張立群

(朝陽(yáng)縣凌河保護(hù)區(qū)管理局，遼寧 朝陽(yáng)122004)

0 引 言

隨著人民群眾生活水平的不斷提高以及城市功能的發(fā)展和完善，城市河道整治工作對(duì)于景觀的要求也在不斷提升。就目前的實(shí)際情況來(lái)看，城市河道設(shè)計(jì)原則已經(jīng)在原有的保障城市水系防洪、供水標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上增加了與河道景觀完美結(jié)合的內(nèi)容，簡(jiǎn)單的講，就是在滿(mǎn)足河道基本水利功能的同時(shí)盡可能營(yíng)造河岸景觀、為城市增添生態(tài)自然的空間環(huán)境，進(jìn)而帶給居民以更好的視覺(jué)享受。

水工建筑物常用的閘門(mén)型式主要有人字閘門(mén)、弧形鋼閘門(mén)以及直升式平面鋼閘門(mén)，這幾種閘門(mén)型式雖然在功能和性能方面已經(jīng)得到了反復(fù)驗(yàn)證，但是應(yīng)用于有景觀要求的城市河道則顯得不盡如人意:

1)人字閘門(mén):在寬度較大的航運(yùn)河道，此類(lèi)閘門(mén)的適用性非常顯著，但靜水啟閉的運(yùn)行要求卻對(duì)其適用范圍產(chǎn)生了較大限制。

2)弧形鋼閘門(mén):具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、水流條件好、啟閉力小的優(yōu)勢(shì)，但在河道寬度較大的情況下，必須同時(shí)設(shè)置多孔弧形鋼閘門(mén)，河道過(guò)流斷面會(huì)因閘墩的存在而縮小，進(jìn)而對(duì)閘門(mén)泄流能力產(chǎn)生負(fù)面影響。

3)直升式平面鋼閘門(mén)具有安裝簡(jiǎn)單、管理方便的特點(diǎn)，但設(shè)于孔口上部的啟閉系統(tǒng)與土建結(jié)構(gòu)在視覺(jué)方面不夠通透，影響景觀效果。

液壓升降壩是一種全新閘型，與傳統(tǒng)擋水型閘壩相比擁有更好的泄水效果、更為合理的力學(xué)結(jié)構(gòu)，同時(shí)還具有不易出現(xiàn)泥沙淤積、較少受漂浮物影響的特點(diǎn)。

本次研究在簡(jiǎn)單介紹液壓升降壩工作原理的基礎(chǔ)上，對(duì)其結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)進(jìn)行了分析，隨后結(jié)合工程實(shí)例，對(duì)液壓升降壩選型設(shè)計(jì)進(jìn)行了討論，以期為今后同類(lèi)工程設(shè)計(jì)工作的有效開(kāi)展提供思路上的參考以及方法上的借鑒。

1 液壓升降壩的工作原理

液壓升降壩是一種新型活動(dòng)壩，以支墩壩的水工結(jié)構(gòu)型式為基礎(chǔ)，將機(jī)械力學(xué)以及液壓系統(tǒng)控制原理整合其中，同時(shí)具有泄水和擋水功能。其液壓系統(tǒng)主要由以下4 個(gè)部分組成:

1)動(dòng)力裝置:即液壓泵，可將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為液壓能。

2)控制調(diào)節(jié)裝置:即液壓控制閥組，包括溢流閥、節(jié)流閥、換向閥等部件，可對(duì)液壓油的流量、方向和壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)。

3)執(zhí)行元件:即液壓缸，可將液壓能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能［1］。

4)輔助裝置:該部分包括的部件較多，如油管、濾油器、油箱等。其中，油管及相應(yīng)的接頭部件用于構(gòu)建液壓回路;濾油器可過(guò)濾液壓油中的各類(lèi)雜質(zhì)，使液壓油的清潔度得到有效保持，在避免發(fā)生閥組堵塞問(wèn)題的同時(shí)，為系統(tǒng)的正常運(yùn)行以及各部件使用壽命的延長(zhǎng)提供保障。

