【摘要】隨著人民物質(zhì)生活水平的不斷提高，人們對生活環(huán)境、城市景觀的向往也日益增加，人民群眾對水環(huán)境的要求和依賴越來越大，因此，各種景觀壩在城市景觀水利工程中得到廣泛的運用。本文就幾種常見的景觀壩進行一些簡要的分析介紹。

【關(guān)鍵詞】景觀壩；傳統(tǒng)水力自動控制翻板壩；液壓啟閉機控制的雙作用翻板壩；液壓啟閉機控制的鋼結(jié)構(gòu)閘門；液壓鋼壩；橡膠壩；液壓升降壩；氣動盾形閘門系統(tǒng)

1、概述

我國大多數(shù)城市都有大小不同的河流經(jīng)過，這些河流在夏季及秋季汛期時來水量較大，甚至?xí)铀簽E，對城市防洪造成壓力。而在冬季及春季枯水季節(jié)，河道流量又很小，形不成一定的河面景觀，甚至多年淤積在河床底部的亂石、雜物等顯露無遺，嚴重破壞城市的生態(tài)景觀，制約城市的協(xié)調(diào)發(fā)展。

隨著人民物質(zhì)生活水平的不斷提高，人們的居住品位也隨之提高，人們對生活環(huán)境、城市景觀的向往也日益增加，人民群眾對水環(huán)境的要求和依賴越來越大，因此，各種景觀壩在城市景觀水利工程中得到廣泛的運用。

景觀壩除了能滿足傳統(tǒng)水利工程的基本功能外，還要滿足與城市環(huán)境相協(xié)調(diào)，符合生態(tài)化、景觀化的要求，形成一定的人文景觀。

2、幾種常見景觀壩形式簡介

2.1. 傳統(tǒng)水力自動控制翻板壩

傳統(tǒng)的水力自控翻板壩是目前國內(nèi)景觀壩工程使用相對較多的壩型。水力自控翻板壩平時處于關(guān)閉狀態(tài)，將上游水位維持在設(shè)計高程壅水后形成水景，當上游水位超過一定的設(shè)計值時，在水壓力作用下溢流堰上的翻板閘門自動傾倒，從而開啟閘門泄洪，當閘門全部打開時，過流斷面與未筑壩前的天然河道斷面相比會有一定縮減，對河道行洪能力有一定影響，需要經(jīng)過合理計算，增大過水斷面以保證行洪安全；當水位降低時，水壓力變小，閘門又自動關(guān)閉蓄水，整個過程完全是自動完成，不用人工控制。

傳統(tǒng)的水力自動控制翻板壩主要由固定壩、活動壩部分即翻板閘門等組成?；顒訅畏彘l門部分按運行機構(gòu)分類有水力自控復(fù)合鉸式翻板閘門，連桿鉸式翻板閘門，多軸鉸式翻板閘門等多種形式。復(fù)合鉸式翻板閘門支承及運行機構(gòu)為復(fù)合支鉸，連桿鉸式翻板閘門支承及運行機構(gòu)為連桿支鉸，多軸鉸式翻板閘門支承及運行機構(gòu)為多軸鉸，各有其優(yōu)缺點。

傳統(tǒng)水力自動控制翻板閘門由閘門門體、支鉸或連桿裝置、閘前防護墩、閘后支墩和檢修便橋等幾部分組成。其運行機理為利用閘前閘后水壓差及門體自重，合理設(shè)置支承運行限位機構(gòu)，自動控制閘門的開啟和關(guān)閉運行。

水力自控翻板閘門具有造價低，施工速度快，理論上不需人工控制管理等優(yōu)點。但是由于其運行工況的特殊性，開門泄洪時閘門門體斜臥在水中，受復(fù)雜的門頂和門底高速水流的影響而易發(fā)生“拍打”現(xiàn)象，使閘門運行穩(wěn)定性較差。設(shè)計理論計算工況與實際水流情況（如水流中夾雜污物等）存在較大的差別，運行機構(gòu)容易產(chǎn)生卡阻，以及維護管理等諸多方面的因素，水力自控翻板閘門的運行情況較差。

傳統(tǒng)水力自動控制翻板閘門門板、支臂等結(jié)構(gòu)為混凝土材料，混凝土為脆性材料，脆性材料在閘門翻轉(zhuǎn)過程中易出現(xiàn)拍打振動、撞擊，很容易造成門葉受損破壞漏水，支臂結(jié)構(gòu)受損及破壞等問題，容易在高速水流及夾雜的漂浮物的沖擊下以及不停的開啟和關(guān)閉等工況下造成損壞。傳統(tǒng)水利自控翻板閘門的支鉸或連桿等運行機構(gòu)容易受到水流中夾雜的雜草、樹枝等雜物的卡阻而造成無法正常運行。

