小青龍河景觀閘的布置與選型

譚 科

（中國市政工程中南設(shè)計(jì)研究總院有限公司，湖北 武漢 430000）

河道景觀閘或景觀壩的形式多樣，各有其優(yōu)缺點(diǎn)和適用條件。劉彥琦等[1]從泄洪能力、地基要求、施工安裝、后期運(yùn)行管理、投資造價(jià)、景觀生態(tài)效果等多方面對四類景觀壩的優(yōu)劣進(jìn)行綜合分析。劉洋[2]從泄流能力、運(yùn)行方式、景觀效果等方面對幾種景觀壩進(jìn)行了綜合對比分析。李延富[3]從壩址位置選擇、正常蓄水位確定、壩型選擇、閘壩泄流能力計(jì)算、閘壩穩(wěn)定計(jì)算等方面對會昌縣麻州攔河景觀壩工程設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了分析。謝芳[4]針對鋼壩、橡膠壩、水力自控翻板閘門、液壓升降壩等4種壩型，綜合比較了泄流能力、景觀效果及運(yùn)行可靠性。

小青龍河為沱江左岸一級支流，流域面積395 km2，河道長58.8 km，河道平均比降1.66‰。為優(yōu)化小青龍河流域生態(tài)格局，結(jié)合小青龍河黑臭水體綜合整治，對小青龍河天然河道進(jìn)行微地貌改造和調(diào)控，形成具有一定規(guī)模的淺湖生態(tài)系統(tǒng)，修復(fù)多元生境，展現(xiàn)小青龍河自然景觀，擬在小青龍河漢安大道下游50 m處修建1座60.0 m×4.0 m（寬×高）景觀閘擋水，上游正常蓄水位315.00 m，下游水位312.00 m，設(shè)計(jì)洪水位（P=5%）318.80 m，校核洪水位（P=2%）319.54 m，河流多年平均流量3.13 m3/s。本文通過對不同景觀閘的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，得到了適合小青龍河河道特點(diǎn)的閘型。

1 景觀閘型式及優(yōu)缺點(diǎn)分析

本文對擋水閘門的型式進(jìn)行鋼壩閘門、雙向旋轉(zhuǎn)門和平面提升式鋼閘門三種方案比較，各自優(yōu)缺點(diǎn)如下。

1.1 鋼壩閘門的布置及優(yōu)缺點(diǎn)

擋水閘門采用1孔鋼壩閘門擋水，孔口尺寸為60.0 m×4.0 m（寬×高），擋水高度4.0 m，門頂溢流。閘前底板高程311.00 m，上游正常蓄水位315.00 m，設(shè)計(jì)洪水位（P=5%）318.80 m，校核洪水位（P=2%）319.54 m，閘后底板高程309.30 m，下游水位312.00 m。鋼壩閘門采用動水啟閉，上游止水，由2臺布置在河道兩側(cè)驅(qū)動室內(nèi)的3 200 kN分體式液壓啟閉機(jī)進(jìn)行操作，每臺液壓啟閉機(jī)單獨(dú)設(shè)置1臺液壓站，液壓站布置在河道兩岸高地上，避免洪水淹沒，可實(shí)現(xiàn)現(xiàn)地和遠(yuǎn)程控制。鋼壩閘門又稱底軸驅(qū)動翻板門，由閘門門葉、底轉(zhuǎn)軸、絞座總成、防水套總成、止水總成、液壓啟閉機(jī)、鎖定裝置、電控系統(tǒng)等部件組成。閘門門葉與底轉(zhuǎn)軸采用焊接結(jié)構(gòu)，底轉(zhuǎn)軸通過拐臂與兩側(cè)液壓啟閉機(jī)相連。液壓啟閉機(jī)布置在鋼壩閘門兩側(cè)的驅(qū)動室內(nèi)，液壓站布置在兩岸高地上，經(jīng)液壓控制管路連接，電氣程序控制啟閉機(jī)液壓系統(tǒng)，液壓系統(tǒng)啟動后通過啟閉機(jī)液壓桿控制拐臂旋轉(zhuǎn)，拐臂聯(lián)合底轉(zhuǎn)軸作扇形轉(zhuǎn)動，帶動連接在底轉(zhuǎn)軸上的閘門進(jìn)行開啟放水或關(guān)閉蓄水，并配置鎖定裝置在鋼壩閘門開啟或關(guān)閉的設(shè)定角度進(jìn)行液壓上鎖。