在液壓系統(tǒng)的控制下，液壓缸內(nèi)的活塞沿內(nèi)壁(即軸向)做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)液壓桿及壩體做直線運(yùn)動(dòng)，從而使孔口啟閉的要求得到滿(mǎn)足。需要說(shuō)明的一點(diǎn)是，為滿(mǎn)足局部開(kāi)啟狀態(tài)下的過(guò)流要求，絕大部分液壓升降壩都在液壓系統(tǒng)中設(shè)置了液壓鎖定裝置。

2 液壓升降壩的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)

2.1 液壓升降壩的結(jié)構(gòu)

弧形壩面、液壓與支撐桿、液壓泵站、液壓缸以及油路系統(tǒng)是液壓升降壩結(jié)構(gòu)的主要組成部分，其中，弧形壩面采用鋼筋混凝土材料，厚度、半徑等關(guān)鍵參數(shù)需結(jié)合壩前擋水水頭的實(shí)際情況加以確認(rèn)。多扇壩板共同構(gòu)成壩面，為確保壩體的止水效果，各壩板間設(shè)置止水橡皮而非阻水建筑物(如閘墩)。一般來(lái)說(shuō)，單扇壩板的寬度為6 m(若有需要可酌情修正)，壩高1.5 ～6 m。

液壓升降壩的底部通過(guò)鉸鏈軸固定于壩基之上，壩面支撐由鉸鏈承力桿負(fù)責(zé)，液壓桿設(shè)置于壩面后，通過(guò)其伸縮動(dòng)作來(lái)帶動(dòng)壩面的扇形上下升降運(yùn)動(dòng)。為控制壩體升降，支撐桿、液壓缸均設(shè)有解鎖裝置。通過(guò)設(shè)置浮標(biāo)開(kāi)關(guān)，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)坍壩功能。值得一提的是，目前絕大部分液壓升降壩都具備以遠(yuǎn)程操作方式控制液壓系統(tǒng)的功能。

2.2 液壓升降壩的特點(diǎn)

結(jié)合壩體構(gòu)造，我們可以將液壓升降壩的特點(diǎn)概括為以下6 個(gè)方面:

1)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、跨度較大、支撐可靠、施工簡(jiǎn)易。2)液壓系統(tǒng)可自動(dòng)完成液壓升降壩的啟閉操作，運(yùn)行管理的自動(dòng)化程度高、勞動(dòng)強(qiáng)度較低。

3)在倒伏狀態(tài)下，液壓升降壩幾乎完全貼近河床，具有優(yōu)越的水力條件。除滿(mǎn)足泄洪要求外，還可讓泥沙、漂浮物等更為順利的進(jìn)入下游。在設(shè)計(jì)水頭范圍內(nèi)，壩面可在液壓系統(tǒng)的控制下停留在任意位置，這種靈活性為滿(mǎn)足下泄流量以及上游蓄水水位的要求提供了有力保障［2］。

4)蓄水后，活動(dòng)壩面門(mén)前可形成平靜、寬闊的睡眠，門(mén)頂溢流可作為小型瀑布景觀，景觀效果顯著。

5)鋼筋混凝土材料的應(yīng)用使活動(dòng)壩面的強(qiáng)度得到有效保障，在日常運(yùn)行和管理工作中，工作人員需要注意的關(guān)鍵問(wèn)題僅有保障液壓缸的密封和防腐性能。

6)與傳統(tǒng)閘門(mén)相比，液壓升降壩的混凝土工程量小，且無(wú)閘墩和金屬結(jié)構(gòu)埋件，不僅工期較短，而且可大幅減少建設(shè)成本。

3 液壓升降壩選型設(shè)計(jì)