由于水力自動控制翻板閘門需要在閘門后設(shè)置一定數(shù)量的支承墩，閘門開啟泄洪時閘門斜臥于水中，對泄洪及景觀等有一定的影響，閘門高度很難做到7m以上，目前國內(nèi)高度最高的翻板閘門高度約為6.6m。安全性及可靠性較低，根據(jù)較多的工程實例，水力自動控制翻板閘門在運行多年以后，運行情況均不太理想，常會出現(xiàn)連接螺栓、支鉸零件等銹蝕嚴重，翻板門主軌、鉸座等連接螺栓處的混凝土掉塊、損壞脫落，螺栓外露拉彎，螺母、墊圈拉脫，門體錯位，面板、支臂、支墩等多處混凝土損壞等問題。閘門易受水中漂浮物的影響而開啟失靈，特別是在汛期，如果洪水到來時閘門不能自動開啟，會導(dǎo)致安全事故，所以在汛期，特別是臺風暴雨來臨之前，需加強對翻板閘門的日常巡視維護管理，及時清理閘門前后阻礙閘門開啟的漂浮物，增加了運行管理維護的工作量。

2.2. 液壓啟閉機控制的雙作用翻板壩

該類翻板閘門是傳統(tǒng)水力自動控制翻板閘門技術(shù)改造的升級產(chǎn)品，在傳統(tǒng)水力自控翻板閘門的門體上設(shè)置液壓啟閉機，除可利用水力及閘門自重自動控制開啟和關(guān)閉外，還可利用液壓啟閉機油缸控制閘門的開啟和關(guān)閉。具備傳統(tǒng)水力自動控制翻板閘門的功能，增設(shè)液壓啟閉機油缸進行控制，在水力及門體重力作用下開啟和關(guān)閉不靈活的情況下采用液壓啟閉機進行控制，可設(shè)置遠程操控系統(tǒng)。

該種翻板閘門的門體、支臂等結(jié)構(gòu)的材料有仍采用混凝土材料的。也有為提高運行的安全及耐久性，將門體、支臂等結(jié)構(gòu)的材料采用鋼結(jié)構(gòu)替代混凝土材料的。在開門泄洪時門體仍斜臥于水中，門頂與門底仍處于同時過水狀態(tài)，在反復(fù)開啟和關(guān)閉閘門的過程中，采用混凝土材料的翻板閘門的面板、支臂等結(jié)構(gòu)會受到一定程度的撞擊和拍打，在運行多年以后，在長期撞擊和拍打的作用下，混凝土面板、支臂、支墩等結(jié)構(gòu)仍然會出現(xiàn)傳統(tǒng)翻板門的一些問題。采用鋼結(jié)構(gòu)的翻板閘門，在一定程度上解決了混凝土材料在翻轉(zhuǎn)、拍打、受到水流中雜物撞擊時容易損壞的問題，但門體、支臂等結(jié)構(gòu)仍然是在門頂和門底同時通過高速水流的復(fù)雜不利工況中長期運行。

翻板閘門由于其結(jié)構(gòu)布置的需要，在閘門后設(shè)置有數(shù)量較多的支承墩，門體在開啟泄水時斜臥于水中，對泄洪有一定程度的阻礙，對河道景觀會產(chǎn)生一定的破壞，并會阻礙河流通航。閘門高度很難做到7m以上，目前國內(nèi)高度最高的翻板閘門高度約在6.6m左右。

2.3. 采用液壓啟閉機控制的鋼結(jié)構(gòu)閘門

該形式的閘門門體采用鋼結(jié)構(gòu)門體，門體由面板、支臂、支鉸等組成，利用液壓啟閉機進行操作控制閘門的開啟泄水和關(guān)閉擋水。該種景觀水閘形式結(jié)構(gòu)簡單，在國內(nèi)的景觀壩工程中布置較多，具有很多比較成功的工程實例經(jīng)驗。

該形式的水閘需要在河道中間設(shè)置閘墩，形成閘孔，閘門支撐在閘墩上，液壓啟閉機安裝在閘墩上。因采用鋼結(jié)構(gòu)閘門，可以適當加寬閘門的單孔寬度，以減少閘門的孔數(shù)。在閘門上設(shè)置液壓啟閉機油缸進行控制，液壓啟閉機安裝及支承在閘門后的閘墩上。

