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(cè)設(shè)計(jì)研究院）

1 壩型對(duì)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(shè)施，具有泄流能力大，可以通過閘門調(diào)度宣泄各種頻率的洪水，運(yùn)行調(diào)度靈活等特點(diǎn)。缺點(diǎn)是其泄流效果較差，上部需設(shè)置啟閉設(shè)備和啟閉機(jī)房，金屬結(jié)構(gòu)及土建工程量較大，施工復(fù)雜，工期長(zhǎng)，投資一般較高。運(yùn)行期間需配專人管理，冬天需破冰，不易排泄水面漂浮物，運(yùn)行維護(hù)費(fèi)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(dāng)上游水位超過正常蓄水位時(shí)，閘門自動(dòng)開啟，水位越高開啟量越大，直至全開；當(dāng)水逐漸流出水位開始下降，降至低于正常蓄水位時(shí)，閘門完全關(guān)閘，這樣閘門就實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)開啟和關(guān)閉的工作。水力自控翻板閘門要求一定高度的啟動(dòng)水位，全開所需的水位更高。

翻板閘門用預(yù)制鋼筋混凝土構(gòu)件或鋼結(jié)構(gòu)作為擋水及支撐部分，通過金屬構(gòu)件進(jìn)行連接，組成閘門的整體。每扇閘門都是獨(dú)立的，可根據(jù)需要打開或關(guān)閉任意一扇或幾扇閘門。

翻板閘能根據(jù)閘前水位變化具有漸開、漸閉的特性，造價(jià)較低，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，施工期短，運(yùn)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(guān)上時(shí)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(jìn)行人工清理，這樣不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力，還造成水的流失。

1.3 鋼壩閘

鋼壩閘是一種底軸驅(qū)動(dòng)翻板閘門，是一種能夠?qū)崿F(xiàn)雙向擋水、靈活啟閉、閘門開度無級(jí)可調(diào)、方便調(diào)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(diào)控溢流壩，它由土建結(jié)構(gòu)、帶固定軸的鋼制壩體、驅(qū)動(dòng)裝置等組成。鋼壩閘的缺點(diǎn)是投資較高；僅利用底軸轉(zhuǎn)矩控制壩面運(yùn)行，受力結(jié)構(gòu)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(yán)重。

1.4 橡膠壩

橡膠壩是有緊貼河床不阻水，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，壩體跨度大，自重輕，抗震性能好，壩型美觀的優(yōu)點(diǎn)。但是缺點(diǎn)也比較明顯，安全性、可靠性較差，使用壽命短；增加泵房，機(jī)電設(shè)備，須增設(shè)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(yán)重，易損壞壩袋；運(yùn)行管理困難，汛期塌壩調(diào)度與蓄水難以協(xié)調(diào)，塌壩時(shí)間長(zhǎng)，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(shè)施與建筑材料這類尖利的物體很可能對(duì)壩體的上游面造成損傷，導(dǎo)致漏氣。微小處的漏氣可以修復(fù)，如果漏氣面積較大，修復(fù)起來就比較麻煩。

1.5 液壓升降壩

液壓升降壩采用鉸鏈?zhǔn)皆O(shè)計(jì)，以雙支點(diǎn)或多支點(diǎn)的方式與壩面埋件連接，在閘門板背面壩基上設(shè)置啟閉閘門的油缸，用以開啟閘門泄洪或關(guān)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(chǔ)落差小，開啟泄洪時(shí)閘門板緊貼河床，行洪能力非常強(qiáng)。相對(duì)于翻板閘及常規(guī)閘門減少了支撐墩及啟閉臺(tái)。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(diǎn)是對(duì)液壓控制系統(tǒng)的質(zhì)量要求很高，一旦液壓控制系統(tǒng)損壞，就無法對(duì)壩進(jìn)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(nèi)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(gè)河道人工湖。該河從發(fā)源地起一直經(jīng)過沙丘地帶，全流域植被破壞，沙化嚴(yán)重，三座攔河壩均處在同一地貌單元，地層結(jié)構(gòu)基本一致。場(chǎng)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(zhì)粘土透鏡體。

2.2 壩型比較

根據(jù)初步擬定的基本壩型，結(jié)合該河氣象、水文及規(guī)劃景觀要求，對(duì)上述壩型進(jìn)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(shí)恢復(fù)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(shí)間較長(zhǎng)，往往需要大水尚未過完就升壩，有時(shí)升壩后人工湖難以蓄滿。翻板門壩、鋼壩一般對(duì)河道寬度有一定要求；液壓升降壩和橡膠壩在行洪時(shí)均緊貼河床，因很少設(shè)置閘墩，基本不影響河道行洪；在攔河壩不能自行坍壩時(shí)，液壓升降壩和鋼壩可以強(qiáng)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(shí)，翻板門壩可以正常回落；一旦淤積厚度較大或泥沙板結(jié)，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(duì)橡膠壩充水（氣）設(shè)備要求較高，嚴(yán)重時(shí)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(jī)械或液壓裝置強(qiáng)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(huì)卡住翻板門壩，從而導(dǎo)致升壩或回落困難，又沒有強(qiáng)制起落設(shè)施，極有可能會(huì)對(duì)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(duì)充水式橡膠壩影響較小，橡膠壩可以通過適當(dāng)降低內(nèi)壓比運(yùn)行，但在實(shí)際操作中，一般通過人工鑿冰等措施以保證橡膠壩安全運(yùn)行，同時(shí)應(yīng)盡快融化或清除浮冰，減小浮冰對(duì)壩袋（充水或充氣）安全的影響。早期翻板閘采用的直立式結(jié)構(gòu)受冰凍影響較大，現(xiàn)在翻板閘均采用了向下游傾斜結(jié)構(gòu)，大大減小了凍冰對(duì)其結(jié)構(gòu)影響。

3 結(jié)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(yùn)行管理方面，在功能一致時(shí)，翻板門壩的費(fèi)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。