3.1 工程概況

某城市河道過(guò)水?dāng)嗝妾M小，受建設(shè)年代較早的影響，防洪標(biāo)準(zhǔn)無(wú)法滿(mǎn)足現(xiàn)行規(guī)范的要求，即便是在這種情況下，部分河段因長(zhǎng)期運(yùn)行，其現(xiàn)有的防洪能力僅有最初設(shè)計(jì)20 ～30%的水平，并且河道構(gòu)筑物內(nèi)阻水、壅水的問(wèn)題比較嚴(yán)重，一旦遭遇較大規(guī)模的洪水沖擊，勢(shì)必會(huì)對(duì)兩岸居民的生命財(cái)產(chǎn)安全造成嚴(yán)重威脅。

本次工程的主要任務(wù)是對(duì)河道進(jìn)行疏挖整治，使河道排水行洪能力與現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范以及城市發(fā)展的要求相適應(yīng)，在此基礎(chǔ)上，改善河道的水環(huán)境，以此帶來(lái)良好的環(huán)境效益和社會(huì)效益。結(jié)合業(yè)主單位的要求以及河道現(xiàn)狀，設(shè)計(jì)人員提出在樁號(hào)1+400、1+850、2+422 三處位置分別新建1 座節(jié)制閘。汛期到來(lái)時(shí)，節(jié)制閘開(kāi)啟，為行洪安全提供保障;在非汛期，節(jié)制閘關(guān)閉，形成水面景觀。

3.2 閘型對(duì)比與選擇

在前文的敘述中我們提到，本次工程需同時(shí)滿(mǎn)足行洪以及景觀要求，為此，以2+422 處的節(jié)制閘24×2.2m(寬×高)為例，對(duì)閘型進(jìn)行對(duì)比和選擇。在現(xiàn)階段的城市河道整治設(shè)計(jì)中，水力自控翻板閘、氣動(dòng)盾形閘、鋼壩閘是應(yīng)用較為廣泛的幾種景觀閘型，下面對(duì)其進(jìn)行逐一介紹。

3.2.1 水力自控翻板閘

門(mén)葉、連桿、支腿是水利自控翻板閘的主要組成部分，在上游水位調(diào)節(jié)時(shí)，閘門(mén)的啟閉由重力和水壓力的合力及相應(yīng)力矩變化共同完成;在泄流時(shí)，門(mén)葉上游同時(shí)出流。值得一提的是，部分工程采用了為水力自控翻板閘增配液壓?jiǎn)㈤]機(jī)的做法，以此實(shí)現(xiàn)水力與液壓的雙重控制功能。

3.2.2 氣動(dòng)盾形閘

熱浸鍍鋅高強(qiáng)度鋼板、聚酯纖維強(qiáng)化橡膠氣袋是氣動(dòng)盾形閘的主要組成部分，二者均固定于閘底板基礎(chǔ)混凝土上。其中，橡膠氣袋設(shè)置于熱浸鍍鋅高強(qiáng)度鋼板的下游，為避免閘門(mén)板向上游倒伏，其后設(shè)有抑制帶。

氣動(dòng)盾形閘的啟閉通過(guò)壓縮空氣完成，可以滿(mǎn)足動(dòng)水啟閉的要求，同時(shí)滿(mǎn)足門(mén)板分區(qū)倒伏過(guò)水和閘門(mén)局部開(kāi)啟的要求。

3.2.3 鋼壩閘

液壓?jiǎn)㈤]設(shè)備、門(mén)葉、底軸和拐臂結(jié)構(gòu)是鋼壩閘的主要組成部分，其中，拐臂的任務(wù)是連接閘門(mén)底軸和液壓缸，并將后者的機(jī)械能傳遞給前者，以此控制閘門(mén)啟閉。

由于允許門(mén)頂溢流，因此鋼壩閘在立壩蓄水的狀態(tài)下，可形成小型的瀑布景觀;在局部開(kāi)啟的狀態(tài)下，可對(duì)上下游水位進(jìn)行調(diào)節(jié);在完全倒伏的狀態(tài)下，閘門(mén)高程與下游閘底板相同，可使阻水問(wèn)題得到徹底的消除。