鋼壩的主要優(yōu)點(diǎn)有結(jié)構(gòu)簡單，操作平穩(wěn)，耐久性較好；開啟或關(guān)閉速度快，運(yùn)行靈活，能夠?qū)硭髁孔兓鞒龇e極反應(yīng)；閘門開啟后，其門葉過水面與閘底板等高，不影響泄洪安全，同時(shí)具備液壓、手動泵、緊急泄油三重保護(hù)措施，可靠性高；單孔跨度大（寬60 m）、無中墩，對河道過流能力基本不影響；液壓啟閉機(jī)置于河道兩岸的驅(qū)動室內(nèi)，閘門上部不需設(shè)置啟閉機(jī)排架，門頂可長時(shí)間溢流，形成瀑布效果，整體美觀、簡潔。主要缺點(diǎn)為對基礎(chǔ)整體穩(wěn)定性要求較高；無檢修閘門，鋼壩門葉和底軸檢修時(shí)需設(shè)置臨時(shí)圍堰。

1.2 雙向旋轉(zhuǎn)門的布置及優(yōu)缺點(diǎn)

擋水閘門采用1孔雙向旋轉(zhuǎn)門擋水，孔口尺寸為60.0 m×4.0 m（寬×高），擋水高度4.0 m，門頂或門下過流。閘前底板高程311.00 m，上游正常蓄水位315.00 m，設(shè)計(jì)洪水位（P=5%）318.80 m，校核洪水位（P=2%）319.54 m，閘后底板高程308.70 m，下游水位312.00 m。雙向旋轉(zhuǎn)門采用動水啟閉，上游止水，由2臺布置在河道兩側(cè)閘墩上的2 000 kN分體式液壓啟閉機(jī)進(jìn)行操作，每臺液壓啟閉機(jī)單獨(dú)設(shè)置1臺液壓站，液壓站布置在河道兩岸高地上，避免洪水淹沒，可實(shí)現(xiàn)現(xiàn)地和遠(yuǎn)程控制。雙向旋轉(zhuǎn)門由門體、支撐結(jié)構(gòu)、液壓啟閉機(jī)等主要部分組成，門體結(jié)構(gòu)與5個(gè)寬0.6 m的中墩通過支臂連接，門體兩側(cè)固定在兩岸的支撐結(jié)構(gòu)上，支撐結(jié)構(gòu)與支鉸固定在閘墩內(nèi)。液壓啟閉機(jī)驅(qū)動兩側(cè)支撐結(jié)構(gòu)，帶動門體旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)閘門開啟和關(guān)閉。門體為封閉的箱形結(jié)構(gòu)，沿水流方向一側(cè)為圓弧面，另一側(cè)為平面。開啟時(shí)閘門向下旋轉(zhuǎn)至臥倒位置，此時(shí)，圓弧面向下，平面向上，便于過流。需要檢修時(shí)，通過切換兩側(cè)支撐的吊點(diǎn)位置，控制液壓啟閉機(jī)將門體向上轉(zhuǎn)動離開水面，在合適位置啟用鎖定機(jī)構(gòu)，使液壓油缸處于卸壓狀態(tài)不受壓，門體得到固定，再對門體和止水進(jìn)行檢修維護(hù)。

雙向旋轉(zhuǎn)門的主要優(yōu)點(diǎn)有門體采用主橫梁式結(jié)構(gòu)，一般適用于單孔跨度大（單孔40~60 m），擋水高度較高（6~10 m）的河道；閘門既可向上翻轉(zhuǎn)，讓水從門下過流，方便檢修，又可向下翻轉(zhuǎn)，置于河底，門頂溢流；河道中建筑物少，中墩數(shù)量少、寬度小，行洪時(shí)對河道過流能力影響較小；液壓啟閉機(jī)置于河道兩岸的混凝土支墩上，閘門上部不需設(shè)置啟閉機(jī)排架，整體美觀、簡潔。主要缺點(diǎn)為液壓啟閉機(jī)為戶外式布置，河道洪水位較高時(shí)，液壓桿油缸及支鉸易被河水淹沒，影響使用壽命；門葉迎水面采用圓弧面結(jié)構(gòu)，泄洪時(shí)需將門體完全置于下方門槽內(nèi)，土建開挖量較大。

1.3 平面提升式鋼閘門的布置及優(yōu)缺點(diǎn)