該種形式的景觀水閘又分為閘門前傾式、后傾式及上翻式等幾種布置方式。

液壓啟閉機控制的鋼閘門相對于前述形式運行更為安全可靠，但因需要在閘門后設(shè)置一定數(shù)量的支承閘墩，對河道泄水和景觀等的也會造成影響，該種形式閘門高度也很難做到7m以上，目前該種形式國內(nèi)高度最高的做到約6m左右。

2.4. 液壓鋼壩

液壓鋼壩是目前形式較為新穎美觀的景觀水閘形式之一，也稱作底軸驅(qū)動液壓控制翻轉(zhuǎn)閘門。液壓鋼壩是對大跨度閘門設(shè)計的重大突破，適合于閘孔較寬（1-60m），而上、下游水位差較?。?-5m）的工況。

液壓鋼壩由門葉、固定在門葉底部的底橫軸、多個底支座、自潤滑軸承、底止水封、側(cè)止水封、曲柄拐臂、底軸與閘室之間的防水套裝置、液壓驅(qū)動裝置以及液壓鎖定裝置等組成。底橫軸的兩端穿過閘墻外伸，其外伸端曲柄拐臂與液壓啟閉機連接，啟閉機庫位于兩側(cè)閘墩內(nèi)，通過控制閘墩兩側(cè)的液壓啟閉機的正反轉(zhuǎn)，驅(qū)動底橫軸作90°的旋轉(zhuǎn)，從而實現(xiàn)閘門的啟閉，能有效保證河道的蓄水、泄洪、溢流、行船等，能夠?qū)崿F(xiàn)雙向擋水。

其運行機理為水壓力通過懸臂式門葉結(jié)構(gòu)傳遞到圓柱形底橫軸，底橫軸作用力可分解為水平力、垂直力和力矩。水平力、垂直力通過固定支鉸座傳遞給土建結(jié)構(gòu)，力矩（扭矩）由底橫軸傳遞給液壓啟閉機或鎖定裝置。作為驅(qū)動裝置的液壓啟閉機布置于閘壩兩側(cè)的啟閉機室內(nèi)，通過兩側(cè)邊墩內(nèi)的液壓啟閉機來帶動閘門的拐臂驅(qū)動，拐臂帶動底軸轉(zhuǎn)動，鋼閘門門葉與底軸鉚接在一起，實現(xiàn)閘門豎起時蓄水，臥倒時排水。閘門局部開度（或轉(zhuǎn)角）取決于鎖定裝置的鎖定位置或液壓啟閉機活塞桿持住位置，閘門的開度范圍為垂直與水平之間（0°～90°）的任意位置或角度。

液壓鋼壩支承結(jié)構(gòu)為設(shè)置在閘門底部的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)軸，液壓啟閉機油缸操作控制底橫軸的旋轉(zhuǎn)從而帶動閘門門體的翻轉(zhuǎn)開啟和關(guān)閉，閘門在關(guān)閉時向上游或下游幾乎完全平臥于河道底面。由于該種閘門形式支承旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)為閘門的底部轉(zhuǎn)軸，門體結(jié)構(gòu)布置為主縱梁結(jié)構(gòu)，閘門門體寬度方向尺寸可適當加大，目前國內(nèi)已建工程中單扇寬度最大做到約60m左右，不需要設(shè)置較多的閘墩，對河道泄水影響較小，對河道景觀效果較好，不影響河道的通航，閘門啟閉靈活快速，閘門通過液壓設(shè)備啟閉，速度快，一般在幾分鐘之內(nèi)即可完成啟閉，可用于在山區(qū)河道洪水急漲，要求快速開閘泄洪的工程中。為使操作運行安全可靠，一邊閘墩一般設(shè)置雙油缸進行操作控制，液壓啟閉機容量及油缸的外形結(jié)構(gòu)尺寸較大，需要在閘門左右兩側(cè)設(shè)置較大尺寸（垂直于水流方向）的啟閉機安裝間。若單扇閘門寬度尺寸過大，對安裝閘門底軸的基礎(chǔ)處理的要求也相對較高，底軸受基礎(chǔ)不均勻沉降的影響較大，該種閘門形式的檢修條件不是太好。閘門高度也較難做到7m以上，根據(jù)調(diào)研了解，目前國內(nèi)已建設(shè)安裝完畢運行正常的液壓鋼壩其高度最大的達到6.9m，需要設(shè)置中墩支承的最大單扇閘門寬度達到60m。且液壓啟閉機的容量也相應(yīng)增大，河道中閘墩的結(jié)構(gòu)尺寸也相應(yīng)較大，對河道泄水、景觀等也有一定程度的影響。

