閘門冰凍壓力消解氣囊在三河閘工程中的應用

王 豹 李 欣 薛業章 朱天宏 周建方

（1.江蘇省洪澤湖水利工程管理處 洪澤 223100 2.淮安市農業綜合開發規劃設計與評審中心淮安 223000）

閘門的作用是封閉水工建筑物的孔口，并按需要全部或局部開啟這些孔口以調節上、下游水位，泄放流量，用于防洪、灌溉等。當冬季氣候寒冷時，水面結冰形成冰蓋，冰蓋膨脹，對閘門產生壓力，嚴重時能致使閘門破壞。因此有必要對鋼閘門防凍方法進行研究，做好防冰凍措施，提前做好防范工作，以免影響工程安全運行，造成不必要的損失[1]。

1 工程基本情況

三河閘工程位于江蘇省淮安市，洪澤湖的東南角，是淮河入江水道的控制口門。工程建成于1953年7月。閘身為鋼筋混凝土結構，共63 孔，每孔凈寬10m，總寬697.75m，設計流量12000m3/s，為大（1）型水閘。

三河閘工程地處中國南北氣候主要分界線——“秦嶺—淮河”南側，屬北亞熱帶和暖溫帶過渡性地帶，具有季風性和兼受洪澤湖水體調節的氣候特點。四季分明，冬季寒冷干燥，1月份最冷，平均氣溫1.5℃，極端最低氣溫-16.1℃。

2 項目發展緣由

閘門冬季防凍一直是三河閘工程冬季防凍的重要問題。長期以來，三河閘管理所冬季在閘門附近拋灑蘆柴捆形成冰凍隔離帶，但是后期清理比較困難，容易給河道帶來污染。同時受風浪影響較大，蘆柴捆經常被浪擊散，無法確保起到防凍效果，存在著一定的安全隱患。

根據《水利水電工程鋼閘門設計規范》（SL74-2013）規定，寒冷地區的閘門、攔河壩以及其他水工建筑物不得承受冰的靜壓力。為防止在冰凍期間內冰荷載對鋼閘門造成危害，在閘門的設計中配套進行閘門防冰凍設計[2]。閘門防凍技術措施種類繁多，有人工破冰法、壓縮空氣吹冰法、電加熱融冰法、水泵擾動破冰法、熱管傳熱破冰法等[3]。但結合三河閘工程閘門數量多、長度長、冰凍層較薄的實際情況，上述方法均不適合。

本文研究采用可重復使用的冰凍壓力消解氣囊來解決三河閘閘門防冰凍問題。

3 冰凍壓力消解氣囊結構及工作原理

3.1 消解氣囊結構

水利工程閘門冰凍壓力消解氣囊，主要由橡膠管、外套和配重組成，數個長條橡膠管并列組裝在外套內，外套的底部有配重，外套的頂部有聯接索（見圖1）。

3.2 消解氣囊工作原理

冬季冰凍來臨前，對橡膠管充氣，橡膠管和外套一起形成氣囊，氣囊寬數厘米、長略小于閘孔凈寬、高大于冰層厚度十幾厘米；將氣囊挨著閘門或距離閘門數厘米處放置，聯接索連接氣囊與閘門，調整橡膠管內充氣量，使氣囊懸浮于水中，露出水面數厘米，氣囊將閘門與河流冰蓋隔開；冬季過后，將橡膠管放氣，取出配重，將整個氣囊卷起保管備用。

3.3 消解氣囊安裝

冰凍壓力消解氣囊由3個長條橡膠管并列組裝在篷布制作的外套內，底部配裝φ16 鋼筋；冬季冰凍前對橡膠管充氣形成氣囊，氣囊寬約4cm、長約9.98m、高約12cm；將氣囊放置在閘門上游10cm處水中，調整橡膠管內充氣量，使氣囊懸浮于水中，露出水面3cm；為防止氣囊在風浪作用下遠離閘門，用繩索將氣囊系于閘門鋼絲繩上；氣囊將閘門與河流冰蓋隔開，對閘門起到安全防護作用。

4 應用實效對比

三河閘工程歷年來使用的是在閘門附近范圍內拋灑蘆柴捆，通過蘆柴捆在閘門水域附近形成冰凍隔離帶，有效緩解閘門受冰凍壓力擠壓。但是該方法存在幾點問題：一是蘆柴捆需要提前安排人工收割捆扎好，需要專門妥善保管，存在消防安全隱患；并且保管年限不長，每年需要及時更新。二是拋灑至水面后，拆捆的位置不易固定；且蘆柴捆吸水導致重量增加，回收難度較大，人工成本較高，作業也存在安全隱患。三是蘆柴捆抗風浪沖擊能力較差，如遇大風天氣，易被吹散，無法滿足緩解冰凍壓力的功能；同時散開的蘆柴造成水面污染，難以回收，與現行的水污染防治法相違背。

此次設計的冰凍壓力消解氣囊結構簡單，便于安裝。為檢驗其防冰凍效果，作為管理單位，三河閘管理所已于2016年冬季在閘上游閘門水面交界處安裝試驗過此氣囊，氣囊聯鎖預留一定空間可以隨水位上下波動，確保氣囊始終處于閘門水面交界處。通過現場安裝使用效果來看，當上游湖面因氣溫驟降結冰后，氣囊能夠有效將閘門與水面冰塊隔離開，從而大大降低水面冰凍產生的壓力對閘門產生的影響，確保閘門不受擠壓，同時降低風浪導致冰塊撞擊閘門的風險。冬季過后管理所將整個氣囊卷起保管備用，延長了氣囊的使用周期。

圖1 水利工程閘門冰凍壓力消解氣囊結構圖

5 結語

本文以三河閘工程冬季閘門防冰凍為例，分析研究了冰凍壓力消解氣囊，并結合該氣囊在三河閘工程實際中的應用效果進行闡述。冰凍壓力消解氣囊的優點是：使用方便，造價低廉，對環境無污染。水利工程閘門冰凍壓力消解氣囊安裝在迎水側，冬季河流結冰時隔開閘門與冰蓋，可有效消解冰凍膨脹對閘門的壓力，維護閘門安全■