攔河閘采用6孔平面提升式鋼閘門，孔口尺寸均為10.0 m×4.5 m（寬×高），擋水高度4.0 m，門葉超過0.5 m，門下過流。閘門底坎高程311.00 m，檢修平臺高程320.50 m，啟閉平臺高程327.00 m，上游正常蓄水位315.00 m，下游水位312.00 m。閘門采用露頂式平面定輪鋼閘門，分兩節(jié)制造和運(yùn)輸、工地拼焊為一整體。門葉面板布置在上游側(cè)，側(cè)、底止水均布置在上游側(cè)。門葉采用主橫梁式工字型實(shí)腹梁結(jié)構(gòu)，縱隔板采用T型實(shí)腹梁結(jié)構(gòu)；支承定輪采用線接觸簡支輪，滑動軸承采用自潤滑關(guān)節(jié)軸承；側(cè)止水采用定型橡塑復(fù)合水封，底止水采用氯丁橡膠。門槽型式采用平面閘門Ⅰ型門槽，門槽埋件采用鋼板及型鋼等焊接而成；水封座板采用4 mm厚不銹鋼板；門槽軌道由底坎延伸至檢修平臺。閘門采用動水啟閉、可局部開啟，每扇閘門采用1臺2×400 kN固定卷揚(yáng)式啟閉機(jī)進(jìn)行操作，啟閉機(jī)安裝在閘室上部排架327.00 m高程的啟閉機(jī)房內(nèi)，可現(xiàn)地操作，也可遠(yuǎn)程控制。起升機(jī)構(gòu)設(shè)置行程檢測控制裝置和荷載限制裝置。

平面提升式鋼閘門作為傳統(tǒng)的擋水閘門，應(yīng)用廣泛，設(shè)計(jì)、施工技術(shù)成熟。金屬結(jié)構(gòu)生產(chǎn)廠家眾多，競爭充分，制造加工較容易。對漂浮物、推移質(zhì)以及泥沙淤積的承受能力較強(qiáng)。閘門結(jié)構(gòu)耐久性好，運(yùn)行安全可靠，檢修維護(hù)方便，使用壽命較長。主要缺點(diǎn)為單孔閘門寬度受限，需增加中間閘墩，啟閉機(jī)排架較高，土建投資相對較高；閘門數(shù)量較多時(shí)，啟閉設(shè)備操作相對復(fù)雜，開啟速度較慢；局部開啟時(shí)，門葉下方過流，景觀效果相對較差。

2 景觀閘的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較

三種閘門型式方案技術(shù)經(jīng)濟(jì)對比見表1。

表1 不同閘門型式方案技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較表

經(jīng)比較，三種方案從技術(shù)上：方案三雖然應(yīng)用廣泛，設(shè)計(jì)、施工技術(shù)更成熟，競爭充分，制造加工容易；但由于閘門寬度受限，孔數(shù)較多，整體景觀效果較差，啟閉設(shè)備控制相對復(fù)雜。方案二既可向上翻轉(zhuǎn)，方便檢修，又可向下翻轉(zhuǎn)，門頂溢流，運(yùn)行靈活；但其液壓油缸在汛期時(shí)易被淹沒，增加維護(hù)成本，門槽土建開挖量較大；且門體采用主橫梁式結(jié)構(gòu)，當(dāng)孔口寬度較大、擋水高度較低時(shí)，需設(shè)置一定數(shù)量的中墩及支臂結(jié)構(gòu)以滿足門葉剛度及穩(wěn)定性要求，因此更適用于寬高比相對較小的河道。方案一結(jié)構(gòu)簡單，運(yùn)行靈活、可靠；無中墩及上部排架結(jié)構(gòu)，不影響河道過流能力，景觀效果好；驅(qū)動機(jī)構(gòu)獨(dú)立布置，易于檢修維護(hù)；土建結(jié)構(gòu)相對簡單，施工周期較其他兩種方案短。結(jié)合本工程壩址位置地質(zhì)結(jié)構(gòu)較穩(wěn)定以及周邊景觀設(shè)計(jì)要求等情況，在技術(shù)上方案一最優(yōu)，方案二、三次之。

從投資上：方案三金結(jié)設(shè)備制安投資最低，但土建投資最高，總投資最低；方案二較方案一總投資稍高；景觀閘總投資從低到高依次為方案三、方案一、方案二。三種方案投資差占本工程總投資（19 255.27萬元）比例小，對工程總投資影響小。

綜上所述，本階段推薦小青龍河擋水閘門型式采用方案一，鋼壩閘門方案。

3 結(jié)束語

本文采用綜合比較方法，結(jié)合小青龍河河道特點(diǎn)，對三種景觀閘方案進(jìn)行了工程布置和技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，并確定了較優(yōu)的景觀閘型，研究成果對類似工程具有參考價(jià)值。