表1 對(duì)各類(lèi)景觀閘型的成本、壽命、泄洪與景觀效果等進(jìn)行了列舉，以便更加清晰的進(jìn)行比對(duì)和選擇。

表1 四種景觀閘型的對(duì)比

由表1 可以清晰的看出，四種景觀閘型均有各自的優(yōu)點(diǎn)和缺陷。在景觀效果、泄洪效果、自動(dòng)化水平3 個(gè)方面，液壓升降壩、氣動(dòng)盾形閘、鋼壩閘的優(yōu)勢(shì)都比較突出，而在使用壽命方面，液壓升降壩則明顯優(yōu)于另外兩種壩型，為進(jìn)一步提高項(xiàng)目建設(shè)的經(jīng)濟(jì)效益，設(shè)計(jì)人員最終選擇了液壓升降壩。

3.3 液壓升降壩布置

在樁號(hào)2+422 處的河道斷面為矩形，河底高程、寬度分別為117.5 m、24 m，堤頂高程121.04 m，工程布置依次為上游連接段、鋪蓋段、閘室段、消力池段、下游連接段。其中，上游鋪蓋段為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，底板高程、長(zhǎng)度、厚度依次為117.54 m、10 m、400 mm。閘室底板采用二層臺(tái)階，為單孔分離式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，閘孔長(zhǎng)度、寬度分別為5 m、24 m。其中，上層臺(tái)階高程117.54 m，與鋪蓋段相連;下層臺(tái)階高程116.24 m，與消力池段相連。

液壓升降壩安裝在上層臺(tái)階，因此上層臺(tái)階需要為壩體鉸支座預(yù)留二期混凝土孔口尺寸;下層臺(tái)階需要為液壓缸預(yù)留二期混凝土安裝尺寸;上、下兩層臺(tái)階的銜接處需要為支撐桿預(yù)留二期混凝土尺寸。在澆筑過(guò)程中，以上部位均應(yīng)保證一期混凝土預(yù)留鋼筋、預(yù)埋件鋼筋的牢固連接。邊墻、底板均應(yīng)為液壓管路槽預(yù)留相應(yīng)尺寸，前者預(yù)留的管路槽上需鋪蓋混凝土蓋板，后者需鋪蓋鋼板蓋板。

液壓升降壩的壩板共計(jì)4 扇，其間設(shè)有橡皮止水。單扇閘門(mén)重約4 500 kg，其后設(shè)置液壓缸2 支，液壓泵房設(shè)置在左岸稍遠(yuǎn)處。下游消力池段長(zhǎng)10 m、底板厚600 mm，采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。為避免啟閉操作造成門(mén)后負(fù)壓以及局部開(kāi)啟時(shí)門(mén)頂溢流，壩后兩側(cè)邊墻設(shè)置了具有補(bǔ)氣效果的通氣孔，以便使壩體振動(dòng)得到減輕。

4 結(jié) 語(yǔ)

結(jié)合本次工程設(shè)計(jì)實(shí)例得出以下結(jié)論:①液壓升降壩擁有良好的景觀及泄洪功能，行洪不阻水;②液壓升降壩施工簡(jiǎn)易，可大幅減少項(xiàng)目成本;③在城市景觀河道閘型選擇與設(shè)計(jì)中，液壓升降壩可作為首選型式，但也應(yīng)注意結(jié)合工程的實(shí)際情況。

［1］尚加濤，馮銀安.液壓升降壩在鄭州市金水河河道綜合整治中的應(yīng)用［J］.四川建材，2015(03):96－96.

［2］王大勝，惠榮奎.液壓升降壩在水運(yùn)工程中的應(yīng)用［J］.中國(guó)水運(yùn)，2014(09):329－330.