堤壩自動(dòng)擋水裝置研究

江召兵 王巧云 朱寶明

摘 ?要：在以往搶救漫溢險(xiǎn)情中，有泄、蓄、分三種方式，但現(xiàn)有方式往往需要人工修筑子埝來防止漫溢。本研究采取了創(chuàng)新型的方法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)擋水防漫溢，無需人工操作，無需電動(dòng)力，擋水墻以水的浮力作為動(dòng)力，通過河道內(nèi)水位高低實(shí)現(xiàn)自動(dòng)升降，能極大程度的減少人工勞作。在非汛期擋板也可作為觀光道路，供人們跑步健身，堤壩自動(dòng)擋水防漫溢墻在堤壩的抗洪搶險(xiǎn)中擁有廣闊的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：抗洪搶險(xiǎn);擋水墻;防漫溢

中圖分類號(hào)：TV878 ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? ? ? 文章編號(hào)：2095-2945（2020）32-0039-02

Abstract： In the past， there were three ways to rescue spillover danger， such as discharge， storage and division， but the existing methods often need to build sub-banks manually to prevent spillover. In this study， an innovative method is adopted to realize automatic water retaining and anti-overflow， without manual operation or electric power. The water retaining wall takes the buoyancy of water as the power， and automatically rises and falls through the water level in the river， which can greatly reduce manual labor. In the non-flood season， the baffle can also be used as a sightseeing road for people to run and keep fit. The automatic water retaining and overflowing wall of the dam has a broad application prospect in the flood prevention and rescue of the dam.

Keywords： flood prevention and rescue; water retaining wall; anti-overflow

1 概況

江河堤防的設(shè)防不允許洪水漫頂過水，但當(dāng)遭遇超標(biāo)準(zhǔn)洪水等原因時(shí)就會(huì)造成漫溢過水[1]，漫溢時(shí)水流沖刷堤壩，削弱堤體，往往會(huì)導(dǎo)致堤防潰決。在以往的應(yīng)急險(xiǎn)情案例中，常使用人工修筑、加高子堤來抵御洪峰水位，并且需要全線同步施工保證搶修子埝進(jìn)度一致不留缺口，這樣的方法不僅耗費(fèi)了大量的人力物力，并且洪水常比搶救來的更快一些，使得救援更加困難，洪水造成的傷害也隨之變大。

現(xiàn)代科技和人民思想的進(jìn)步使得防洪觀念的改變由控制洪水到洪水管理[2]，所以治理洪災(zāi)不應(yīng)是簡(jiǎn)單的照搬各項(xiàng)措施，而是因地制宜的在不同堤壩、不同堤段上建立起相適應(yīng)的防洪工程體系。

近年來，對(duì)于防洪墻的擋水研究屢見不鮮[3]，在此基礎(chǔ)上，為降低洪水漫溢造成的損失以及解決人工修筑子埝帶來的困擾，堤壩自動(dòng)擋水裝置應(yīng)運(yùn)而生。在江河水汛期可通過水的浮力實(shí)現(xiàn)自動(dòng)升降，擋板寬度即為擋水的最高值，在非汛期，擋板亦可作為觀光通道，供行人休閑健身，該自動(dòng)擋水裝置采取了創(chuàng)新性的方法，為堤壩漫溢提供了新的解決思路，在今后的實(shí)踐中有望進(jìn)行全省乃至全國(guó)的推廣。

2 擋水裝置的結(jié)構(gòu)、選材和原理

該裝置主要由6部分組成：（1）浮板;（2）90度鉸鏈;（3）外側(cè)支撐;（4）外欄桿;（5）內(nèi)加固桿;（6）內(nèi)側(cè)支撐，如圖1所示。

浮板的下側(cè)采用的是鋁合金擋水板、上側(cè)為橫條紋木板，通過鋁合金板來實(shí)現(xiàn)擋水，橫條紋木板可供行人踩踏及提供承載力。鋁合金擋水板常被用作汛期洪水來臨時(shí)防汛應(yīng)急使用，因而也可作為此擋水裝置的擋板。具有可快速安裝拆卸、抗壓能力強(qiáng)、美觀耐用等優(yōu)點(diǎn)。

上方選用橫條紋木板，作為休閑、散步的平臺(tái)，也是堤壩上的觀光平臺(tái)，從選材來說應(yīng)當(dāng)是堅(jiān)固、耐久、耐腐蝕，所以可采用花旗松碳化木木板，符合選材要求，單根重約為3kg。

