鋼壩閘與橡膠壩在陷泥河治理中的應用比較

郭 瑋 解秀麗

（山東農業大學 泰安 271018） （臨沂市羅莊區水利局 276000）

潘士勇

（山東省臨沂市水利勘測設計 276000）

1 概述

攔河閘壩是河道蓄水、水位抬高所必需的水工建筑物。長期以來橡膠壩因其諸多優點被廣泛應用于河道治理工程中。隨著社會發展以及城市河道治理中對攔河建筑物的景觀和安全性能要求的不斷提高，許多新型式的攔河閘壩也得到廣泛應用，如鋼壩閘（又稱底橫軸翻轉閘門）等鋼結構的擋水建筑物也逐漸應用在城市河道治理中。

2 鋼壩閘簡介

鋼壩閘又稱底橫軸翻轉門，是鋼結構擋水建筑物的一種閘門型式。

常用的鋼結構擋水建筑物閘門型式有一字門、無支臂臥倒門、可調節臥倒門、截污臥倒門、橫拉門、景觀臥倒門、無支臂下翻門、上翻門、深孔弧形門、直升倒掛門、橫拉下臥景觀組合門、表孔弧門、有支臂臥倒門、人字門及底橫軸翻轉門。

2.1 鋼壩閘的工作原理

鋼壩閘（也稱底橫軸翻轉門）是應用在水利工程中的翻轉式閘門，由門葉、底橫軸、底鉸座、自潤滑軸承、底水封、側水封、液壓啟閉機以及液壓鎖定裝置等組成。

啟門時，電機帶動雙向油泵運轉，經吸油過濾器、吸油閥吸油，從油泵的另一側油口排出高壓油，然后經出油過濾器過濾后進入集成控制閥塊。在集成控制閥塊內，高壓油由溢流閥進行壓力調定后進入啟閉機油缸的無桿腔，推動活塞伸出帶動閘門啟門，而油缸有桿腔回油經控制閥組內液壓鎖、節流閥回油箱。調整溢流閥閥桿可調整啟門力大小，調整節流閥桿則可調整啟門的速度。閉門時電機反轉，活塞桿縮回帶動閘門進行閉門，工作原理同前。該啟閉機帶雙向液壓鎖，因此在任何位置均可鎖定。

底橫軸的兩端穿過閘墻外伸，其外伸端與電液一體式啟閉機連接，啟閉機庫位于閘墩內，底軸與閘墻之間有水封裝置，從而保持啟閉機庫的干燥狀態。

通過控制閘墩兩側的電液一體式啟閉機的正反轉，就能實現底橫軸翻轉門的啟閉及開度的控制，從而實現蓄水、泄洪、溢流、行船等功能。

電液一體式同步啟閉機由基準電機M1和變頻電機M2各帶動兩臺油泵控制兩臺啟閉機的運行，使兩臺啟閉機同步運行誤差在20mm內。當誤差值大于20～50mm時（此值可人工任意設定），則自動報警并停止運行等待處理，原理見框圖。

2.2 鋼壩閘的特點

由于底橫軸的翻轉門是一種新型經液壓驅動式閘門，故操作方便、啟閉靈活、閘門開度無級可調、方便調度、工作較隱蔽、無礙防汛和通航，不會對原有河道的景觀造成影響，且啟閉閘門時間較短。

鋼壩閘自動報警系統工作原理圖

底橫軸翻轉門的門葉相對來說較輕，土建及施工工程量比較少，且工程相對隱蔽。底橫軸翻轉門適用于較寬（20～100m）河道的擋水或水位調節，一般用于水位不大于7m的情況。它具有結構簡單、易于安裝和維護、景觀效果佳、使用壽命長，造價相對較高的特點。

