趙巖松 伊佳倩 李媛媛

（大連市水利規(guī)劃設(shè)計(jì)院 遼寧 大連 116021）

1 工程概述

小窯灣國際商務(wù)區(qū)內(nèi)湖位于東側(cè)臥龍河與西側(cè)翔鳳河之間，是兩條河流連通的紐帶。 根據(jù)規(guī)劃，在內(nèi)湖與兩條河流相交處各設(shè)橋梁一座。為了攔蓄水體、形成湖面，需要在兩端交通橋內(nèi)湖側(cè)合適位置各設(shè)擋水建筑物一座，以保證景觀湖面的形成。 并滿足內(nèi)湖與人工河道通航及內(nèi)湖水體交換的功能要求。

本工程的具體任務(wù)如下：

1）通過擋水建筑物的修建，可以滿足景觀對(duì)內(nèi)湖水面的要求；

2）可根據(jù)擋水建筑上下游水位的變化，對(duì)擋水建筑物進(jìn)行相應(yīng)的控制，從而可以實(shí)現(xiàn)游船的通行；

3）通過對(duì)擋水建筑物進(jìn)行相應(yīng)的控制，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)內(nèi)湖水體交換的要求。

基于以上工程任務(wù)，需要對(duì)擋水建筑物的型式的選定進(jìn)行定性的分析以及相應(yīng)的方案比選工作。 以下將對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)敘述。

2 設(shè)計(jì)參數(shù)

設(shè)計(jì)河底高程：-1.5m

設(shè)計(jì)擋水位：0.5m

50 年一遇設(shè)計(jì)洪水位：3.34m（外河）

設(shè)計(jì)高潮位（?？冢?.93m

設(shè)計(jì)閘孔凈寬：10m

3 方案提出

綜合分析本工程各方面對(duì)擋水建筑物的要求，本工程擋水建筑物的組合型式基本上可為如下組合：

方案（一）：采用混凝土擋水堰與鋼壩閘（即底橫軸翻轉(zhuǎn)閘門）相結(jié)合的建筑物型式；

方案（二）：采用混凝土擋水堰與橡膠壩相結(jié)合的建筑物型式；

方案（三）：采用混凝土擋水堰與其它型式閘門（例如“人”字形船閘等）相結(jié)合的建筑物型式。

4 方案比選

方案（三）組合的閘門型式為單向受力、單向止水，不能滿足本工程的雙向受力、雙向止水的要求，所以此方案行不通。故以下著重對(duì)其他兩個(gè)方案進(jìn)行比較，即鋼壩與橡膠壩的比較。 方案比較主要從使用壽命、損壞及維修、運(yùn)行情況、安全可靠性分析、冬季冰凍問題、防腐問題、淤積問題、能耗的對(duì)比及影響泄洪斷面等九個(gè)方面進(jìn)行相應(yīng)的分析比較。 具體如下：

4.1 使用壽命

鋼壩的設(shè)計(jì)使用壽命可達(dá)50～60 年，當(dāng)前國際上最長壽命的鋼性閘門為近百年。 國內(nèi)最早的福建小溪電站為1958 年建成至今仍在使用， 同樣的鋼結(jié)構(gòu)在解放前就開始使用一直運(yùn)用至今的案例到處都有。而權(quán)威部門根據(jù)室內(nèi)測(cè)試資料和工程實(shí)踐初步判定橡膠壩的使用壽命10～15 年就必須更換一次壩袋。至今國內(nèi)第一條橡膠壩的壽命未超過15 年， 上世紀(jì)我國東北地區(qū)建的許多橡膠壩已拆除，2005 年位于廣西東筍電站建的橡膠壩也已拆除改建鋼性閘門。一次鋼壩的投資等于四次橡膠壩的投資（中間壩袋要換需要大量建設(shè)輔助工作不算）。

4.2 損壞及維修

4.2.1 壩的損壞

1）人為破壞造成的損壞

橡膠壩容易受到尖利和有尖角物體的損壞，在容易受到人為破壞或河道內(nèi)有尖角物較多的地方不宜安裝橡膠壩。

2）洪水過后的殘骸造成的損壞，景觀的影響

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。 微小處的漏氣易于修復(fù)，如果漏氣面積較大，修復(fù)起來比較困難。 每次升壩或塌壩后各種殘骸遺留在壩袋上給景觀帶來極大影響， 運(yùn)行單位每次都派員進(jìn)行擦洗，工作量較大。