鉸鏈的作用是提供橫向支持力，抵消洪水對(duì)擋水板產(chǎn)生的橫向負(fù)載，以及對(duì)擋水裝置起固定作用，以鉸鏈為轉(zhuǎn)軸，浮板與堤岸的夾角須固定在90度與180度之間。可以選擇重型鉸鏈，鋅合金材質(zhì)，尺寸在150mm以上，承重能力強(qiáng)，用以固定擋水板較為合適。

內(nèi)、外側(cè)支撐由圓形巴沙木組成，直徑20cm，長(zhǎng)方形框架，中間以對(duì)角線交叉固定。支撐木的用途主要為提供浮力及支撐浮板和上方的結(jié)構(gòu)、行人，巴沙木具有堅(jiān)固、防水且密度小的特點(diǎn)，最適合作為支撐木。支撐木使用連接件連接及膠合連接，外層涂防腐漆防腐。外欄桿的選材思路是耐腐蝕、重量輕、耐久性強(qiáng)、抗形變能力強(qiáng)，因而通過實(shí)例比對(duì)以下數(shù)種材料后，最終選取鋅鋼欄桿。

在鉸鏈內(nèi)側(cè)的加固桿選用的是新型梁口定位螺栓，用于加固擋水板，間隔一米放置單根重量約5kg。通過固定在擋水板上，用以抵消其所受的縱向受力，降低擋水板失事的概率。如果在加固桿的上端增加防滑鏈，則可提供額外的橫向摩擦力，同時(shí)為鉸鏈減少負(fù)荷，進(jìn)一步增強(qiáng)擋水板抵御洪水的能力。

3 擋水裝置可行性研究

浮力計(jì)算：通過計(jì)算裝置的重量、排水體積可計(jì)算出當(dāng)水位高度到達(dá)擋板豎起時(shí)的最高點(diǎn)之前，浮力應(yīng)大于裝置自身的重量，此時(shí)則可說明裝置可行。裝置總重約為11kN，支撐木提供的浮力為21kN>11kN。即水位在未到達(dá)浮板高度時(shí)，裝置所受浮力已等于自身重力，裝置處于漂浮狀態(tài)，如圖2所示。

抗壓性能試驗(yàn)，首先對(duì)裝置的各種情況進(jìn)行受力分析。

由圖3易知，當(dāng)水位線處于擋板最高點(diǎn)時(shí)，鉸鏈所受壓力最大。取擋板長(zhǎng)10m，水密度103kg/m3。左側(cè)重心位于擋-0.5m處，重216kg（由支撐木提供），右側(cè)重心位于0.6m處，重180kg（主要由欄桿提供），重心恰好位于擋板上方。由于其對(duì)稱性，則對(duì)稱點(diǎn)位于距擋水板1/2m的直線上。

支撐板提供浮力F為21600N，浮力沿鉸鏈與浮力作用點(diǎn)直線方向力的大小為19732N，即鉸鏈拉力需大于19732N。

4 結(jié)束語

對(duì)于本裝置從構(gòu)思到設(shè)計(jì)、選材，再到定性分析定量計(jì)算，逐步驗(yàn)證了它在堤壩防漫溢上的可行性。在創(chuàng)新方面，與以往的措施相比，自動(dòng)擋水裝置的運(yùn)用則更為美觀、實(shí)用，它最大的亮點(diǎn)在于“自動(dòng)”與“高效”，它僅僅依靠水的浮力便能實(shí)現(xiàn)自由的升降擋水，既解決了人工修筑子埝費(fèi)時(shí)費(fèi)力的詬病，也讓漫溢的搶救變得更為高效與迅速，自動(dòng)擋水裝置在日后的應(yīng)用前景非常廣泛。

參考文獻(xiàn)：

[1]黃治策.探討堤防工程常見的險(xiǎn)情及搶險(xiǎn)方法[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計(jì)，2018，000（012）：2567.

[2]高仲兵，史俊寶，霍學(xué)平，等.快速裝配式防洪擋水墻的關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)與應(yīng)用[J].中國(guó)水利，2018（04）：54-55+43.

[3]吳軍君，倪立建，陳海云，等.移動(dòng)式防洪墻擋水試驗(yàn)研究[J].水電能源科學(xué)，2017，35（03）：85-88.