鋼壩壩型在城市水景觀建設(shè)中的應(yīng)用

廖欠松 彭鐘文

（郴州市水利水電勘察設(shè)計(jì)研究院 郴州市 423000）

前言

鋼壩設(shè)計(jì)原理，主要就是門頁擋水，將水壓力及彎矩傳遞到門底軸，其中水壓力通過底軸軸承傳遞給閘基礎(chǔ)，而彎矩則通過底軸傳遞給兩軸端的液壓?jiǎn)㈤]機(jī)。鋼壩閘門全開時(shí)，閘門門頁臥于河底，閘孔上方可不設(shè)置任何建筑物，阻水作用小，對(duì)超標(biāo)洪水影響微乎其微，立閘可蓄水，臥閘可行洪排澇，利用閘頂過水，形成人工瀑布的景觀效果。

隨著人們生活水平的提高，城市經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們?cè)絹碓阶⒅鼐幼∩瞽h(huán)境的改善和保護(hù)。城區(qū)兩岸堤防基本形成，沿河兩岸人口密集、空氣清新，是人們晨練、休閑、旅游的地帶。但由于山區(qū)在枯水季節(jié)河道干涸，影響河道凈化和城市美化，需修建對(duì)城市防洪影響小、景觀效果好的閘壩。因此，鋼壩壩型有明顯的優(yōu)越性，作為該位置閘壩的首選。

近年來，郴州修建了一系列鋼壩，有代表性的項(xiàng)目主要有東街橋水閘、四普莊水閘、官山橋水閘。這幾座閘均位于山區(qū)、丘陵區(qū)城市河流上，兩岸堤防均已經(jīng)形成，人口密集，而城市堤防現(xiàn)狀防洪標(biāo)準(zhǔn)較低，防洪壓力較大。為盡可能降低對(duì)城市防洪的影響，改善閘址段河流的景觀效果，選定閘型均為鋼壩。其中四普莊閘凈跨50 m，分為兩孔，閘門門頁高4.9 m，底軸軸徑為1 m，于2013年8月蓄水運(yùn)行；東街橋閘凈跨為51 m，門頁高3.8 m，軸徑為1 m，橫跨郴江，于2013年8月蓄水運(yùn)行；而官山橋閘凈跨為50 m，門頁高2.5 m，軸徑為0.8 m，官山橋閘于2012年10月蓄水運(yùn)行，在此期間，我們多次到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)或通過電話聯(lián)系等方式，向水閘管理單位詳細(xì)了解了水閘安全運(yùn)行情況。通過了解得知，自水閘蓄水運(yùn)行以來，經(jīng)歷了幾次洪水，多次啟閉。目前，水閘變形小，基本上肉眼察覺不到，水閘閘頂溢流形成瀑布，閘頂漂浮物基本可引致下游，景觀效果較好，另外，洪水來臨時(shí)，可迅速將閘門打開，且閘門開啟穩(wěn)定，開啟速度較快，一般是（3～8）min，滿足泄洪要求，達(dá)到了設(shè)計(jì)效果。

1 鋼壩設(shè)計(jì)

1.1 地基選擇及基礎(chǔ)處理

由于閘門跨度大（軸長），基礎(chǔ)不均勻沉降會(huì)嚴(yán)重影響閘門運(yùn)行安全，因此鋼壩對(duì)基礎(chǔ)要求高，一般為巖基，而砂卵石基礎(chǔ)則需經(jīng)過防滲、固結(jié)處理后才能作為鋼壩基礎(chǔ)。

1.2 鋼壩水力計(jì)算

鋼壩閘門門頂單薄，為圓弧形，水力計(jì)算采用薄壁堰堰流公式計(jì)算；而閘門完全打開時(shí)，閘門臥于河底，形成寬頂堰，因此，采用寬頂堰堰流公式計(jì)算泄流能力。而發(fā)生洪水，閘門打開時(shí)，閘上下游水位差較小，閘后形成淹沒水躍，不需要進(jìn)行消能，而根據(jù)閘門工作狀況，閘門處于小流量時(shí)，此時(shí)閘門處于立起狀態(tài)，閘下水位低，此時(shí)閘下可視為跌水，其消能可按跌水消能計(jì)算公式進(jìn)行（消能設(shè)施設(shè)計(jì)由小流量控制，而防沖設(shè)施則由設(shè)計(jì)洪水工況控制）。