3）放氣孔（水）造成的損壞

放氣（水）期間，橡膠壩體可能會(huì)由于緊靠壩下游面的尖利物體所刺破。

4）火造成的損壞

（1）火也許是對(duì)橡膠壩最為不利的潛在危害因素。 火可引起大范圍的壩體損壞，而修復(fù)大面積的壩體有時(shí)是不可能的。 對(duì)于很重要的壩，可行的辦法是提供備用橡膠壩，以便在出現(xiàn)嚴(yán)重?fù)p壞時(shí)，能迅速替換。 運(yùn)行成本大大增加。

（2）鋼性閘門它本身屬性決定上述情況都不會(huì)發(fā)生。 在此對(duì)鋼性閘門進(jìn)行了細(xì)致的分析，現(xiàn)在閘門的運(yùn)轉(zhuǎn)件采用特殊復(fù)合材料，該種材料在水下運(yùn)行若干年無需加潤滑油，也不會(huì)銹蝕。

（3）最近有資料報(bào)導(dǎo)山東某工程攔河橡膠壩運(yùn)行五六年，就壩體已維修了三次，費(fèi)用高達(dá)600 萬元（其它未計(jì)算），而鋼性閘門約三十年左右進(jìn)行一次防腐即可。

4.3 運(yùn)行情況

4.3.1 運(yùn)行時(shí)間

橡膠壩是通過充氣或充水達(dá)到升壩的目的，正常需要2～3 小時(shí)才能完全升或塌壩，時(shí)間較長。而鋼性閘門采用啟閉機(jī)啟閉，運(yùn)行速度可達(dá)1～2m/分鐘，一般工程不超過2 分鐘即可完成升壩和塌壩。 這樣可有效的保證突發(fā)洪水時(shí)能及時(shí)泄洪。橡膠壩會(huì)隨著使用次數(shù)和年份的增加而且使用充氣（水）、排氣（水）時(shí)間增長，因?yàn)閴蝺?nèi)和管道內(nèi)會(huì)結(jié)垢的原因。

4.3.2 運(yùn)行可靠性

由于橡膠壩存在泄漏，原因是橡膠臘交聯(lián)、刺傷、管道聯(lián)結(jié)缺陷以及緊固系統(tǒng)和施工質(zhì)量，故要不斷經(jīng)常性的充氣，否則會(huì)出現(xiàn)過了一段時(shí)間壩泄氣（水）自動(dòng)塌下來的現(xiàn)象，有時(shí)河道內(nèi)水流干都不知道，造成一定損失，而鋼壩采用機(jī)械鎖定，當(dāng)塌壩、升壩和調(diào)節(jié)水位時(shí)任意角度都可鎖定，不會(huì)發(fā)生移動(dòng)。

4.3.3 壩頂溢流

橡膠壩設(shè)計(jì)規(guī)范中明確規(guī)定溢流不能超過50cm， 否則將易出現(xiàn)跨壩事件，而鋼壩可有效的克服這一缺陷，可以長時(shí)間大流量的從壩頂溢流形成瀑布效果。

4.3.4 自動(dòng)化程度高

橡膠壩一般難實(shí)現(xiàn)集中網(wǎng)絡(luò)控制，而鋼壩可以實(shí)現(xiàn)先進(jìn)的自動(dòng)化控制和網(wǎng)絡(luò)控制，可以在全球任一互聯(lián)網(wǎng)控制。

4.4 安全可靠性分析

橡膠壩一般須建一座供氣站或水泵房，管路多且復(fù)雜，而鋼壩僅僅配套二臺(tái)驅(qū)動(dòng)裝置，該種型式驅(qū)動(dòng)裝置是一種新型驅(qū)動(dòng)型式，它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，無須油管、泵站等附屬設(shè)施，另該種驅(qū)動(dòng)裝置配備了手動(dòng)裝置，若由于停電或其他故障可以手動(dòng)操作，操作力只需5kg。這樣可以有效的保證塌壩時(shí)能塌壩，立壩時(shí)能立壩，安全性極高。

4.5 冬季冰凍問題

橡膠壩根據(jù)《設(shè)計(jì)規(guī)范》和實(shí)際使用情況，冬季一旦結(jié)冰就必須做好刨冰工作，否則將對(duì)橡膠壩的使用造成致命的損壞，而刨冰工作完全依靠人工完成，既耗時(shí)又耗力，且給管理帶來極大的不便。 到春天解凍時(shí)，冰凌不能在橡膠壩上溢流，結(jié)實(shí)而鋒利的冰塊很可能把橡膠壩劃破。