3 橡膠壩簡介

橡膠壩是20世紀50年代末，隨著高分子合成纖維和橡膠工業科學發展而出現的新型低水頭水工建筑物。它以高強度合成纖維為骨架，內外涂敷橡膠保護層，形成壩袋，按設計尺寸錨固于基礎底板上做成“封閉”壩袋袋形，旱季橡膠壩袋內充水或氣成壩擋水，以滿足工農業及生活用水需要，雨季泄出壩袋內的水或氣塌壩，不影響河道瀉洪。

3.1 橡膠壩的工作原理

橡膠壩依靠充脹的袋體擋水并承擔各種荷載，這些荷載通過壩袋膠布傳遞給設置在基礎底板上的錨固系統。在汛期或需坍壩時，通過現地手動或激活自控裝置，打開控制閥門，放空壩袋內的水或氣，將壩袋坍落在底板上，即可復原河道的行洪斷面。

3.2 橡膠壩的特點

橡膠壩之所以被廣泛應用，主要基于橡膠壩的以下幾個特點：

a.管理方便，運行費用低。

b.抗震性能好。它具有以柔克剛的性能，不僅能抵抗海水、特大洪水的波浪沖擊，還能抵抗強大的地震波。

c.跨度大，地形適應性強；不阻水，止水效果好。

d.堅固性較差，易老化，壩高受限制。

基于以上特點，橡膠壩有著廣泛的應用范圍。如用作河道上的低水頭溢流壩或活動溢流壩，用作水庫溢洪道上的閘門或活動溢流堰，用作海岸防潮堤，用于地下水回灌，用作施工圍堰或活動圍堰，用于城區園林美化工程等。

4 鋼壩閘與橡膠壩的比較

鋼閘門與橡膠壩的比較見下表。

鋼壩閘與橡膠壩性能比較表

5 工程實例

臨沂市陷泥河是臨沂西城區的一條主要河道，多年來河道淤積嚴重、行洪能力差，制約兩岸經濟發展，影響城市景觀，故臨沂市政府決定于2009年開始對該河進行綜合治理。

在攔河閘壩的設計過程中，對橡膠壩與鋼壩閘的方案進行了比較。

橡膠壩容易受到尖利物體的損壞，泄洪時如民用設施、建筑材料等尖利物體都會對橡膠壩袋造成損傷，壩體的振動、壩與河床及兩岸的摩擦都會磨損壩袋。鋼壩閘是由鋼板焊接并進行防腐處理而成，且閘門底支鉸中采用了特殊的自潤滑材料MGA、MGB，它能在水下運行若干年無需加注潤滑油，且不會銹蝕。

鋼壩閘采用液壓啟閉機控制，啟閉速度快，只需2～3min即可完成閘門的啟閉；而橡膠壩則通過充水升壩，一般需要2～3h才能完成升、坍壩。

另外，橡膠壩需進行日常維護，要經常性地充水，否則會出現自動塌壩的現象；而底橫軸翻轉門配備了鎖定裝置，當閘門開啟、關閉或調節水位時不會發生自動塌壩的現象。

橡膠壩須建一座泵房，管路多且復雜；而底橫軸翻轉門只需配備兩臺電液一體式啟閉機，無外露油管及泵站等附屬設施。并且配備手動應急裝置，在斷電時可手動啟閉閘門，因而既提高了安全性，又增強可靠性。

冬季，橡膠壩必須做好刨冰工作。春天解凍時，冰凌不能在橡膠壩上溢流。底橫軸翻轉門可以輕松地度過春、冬季節，冬季只需將底橫軸翻轉門傾斜一定角度，結冰時冰層就會沿著斜角向上延伸，從而有效地釋放水結冰時膨脹力，閘門不會受到任何破壞。且鋼壩閘是圍繞底軸向下游傾倒的，啟門時淤積的泥沙被水流沖向下游，不會形成阻塞。

6 結語

綜上所述，由于城市河道對安全性及景觀要求較高，且陷溺河河寬較窄，鋼壩閘造價相對較低，經過方案比較，決定采用6座跨度在15～34m之間的鋼壩閘，使之成為臨沂市的又一亮麗名片。