1.3 鋼壩設(shè)計(jì)

考慮鋼壩壩頂形成瀑布，不至于增加較多工程造價(jià)，減小閘門自動(dòng)開啟的頻繁程度，確定頂部溢流高度為0.2 m。

考慮山區(qū)河流洪水流量大，歷時(shí)短，往往洪水中夾帶大量的泥沙，可利用自動(dòng)啟閉裝置將閘門完全打開進(jìn)行泄洪沖砂，在已建的幾個(gè)鋼壩水閘中，堰高在（0.5～1.0）m，泥沙淤積較小，閘門運(yùn)行較為安全。

閘壩整體穩(wěn)定計(jì)算：抗滑穩(wěn)定計(jì)算采用抗剪或抗剪斷強(qiáng)度公式，應(yīng)力計(jì)算采用材料力學(xué)法。最不利的工況以正常水位運(yùn)行工況為控制工況。

1.4 其 他

鋼壩驅(qū)動(dòng)室位于兩岸堤防，由于需考慮防洪、防雨等功能，開窗困難，里面通風(fēng)條件差，加上南方河流附近區(qū)域濕度大，導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)室內(nèi)電子元件容易受潮失效，因此，需在驅(qū)動(dòng)室內(nèi)增設(shè)通風(fēng)系統(tǒng)，在驅(qū)動(dòng)室上、下游各設(shè)置一通氣孔，在進(jìn)氣口設(shè)管道至水泵啟動(dòng)水位，并在進(jìn)口設(shè)送風(fēng)風(fēng)扇，在驅(qū)動(dòng)室頂板下排風(fēng)口設(shè)置排風(fēng)風(fēng)扇，根據(jù)濕度自動(dòng)控制運(yùn)行，同時(shí)，盡可能將設(shè)備移出驅(qū)動(dòng)室，置于堤防上，以延長使用壽命。

鋼壩運(yùn)行時(shí)，形成瀑布，當(dāng)閘頂溢流超過10 cm時(shí)，閘門振動(dòng)較大，甚至共振，噪音擾民（尤其是在10 m 范圍噪音大），其原因主要是閘門后形成真空，解決措施可通過閘頂設(shè)分流柵欄、分段泄流或在兩岸閘后增加通氣孔可緩解其問題。閘門布置時(shí)應(yīng)盡可能考慮遠(yuǎn)離居民區(qū)。

2 鋼壩運(yùn)行管理

2.1 鋼壩運(yùn)行

（1）鋼壩閘、啟閉機(jī)運(yùn)行前應(yīng)完成并再次檢查電控系統(tǒng)接線是否正確，各種參數(shù)設(shè)置是否適當(dāng)，調(diào)整行程參數(shù)，試驗(yàn)保證到位后能停止電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。

（2）點(diǎn)動(dòng)試運(yùn)行鋼壩閘門的啟閉、啟閉機(jī)油缸活塞桿的伸縮，重新正確設(shè)置電控系統(tǒng)參數(shù)，液壓系統(tǒng)參數(shù)（啟閉力在出廠前已設(shè)定好，一般不要改動(dòng)，更不要超壓使用，啟閉速度可調(diào)整控制閥組上節(jié)流閥閥口開度）。

（3）觀察整個(gè)閘門的運(yùn)行狀況，啟閉機(jī)油缸活塞桿伸縮的同步性，閘門各止水部位、封水套、底鉸座等工作有無異常，觀察電控系統(tǒng)各項(xiàng)功能的工作性能，并逐一試驗(yàn)鋼壩閘在5個(gè)鎖定位置，液壓鎖定器工作的正確性及可靠性。