到了冬季，將鋼壩傾斜一定角度，此時(shí)若結(jié)冰，冰層可以沿著斜角向上延伸，從而有效的釋放水結(jié)冰的膨脹力，這樣鋼壩不會(huì)受到任何破壞，另由于鋼材本身的堅(jiān)硬特性，每年春天的凌汛可以安全在壩頂泄洪，鋼壩可以輕松安全的度過冬季。

4.6 防腐問題

鋼壩表面是按照《水利水電鋼閘門制造標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范》進(jìn)行熱噴鋅，附著力極強(qiáng)，權(quán)威機(jī)構(gòu)研究結(jié)果表明，沙的流速8≤m/s，不會(huì)對(duì)鋅層構(gòu)成破壞，一般河流的流速不可能達(dá)到這個(gè)速度。

4.7 淤積問題

鋼壩是一種特殊結(jié)構(gòu)的壩閘形式，它沒有底門槽和側(cè)門槽，是門葉圍繞底軸心旋轉(zhuǎn)的結(jié)構(gòu)。上游止水壓在圓軸上，當(dāng)壩豎起或倒下時(shí)，止水不離圓軸的表面，始終保持密封止水狀態(tài)；側(cè)面止水同樣的原理，止水面始終不離開側(cè)胸墻（不銹鋼埋件或大理石），故淤沙（泥）不會(huì)影響鋼壩的升壩和塌壩。

針對(duì)淤積較嚴(yán)重的地區(qū)，一般在壩前設(shè)擋沙（泥）檻和喇叭口。 一是為了有效的擋住大的石塊，二是當(dāng)塌壩泄洪時(shí)，提高壩口位置的流速，可有效的讓泥沙、水混合物直接隨洪水沖至下游。

北方地區(qū)立壩蓄水是該壩的主要功能。 立壩時(shí)間較長易淤積，但是鋼壩是圍繞底軸向下游傾倒， 故塌壩時(shí)淤積的泥沙被水流沖向下游，不可能形成阻塞。另，行洪后我們會(huì)根據(jù)當(dāng)?shù)氐哪嗌澈糠治龀鲇卸嗌倭康挠偕常啵┏恋碓陂T體上，并通過淤沙（泥）量計(jì)算出升壩時(shí)需要的升壩力，充分考慮到升壩時(shí)克服淤沙（泥）的力量。

4.8 能耗的對(duì)比

100m 橡膠壩的用電負(fù)荷量最少需要功率100kw/小時(shí)左右， 每次升壩時(shí)間約為2～3 個(gè)小時(shí)。

鋼壩閘比橡膠壩每年節(jié)省了相當(dāng)大的用電量。

4.9 影響泄洪斷面

橡膠壩設(shè)計(jì)規(guī)范要求壩的底坎高20cm，另外，塌壩時(shí)橡膠壩內(nèi)的水不能完全放盡，形成不低于20cm 的高度，兩者相加塌壩時(shí)在河流斷面形成不低于40cm 的阻水?dāng)嗝妫瑖?yán)重影響泄洪流量。 而鋼壩無此影響。

5 方案選定

通過以上對(duì)鋼壩和橡膠壩的諸多方面的綜合比較可知：

方案（二）組合的橡膠壩運(yùn)行調(diào)度時(shí)，控制困難且充氣、放氣過程耗時(shí)很長，大概需要三個(gè)小時(shí)左右，對(duì)本工程的運(yùn)行管理不利；使用壽命短，一般15 年左右就要換一次壩袋；規(guī)范要求橡膠壩過流時(shí)，壩頂溢流高度不得超過50cm。 這些都不能滿足本工程的要求。

方案（一）組合即能滿足本工程雙向受力、雙向止水的要求，又能滿足運(yùn)行時(shí)開關(guān)耗時(shí)短（約幾分鐘）的要求；且設(shè)計(jì)使用壽命較長，達(dá)50～60 年。 閘頂可長期溢流，且高度可控。

6 結(jié)論

從滿足工程運(yùn)行和使用壽命的角度出發(fā)，方案（一）是最適合本工程的方案，故方案（一）為本工程的推薦方案，小窯灣國際商務(wù)區(qū)內(nèi)湖擋水建筑物最終選定為混凝土擋水堰與鋼壩閘 （即底橫軸翻轉(zhuǎn)閘門）相結(jié)合的建筑物型式是合適的。

［1］劉細(xì)龍，陳福榮，編著.閘門與啟閉設(shè)備[M].北京：中國水利水電出版社出版，2002.