2.5. 橡膠壩

橡膠壩是20世紀50年代末，隨著高分子合成材料工業(yè)的發(fā)展而出現(xiàn)的一種水工建筑物。其主要由壩袋、錨固結(jié)構(gòu)、充排設(shè)備、安全及觀測裝置等組成。橡膠壩采用高強力合成纖維織物作為受力骨架，內(nèi)外涂敷合成橡膠作粘結(jié)保護層，加工成膠布，按要求的尺寸，錨固在混凝土基礎(chǔ)底板上，成封閉狀的壩袋，通過充排管路用水、氣或者水氣混合介質(zhì)的壓力使其膨脹至某一高度形成擋水壩，從而將上游水面壅高形成水景。洪水期間，由人工操作，將袋內(nèi)水、氣或者水氣混合介質(zhì)排出，恢復(fù)原有河渠的過流斷面。

橡膠壩因其造價低廉，已廣泛應(yīng)用于城市河道景觀及小型水利工程中。

橡膠壩有充水式、充氣式和氣水混合三種形式，目前我國的橡膠壩工程主要以充水橡膠壩為主。

橡膠壩壩頂可以溢流，并可根據(jù)需要調(diào)節(jié)壩高，控制上游水位，以發(fā)揮灌溉、發(fā)電、航運、防洪、擋潮等效益。橡膠壩主要適用于低水頭、大跨度的閘壩工程，如用于水庫溢洪道上作為閘門或活動溢流堰，以增加水庫庫容及發(fā)電水頭；用于河道上作為低水頭、大跨度的滾水壩或溢流堰，可以不用常規(guī)水閘的啟閉機、工作橋等，能夠起到蓄水和調(diào)節(jié)水位的功能。

橡膠壩可以通過設(shè)定壩袋顏色，達到與城市環(huán)境規(guī)劃以及自然環(huán)境協(xié)調(diào)統(tǒng)一的效果。但因橡膠材料容易老化、失效，在受到水流中夾帶的漂浮物沖擊時容易損壞泄漏，一般運行3-5年后均會出現(xiàn)一定的問題，需要進行修補維護或更換。目前國內(nèi)已建的橡膠壩均不超過5m。

2.6. 液壓升降壩

液壓升降壩是較為新穎的景觀壩壩型，利用液壓機構(gòu)的運行開啟和關(guān)閉，一端固定在河床底板混凝土上的活動金屬閘門。

泄洪時，金屬閘門可緊貼河床底板，對河道行洪能力基本無負面影響。升降速度快，可達1～2m/分鐘，有利于泄洪調(diào)度。正常運行時，上游來水直接跌落在河床底板混凝土結(jié)構(gòu)上，對下游河床的沖刷力較小。借助液壓裝置，閘門在各種開度下均能夠鎖定，運行安全可靠。操作靈活，可手動和電動操作。閘門的液壓缸具有減振作用，可有效消除閘門運行過程中的拍打、振動現(xiàn)象。閘門門體結(jié)構(gòu)簡單，易于安裝，密封效果好，并可有效避免雜物、淤泥卡阻。景觀效果好。

液壓升降壩造價相對較高，根據(jù)工程大小不同相對水力自控制翻板閘門及橡膠壩大致可超出25～50%不等。啟閉機構(gòu)由安置在壩后混凝土基礎(chǔ)上的液壓油缸及鎖定器等組成，從有關(guān)模型實驗反映的情況來看，該機構(gòu)外露件較多，存在雜物卡阻、油缸密封件老化失效、銹蝕降低耐久性等問題。

2.7. 氣動盾形閘門系統(tǒng)

氣動盾形閘門系統(tǒng)是綜合傳統(tǒng)水工弧形鋼閘門及橡膠壩的優(yōu)點成功研制的一種新型先進的擋水建筑物。

氣動盾形閘門系統(tǒng)為目前較為新穎美觀的景觀水閘形式之一，由門體鋼結(jié)構(gòu)（鋼結(jié)構(gòu)的盾形門板和框架結(jié)構(gòu)等）、高分子材料的氣袋、埋件、空壓系統(tǒng)和閘門控制系統(tǒng)等組成，是利用空氣壓縮的原理，通過氣袋的充氣與排氣，實現(xiàn)閘門升起和倒伏，維持特定的水位高度，并可在設(shè)計水位內(nèi)實現(xiàn)任意水位高度的調(diào)節(jié)，允許閘門頂部溢流。

