新型活動壩選型及應(yīng)用探討

袁軍鵬 張靜娜

【摘要】活動壩結(jié)構(gòu)簡單，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、工程造價等綜合考慮，提出了五種新型活動壩的適用范圍及應(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】活動壩；適用條件；合頁壩；液壓升降壩；鋼壩閘

1引言

活動壩是近代水利科技的一項(xiàng)革命性成果，以其結(jié)構(gòu)簡單、造價低廉、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，我國已有越來越多的活動壩應(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)到自動調(diào)節(jié)水位、改善城市生態(tài)環(huán)境，同時又能減少壩上洪水淹沒損失和泥沙淤積，

滿足城市防洪要求。目前，在我國以及美國和俄羅斯等國家，活動壩被廣泛應(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，同時需配專人管理，冬天需破冰[1]。

2.2合頁活動壩

合頁活動壩是將自卸汽車力學(xué)原理與水工結(jié)構(gòu)型式相結(jié)合的新型活動壩，具備擋水和泄水雙重功能[2]。合頁活動壩的構(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、合頁活動壩壩體跨度大，結(jié)構(gòu)簡單，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，活動壩面放倒后可達(dá)到無壩一樣的泄洪效果。行洪過水、沖砂、排漂浮物效果都好。三、合頁活動壩水力條件優(yōu)越，過流能力大，泄流量大。特別適用于橡膠壩不宜建造的多砂、多石、多樹、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、合頁活動壩耐久性較橡膠壩要長，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、合頁活動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，長期浸于水中不利于正常維護(hù)及保養(yǎng)，尤其對于水中含細(xì)粒泥沙較多的河道，不宜采用。

2.3翻板閘門

現(xiàn)在應(yīng)用最為廣泛的翻板閘門為水力自控翻板閘門，其工作原理是杠桿平衡與轉(zhuǎn)動，水力自控翻板閘門是利用水力和閘門重量相互制衡，通過增設(shè)阻尼反饋系統(tǒng)來達(dá)到調(diào)控水位的目的：當(dāng)上游水位升高則閘門繞“橫軸”逐漸開啟泄流；反之，上游水位下降則閘門逐漸回關(guān)蓄水，使上游水位始終保持在設(shè)計(jì)要求的范圍內(nèi)。水力自控翻板閘門有以下特點(diǎn)：一、無需機(jī)電設(shè)備及專人操縱泄流，且泄洪準(zhǔn)確及時，能節(jié)省人力、物力，特別在應(yīng)對突然洪水方面有絕對優(yōu)勢；二、它完全借助水位的升高，水壓力的增大，逐漸自行開啟閘門過流，且保持蓄水位不變。當(dāng)閘門全部打開時，河床泄流狀況與天然河床相差無幾，當(dāng)水位降低時，閘門逐漸關(guān)閉蓄水，因此，防洪泄洪安全可靠，使用方便；三、由于自動翻板閘門的設(shè)計(jì)計(jì)算理論的不甚完善和閘門的工作環(huán)境中影響因素的不可預(yù)測性，使得水力自控翻板閘門在某些水力條件下容易發(fā)生小開度振動拍打現(xiàn)象，雖然短期內(nèi)不至影響到整個閘壩的安全，但長期的小開度振動拍打會導(dǎo)致翻板閘門底部和固定壩的疲勞破損，以致閘壩漏水嚴(yán)重，直至造成整個翻板閘壩工程的破壞[3]。四、自動翻板閘門的結(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翻板而影響防洪安全，且洪水過后，翻板門再關(guān)上時易被異物卡住，造成大量漏水，不得不放空庫水，進(jìn)行人工清理，不僅費(fèi)時費(fèi)力，而且造成水的大量流失。

2.4鋼壩閘

鋼壩閘又稱底軸驅(qū)動翻板閘門，主要由門葉、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、閘門開度無級可調(diào)、方便調(diào)度、改善河道景觀的新型閘門，這種閘門適合于閘孔較寬（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)簡單，而且可以節(jié)省不少土建投資。二、可以立門蓄水，臥門行洪排澇，適當(dāng)開啟調(diào)節(jié)水位，還可以利用閘門門頂過水，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，因此對底軸強(qiáng)度及剛度要求較高，對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。通過液壓缸直頂以底部為軸的活動攔水壩面的背部，實(shí)現(xiàn)升壩攔水，降壩行洪的目的。它攻克了傳統(tǒng)活動壩型的缺點(diǎn)，同時又具備傳統(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。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，形成一個穩(wěn)定的支撐墩壩結(jié)構(gòu)，一個固定的三角支撐，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)冰不會對它造成損壞，使用壽命長。二、液壓升降壩自動化程度高。采用浮標(biāo)開關(guān)控制，操作液壓系統(tǒng)，達(dá)到無人管理，根據(jù)洪水漲落，實(shí)現(xiàn)活動壩面的自動升降。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。活動壩面高度可隨意調(diào)節(jié)。上游有漂浮物時，只要操控一下液壓系統(tǒng)，即可輕松地沖掉，使河水清澈。上游水量較大時形成瀑布景觀和水簾長廊奇觀，可供游人觀賞。四、液壓升降壩造價較其他壩型較高，液壓系統(tǒng)需進(jìn)行定期維護(hù)，且鋼閘門需定期涂漆保護(hù)，維護(hù)費(fèi)用較高[5]。

3總結(jié)

活動壩運(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)閘門所能及，能自動調(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、工程造價等綜合考慮，擇優(yōu)選用最合理的壩型。

參考文獻(xiàn)：

（1） 陶玉國，李金波.橡膠壩工程流冰期冰情分析和防凌度汛措施[J].吉林水利，2011，（8）：52-54，57

（2） 王震宇.合頁活動壩在城市景觀建設(shè)中的應(yīng)用[J].東北水利水電，2013，31（6）：4-6，52

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