水利工程中小型擋水壩型式選擇

羅建剛

（河北省水利水電勘測設計研究院）

1 壩型對比

1.1 平板鑄鐵閘門

平板鑄鐵閘門是一種常規(guī)的小型擋水泄水設施，具有泄流能力大，可以通過閘門調度宣泄各種頻率的洪水，運行調度靈活等特點。缺點是其泄流效果較差，上部需設置啟閉設備和啟閉機房，金屬結構及土建工程量較大，施工復雜，工期長，投資一般較高。運行期間需配專人管理，冬天需破冰，不易排泄水面漂浮物，運行維護費用較高。

1.2 翻板門壩

翻板門壩又稱翻板閘，分為水力自控翻板閘和液壓雙控翻板閘，當上游水位超過正常蓄水位時，閘門自動開啟，水位越高開啟量越大，直至全開；當水逐漸流出水位開始下降，降至低于正常蓄水位時，閘門完全關閘，這樣閘門就實現(xiàn)了自動開啟和關閉的工作。水力自控翻板閘門要求一定高度的啟動水位，全開所需的水位更高。

翻板閘門用預制鋼筋混凝土構件或鋼結構作為擋水及支撐部分，通過金屬構件進行連接，組成閘門的整體。每扇閘門都是獨立的，可根據需要打開或關閉任意一扇或幾扇閘門。

翻板閘能根據閘前水位變化具有漸開、漸閉的特性，造價較低，結構簡單，施工期短，運行管理方便。該壩型也存在一些問題：一是開閘放洪水之后，翻板閘再關上時易被河面漂浮物卡塞或上游泥沙淤積，無法正常蓄水工作，因此不得不放空，進行人工清理，這樣不僅費時費力，還造成水的流失。

1.3 鋼壩閘

鋼壩閘是一種底軸驅動翻板閘門，是一種能夠實現(xiàn)雙向擋水、靈活啟閉、閘門開度無級可調、方便調度、工程隱蔽、無礙防汛和通航，改善河道景觀的新型閘門。

鋼壩閘門是一種新型可調控溢流壩，它由土建結構、帶固定軸的鋼制壩體、驅動裝置等組成。鋼壩閘的缺點是投資較高；僅利用底軸轉矩控制壩面運行，受力結構不合理；大跨度閘門單跨同步升降控制難度大，易至底軸折彎移位；鋼壩閘底軸漏水較為嚴重。

1.4 橡膠壩

橡膠壩是有緊貼河床不阻水，結構簡單，壩體跨度大，自重輕，抗震性能好，壩型美觀的優(yōu)點。但是缺點也比較明顯，安全性、可靠性較差，使用壽命短；增加泵房，機電設備，須增設充排水（氣）系統(tǒng)；壩袋易被漂浮物或尖銳物損壞，特別是北方地區(qū)冬季冰凍嚴重，易損壞壩袋；運行管理困難，汛期塌壩調度與蓄水難以協(xié)調，塌壩時間長，洪水暴漲來不及塌壩就被洪水沖毀。

由于洪水過后遺留的各種殘骸——諸如民用設施與建筑材料這類尖利的物體很可能對壩體的上游面造成損傷，導致漏氣。微小處的漏氣可以修復，如果漏氣面積較大，修復起來就比較麻煩。

1.5 液壓升降壩

液壓升降壩采用鉸鏈式設計，以雙支點或多支點的方式與壩面埋件連接，在閘門板背面壩基上設置啟閉閘門的油缸，用以開啟閘門泄洪或關閉閘門蓄水，正常蓄水狀態(tài)下采用支撐桿輔助支撐，也可采用油缸直接支撐，閘門重心較低，壩面上下游基礎落差小，開啟泄洪時閘門板緊貼河床，行洪能力非常強。相對于翻板閘及常規(guī)閘門減少了支撐墩及啟閉臺。安全系數(shù)更高，是目前較為流行的河道建筑物，建成蓄水后美觀大方，瀑布景觀效果明顯。液壓升降壩的缺點是對液壓控制系統(tǒng)的質量要求很高，一旦液壓控制系統(tǒng)損壞，就無法對壩進行升降。

2 案例分析

2.1 工程概況及自然條件

某河河道綜合整治工程位于內蒙古赤峰市巴林左旗縣，在河道上修建三道攔河壩形成三個河道人工湖。該河從發(fā)源地起一直經過沙丘地帶，全流域植被破壞，沙化嚴重，三座攔河壩均處在同一地貌單元，地層結構基本一致。場地地層屬第四系全新統(tǒng)和上更新統(tǒng)的河流沖洪積地層，地層分布較連續(xù)、穩(wěn)定，以砂土為主，部分地段見有粉質粘土透鏡體。

2.2 壩型比較

根據初步擬定的基本壩型，結合該河氣象、水文及規(guī)劃景觀要求，對上述壩型進行綜合比較。

2.2.1 防洪與蓄水

為解決河道行洪與生態(tài)（景觀）蓄水之間矛盾，要求攔河壩在汛期能夠快速垮壩，汛后又能及時恢復擋水狀態(tài)，液壓升降壩、翻板閘和鋼壩可以滿足該要求，橡膠壩由于升壩或降壩時間較長，往往需要大水尚未過完就升壩，有時升壩后人工湖難以蓄滿。翻板門壩、鋼壩一般對河道寬度有一定要求；液壓升降壩和橡膠壩在行洪時均緊貼河床，因很少設置閘墩，基本不影響河道行洪；在攔河壩不能自行坍壩時，液壓升降壩和鋼壩可以強行升壩或降壩。

2.2.2 泥沙

洪水過后，泥沙淤積小且較為松散時，翻板門壩可以正常回落；一旦淤積厚度較大或泥沙板結，不能通過回門縮小過流斷面沖開淤積，那么翻板門壩就不能正常回門，將影響人工湖正常蓄水；淤積較厚將對橡膠壩充水（氣）設備要求較高，嚴重時需要人工清理淤積物，否則壩袋不能正常升降。鋼壩和液壓升降壩則可以通過機械或液壓裝置強行頂開壩面淤積升壩。

2.2.3 漂浮物

盡管城區(qū)段人工湖定期清理漂浮物，但汛期漂浮物（特別是樹枝）可能會卡住翻板門壩，從而導致升壩或回落困難，又沒有強制起落設施，極有可能會對行洪安全造成威脅；另外，漂浮物（特別是尖銳物）可能刺穿或損傷橡膠壩壩袋。

2.2.4 凍冰

在理論上，冰凍對充水式橡膠壩影響較小，橡膠壩可以通過適當降低內壓比運行，但在實際操作中，一般通過人工鑿冰等措施以保證橡膠壩安全運行，同時應盡快融化或清除浮冰，減小浮冰對壩袋（充水或充氣）安全的影響。早期翻板閘采用的直立式結構受冰凍影響較大，現(xiàn)在翻板閘均采用了向下游傾斜結構，大大減小了凍冰對其結構影響。

3 結論

從工程投資角度來說，翻板門壩、橡膠壩和液壓升降壩三種壩型投資相差不多，均較常規(guī)水閘節(jié)省，鋼壩投資最大；從泄洪和消能角度來看，液壓升降壩、橡膠壩和鋼壩較優(yōu)；從運行管理方面，在功能一致時，翻板門壩的費用最優(yōu)，液壓升降壩次之；從穩(wěn)定性看，常規(guī)水閘最優(yōu)，翻板門壩、橡膠壩穩(wěn)定性較差。