該種閘門形式結(jié)合了鋼結(jié)構(gòu)閘門與橡膠壩的優(yōu)點，當閘門需要升起擋水時，采用壓縮空氣充滿氣袋，使閘門面板處于擋水狀態(tài)，當閘門需要倒伏泄水時，打開排氣閥及排氣泵等將氣袋內(nèi)的空氣排放，使得閘門門體向下游倒伏幾乎完全平臥于河道底面。該種閘門形式擋水時的支承結(jié)構(gòu)主要為高分子材料的氣袋，整套氣動閘系統(tǒng)可由若干模塊化的鋼閘門及氣袋組合而成，攔河寬度不受限制，且中間不需要設(shè)置閘墩及支參墩結(jié)構(gòu)，泄水面幾乎與河道寬度一致，對河道泄水幾乎不影響，可實現(xiàn)大面積高效率泄水，對河道景觀效果較好，不影響河道的通航過船。氣動閘盾形門體和閘底鉸鏈的設(shè)計亦使得泥沙、樹枝、冰塊、浮木及其它雜物容易流過，不易造成阻塞。氣動閘的門體加筋板兼導(dǎo)流功能，可平順水流并減少沖刷。氣袋材料采用食品級材料，以壓縮干凈空氣作為驅(qū)動，沒有任何機械用油，不會造成水和周圍環(huán)境的污染，環(huán)保性能較好?？刹捎檬謩涌刂坪碗妱幼詣涌刂苾煞N方式進行操作控制，特別對因洪水泛濫時引發(fā)的斷電，仍可通過手動緊急排放氣袋內(nèi)的空氣實現(xiàn)安全泄洪。泄洪后，即使閘門上沉積污泥等雜物，仍不影響其正常運行。氣動閘可采用模塊化的設(shè)計，使制造方便、安裝省時，縮短氣動閘建設(shè)周期。安裝簡易，維修方便。氣動閘若采用組合式的設(shè)計，形成各自獨立的模塊單元，結(jié)構(gòu)簡單，單元模塊重量輕，不需要大中型起重設(shè)備，安裝較為省時省力。氣動閘故障率較低，維修方便，不需要整體系統(tǒng)更換。氣動閘整體安裝和維修費用低。氣動閘鋼閘門結(jié)構(gòu)可保護氣袋，無機械驅(qū)動，故障率低，氣動閘運行時對供電功率要求較小，采用壓縮空氣作為動力，運行維護成本較低。氣袋支承的鋼閘門可以安全保護氣袋本身，避免被浮木、泥沙、冰塊等雜物損傷，氣袋及止封材料若采用較好的材料，理論壽命可達到50年以上，若其控制系統(tǒng)和空壓系統(tǒng)主要元器件均采用良好產(chǎn)品，埋件和管路全部采用不銹鋼材料，則氣動閘整體使用壽命理論上可達到30年以上。氣動閘門不需要啟閉機械等設(shè)備，對土建基礎(chǔ)要求不高，只需簡單地基，不需設(shè)置中間閘墩和維修廊道。但氣動閘門對氣袋材料的要求較高，檢修條件相對于上翻式的鋼閘門較差，但可采用多級水閘聯(lián)合調(diào)度運行，分級調(diào)度擋水及泄洪的方式進行逐級水閘的維護檢修。

氣動盾形閘門系統(tǒng)可以起到破除冰封、防凌訊的作用，其使用溫度為-30℃至55℃之間。

氣動閘門高度理論上可以達到10m，能夠較好的滿足規(guī)模大的景觀水閘的功能要求。當閘門高度大于4m，閘門的支承氣袋均需采用雙氣袋形式，目前已建設(shè)安裝運行的項目中“貴陽市南明河紅巖橋～葉家莊河段河道綜合治理工程”中的4級景觀水閘高度為8m，最大擋水高度為8.025m，采用雙氣袋支承，目前運行效果良好。

在2014年7月15日20時到16日20時，貴陽市降雨量達到201.7mm，超過1996年7月2日貴陽特大洪水單日降雨量197.3mm。洪水過后，經(jīng)過現(xiàn)場全面查看，在經(jīng)歷了2014年貴陽“7.16”特大暴雨后，完好無損，未受到任何的影響。

3、結(jié)語

目前國內(nèi)外已建成的景觀壩形式多種多樣，除上述介紹的幾種形式外還有橫拉式閘門、腹鏡式閘門、拱式斜拉閘門等多種形式，有其各自的優(yōu)、缺點及特點。在具體的工程應(yīng)用中，可根據(jù)不同工程實際的情況、水文泥沙及地質(zhì)條件、規(guī)模要求、運行使用及功能要求、邊界條件等進行設(shè)計布置。

作者簡介：李云峰（1977—），男（漢族）貴州貴陽人，本科，高級工程師，主要從事水工金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計及咨詢工作

基金項目：貴州省水利科技項目：《氣盾壩技術(shù)應(yīng)用研究》科研課題，項目編號KT201301