（4）待點(diǎn)動(dòng)運(yùn)行調(diào)整后一切性能要求達(dá)標(biāo)，即可切換到正常運(yùn)行模式正常工作。

（5）本電控系統(tǒng)對(duì)兩側(cè)啟閉機(jī)各自活塞桿伸出的實(shí)際位置及運(yùn)行速度實(shí)時(shí)監(jiān)控時(shí)，當(dāng)兩者動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)位置誤差超過30 mm 時(shí)，電器系統(tǒng)能及時(shí)鎖定、報(bào)警，在調(diào)整、排除故障后方可再運(yùn)行。

（6）如按用戶要求，鋼壩閘啟閉機(jī)上裝有應(yīng)急啟閉用的手動(dòng)油泵液壓系統(tǒng)，則在無電狀態(tài)或電控運(yùn)行有故障時(shí)均可啟用手動(dòng)油泵系統(tǒng)。打開兩只節(jié)流截止閥，搖動(dòng)手動(dòng)泵手把和扳動(dòng)手動(dòng)換向閥即可啟閉閘門。注意：如手動(dòng)換向閥在一個(gè)位置下?lián)u動(dòng)手動(dòng)泵數(shù)次后啟閉機(jī)仍未動(dòng)作，要扳動(dòng)手動(dòng)換向閥換向，以免超壓。應(yīng)急啟閉完后，一定要關(guān)閉節(jié)流截止閥。

（7）特殊情況處理。閘壩為鋼壩閘門，由液壓設(shè)備及配套電氣設(shè)備控制啟閉，另外液壓系統(tǒng)需配備應(yīng)急手動(dòng)油泵裝置，如遇特殊情況，如停電、檢修、設(shè)備故障的原因，閘門不能正常及時(shí)啟閉時(shí)，可以啟動(dòng)備用電源或手動(dòng)操作，操作力只需5 kg，這樣可更有效地保障閘門的可靠運(yùn)行，安全性更高。最后一道安全保障，就是通過專用工具將液壓油放掉，讓水力將閘門緩慢推倒。

2.2 鋼壩閘、啟閉機(jī)的維護(hù)和保養(yǎng)

（1）本鋼壩閘由于在主要運(yùn)轉(zhuǎn)件——底轉(zhuǎn)軸鉸上采用了先進(jìn)的特殊復(fù)合材料NGA、NGB，允許水下運(yùn)行若干年無須加潤滑油，也不會(huì)銹蝕。

（2）本鋼壩閘是一種特殊結(jié)構(gòu)的水閘形式，它沒有底門槽及側(cè)門槽，是門葉圍繞底軸放置的結(jié)構(gòu)，故淤泥（沙）不會(huì)影響閘門的開啟與關(guān)閉。

（3）針對(duì)淤積嚴(yán)重的地區(qū)，一般在閘前設(shè)擋沙檻，應(yīng)定期清理被其擋住的大石塊，另啟閘泄洪時(shí)，定期適當(dāng)調(diào)節(jié)閘門開度，提高水流速度，可有效地讓泥沙直接隨洪水沖至下游。

（4）定期檢查閘門各止水橡膠的磨、破損及老化情況，定期檢查兩啟閉室中閘門底軸封水套填料的磨損情況，及時(shí)查漏及時(shí)更換。

（5）啟閉機(jī)如有可能應(yīng)每月至少運(yùn)行一次，以防密封件老化。每年應(yīng)更換一次液壓油并清洗內(nèi)部。根據(jù)使用頻率，每2～3年檢查油缸密封件情況。如有損壞或老化應(yīng)更換。

（6）鋼壩閘集成式液壓?jiǎn)㈤]機(jī)常見故障及處理方法集成式啟閉機(jī)為全封閉集成結(jié)構(gòu)，因此油外泄漏少，無塵運(yùn)行控制閥塊故障率低。一般性故障及排除方法如附表。

啟閉機(jī)正式運(yùn)轉(zhuǎn)兩個(gè)月后應(yīng)清洗一次油箱，更換液壓油。加油應(yīng)用濾油小車進(jìn)行，過濾精度不低于20 μm。以后每年應(yīng)更換一次液壓油。

附表 故障及排除方法