它結構簡單、施工方便、運行和維護簡便，不阻水。已有的實用結果證明了其優越性，值得推廣。介紹了液壓升降壩的結構特點及其結構分析成果。

閘壩;液壓升降壩;中小型河流

在很多中小河流的治理開發中，廣泛運用著各種閘壩，常規泄水閘，或是橡膠壩、翻板門壩和鋼壩閘等小型壩。泄水閘的金屬結構及土建工程量較大，上部需設置啟閉設備，現場施工量大，一般投資較高。橡膠壩是目前國內使用最多的活動壩，它具有緊貼河床不阻水、結構簡單、壩體跨度大、自重輕、抗震性能好等優點，但存在可靠性較差、壩袋易被漂浮物或尖銳物損壞、使用壽命短等缺點。翻板門壩雖然能根據上游水位自動調節，造價低，結構簡單，管理運行方便，但也存在阻水效應、易被洪水沖毀、易被漂浮物卡塞或上游泥砂淤積，造成翻板不能自動翻轉進而影響防洪安全、上游漂浮物無法清理等諸多問題。

1 液壓升降壩的原理和特點

為了克服上述活動壩的缺點，池州百川液壓壩科技有限公司研制了一種新型活動壩——液壓升降壩。如圖1和圖2所示，液壓升降壩是由一組合頁式啟閉的混凝土面板、系列固定支撐桿和液壓缸、混凝土基礎板構成。其結構如下:

(1)活動面板的底部為鉸鏈軸，將活動面板固定在攔水壩的基礎上。

(2)活動面板有兩種形式，一種是平面板，一種是弧形彩色面板。壩面高度1.5～6 m，每扇門板的標準寬度為6 m。

(3)液壓缸的下部以基礎底板為受力點。液壓缸的上部鉸接在活動門板的背面。液壓缸伸縮帶動活動門板作活頁式扇形啟閉，達到攔水或降低高泄水的目的。

(4)支撐桿下部安裝滑輪，滑輪可以前后運動。

(5)控制支撐桿下部滑輪運動的是解鎖裝置，解鎖裝置由小液壓缸控制，可保持面板穩定于任意開度。

(6)控制室設在岸邊。采用浮標開關，控制液壓系統，實現無人管理，在洪水達到設定水位時，自動放壩行洪。

(7)采用電腦遠程控制，實現一控多管。

這種活動壩的主要特點如下:

(1)雙三角形超靜定結構，力學結構科學;

(2)面板間無須設置閘墩，適用于各種寬度的河道;

(3)面板以最底部為鉸連軸，放平后緊貼河床，行洪效果好，不受泥砂淤積和漂浮物影響;

(4)除基礎板為現澆外，其他構件為工廠化制造，運輸和安裝方便，質量有保障;

(5)單面板操作，任何漂浮物均可在指定位置快速沖至下游，沖沙沖淤效果極佳;

(6)分區式控制，面板啟閉快，不影響防洪安全，特別適合雨量充沛的南方及洪水漲落快速的山區及城市景觀河道;

(7)造價低。

圖1 湖南省炎陵縣5 m高液壓升降壩

2 結構內力分析

以下以4 m高液壓升降壩為典型，分析其結構受力情況。4 m高水頭的液壓升降壩，在上游靜水4 m，下游無水的受力狀況下，考慮水壓力，取壩面板為鋼筋混凝土面板，計壩體自重，取單寬進行分析，面板及支撐液壓桿受力情況如圖2。

通過力學計算，面板及液壓支撐桿內力如圖3。

圖2 4 m水頭液壓升降壩實例

圖3 典型液壓壩結構內力圖

表1 液壓升降壩內力(一)

對于不同的壩高及壩上不同的溢流水頭，每米單寬壩面及液壓支撐桿的內力見表1～2。液壓升降壩面板支撐鉸點受到的合力數值見表3。

表2 液壓升降壩內力(二)

表3 液壓升降壩面板支撐鉸點受力

配筋可根據內力計算結果進行計算。配筋計算表明:門體縱向鋼筋配置較少，基本為構造配筋，門體橫向受拉側鋼筋是主要受力筋。造成這種原因主要是門的跨度和支點的位置選擇，如果門跨度減小，跨中彎矩減少，可有效減少配筋。因此可以得出結論，門體跨度是液壓升降壩的關鍵尺寸，單扇門跨度直接影響門體結構的安全性和門體的經濟性。

3 水力計算及消能防沖

根據液壓升降壩在運行時的工作情況，其過流可分為如下幾種方式。液壓升降壩立壩擋水時上游水頭超過壩頂，水流從壩頂過流;液壓升降壩局部壩段部分開啟，從開啟壩扇與擋水壩扇間的局部出流;在洪水期或需大流量放水時放平面板過流。

(1)壩頂過流。液壓升降壩的壩頂溢流屬于典型的薄壁堰出流。液壓升降壩在壩頂出流時，壩下可發生遠離水躍、臨界水躍和淹沒水躍等3種不同形式水躍。壩下發生遠離水躍和臨界水躍時，壩下游水位不影響壩的泄流量。當下游發生淹沒水躍時，壩下水位仍不影響泄流量。除非下游水位超過壩頂，液壓升降壩的壩下水位一般不影響泄流量。當下游水位超過壩頂時，在正常工況下液壓升降壩壩面已放平，基本與河道過流類似。

(2)局部開啟出流。可比照三角堰進行計算。

(3)塌壩過流。由于壩寬小于上游河槽寬度，過壩水流受到兩側邊界收縮的約束，使有效溢流寬度小于實際壩頂寬度，并使水頭損失增大，導致壩的過流能力降低。此時，流量系數m可采用有側收縮的Bazin經驗公式計算。

綜上，液壓升降壩無論是在壩頂溢流或洪水期過流，壩下的出流和其他任何出流方式相比都是非常優越的。在消能防沖方面，液壓升降壩壩下宜采用底流式消能，對于壩高2 m以上的工程應設消力池，對于壩高1.5 m以下的小型工程宜設防沖槽。在實際運行中，最好要避免發生淹沒水躍。

4 結語

自2007年第一座液壓升降壩建成投運以來，迄今已經建成投運300多座。最高的高度達5 m，最長的一座長達240 m。地區遍布華北、華東和華南。運行狀況良好，獲得用戶一致肯定，值得在中小河流上為兩岸灌溉、村鎮供水和城市景觀建設中進一步推廣。

TV649

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1006-0081(2015)12-0027-03

2015-10-13

季昌化，男，長江水利委員會原副主任，《人民長江》雜志原主編，教授級高級工程師.

朱水生，男，安徽池州百川液壓壩科技有限公司董事長，工程師.