钢闸坝在河道整治工程中的应用与分析

李树仁 于厚文

（辽宁省观音阁水库管理局，辽宁 本溪 117100）

随着水利工程科学技术的不断进步和城市景观建设、环境治理、灌溉和发电等的需要，近年来钢闸坝在河道整治工程中得到广泛的应用，已基本取代橡胶坝，主要是由于钢闸坝克服或避免橡胶坝运行管理较复杂、安全性差、橡胶易老化和质量事故发生率高等缺点。钢闸坝是一种新型可调控溢流坝，它由土建结构、带固定轴的钢性坝体、驱动装置设备等组成。这种建筑物适合于河道口较宽（10m-100m），而水位差比较小的工况（1m-6m）。因此钢闸坝设计可以比较宽，沈阳市棋盘山泗水河河道整治工程的两座钢坝闸宽度分别为38m和40m，可以省去数孔闸墩，所以不仅结构简单，可以节省不少土建投资，而且可以立坝蓄水、卧坝行洪排涝，还可以利用坝顶过水形成人工瀑布的景观效果，结合成型经验和工程实际应用对钢闸坝这种新型建筑物进行初步分析。

1 钢闸坝的使用寿命

本工程钢闸坝通过设备采购招标投标，设备供应商（生产厂家）为扬州楚门机电设备制造有限公司，根据厂家提供的设计资料，钢闸坝的设计使用寿命可达50-60年，当前国际上最长寿命的钢性闸门近百年。国内最早的福建小溪电站为1958年建成，至今仍在使用，同样的钢结构在解放前就开始使用一直运用至今的案例很多。影响钢闸坝的使用寿命因素很多，但主要与损坏和维修有直接影响。钢闸坝的闸门运转件采用特殊复合材料，这种材料在水下运行若干年无需加润滑油，也不会锈蚀。除此之外钢闸坝在运行过程中不容易受到尖角物体的损坏；洪水过后的残骸不能造成较大损坏，不影响景观效果。综合以上因素，钢闸坝的使用寿命均比橡胶坝、水力自动翻板闸门的使用寿命长。

2 钢闸坝的运行情况

2.1 运行时间

沈阳市棋盘山泗水河河道整治工程共设两座钢坝闸，孔口尺寸为 38m×2m、40m×3m，设计水头为2.6m、3.6m，动水启闭，采用YJQ-Q型液压集成式启闭机，启闭机容量为2×800kN、2×1500kN、工作行程为2.6m、4.0m，启门速度为0.5-0.8m/min，电机功率为2×15kW、2×22kW。由于钢闸坝采用液压启闭机启闭，一般不超过5min即可完成升坝和塌坝，这样可有效的保证突发洪水时能及时泄洪。而橡胶坝是通过充气或充水达到升坝目的，正常需要2-3小时才能完全升或塌坝，时间较长。橡胶坝还会随着使用次数和年份的增加，坝内结垢而使充气（水）、排气（水）时间增长。

2.2 启闭机工作方式。正常工作时全行程开、关闸门；调试及事故状态时可局部开、关闸门。

2.3 启闭机控制方式

电气控制系统用于机电一体化的集成式启闭机的同步运行、闸门的开启、闸门的关闭控制，经实现现地控制。传感器实时采集闸门的开度信号，系统运行状态，在仪表上作出显示；闸门开启和关闭位置值可以在仪表上设定，闸门动作时，达到设定位置时即会自动停止运行；闸门上下端都安装了限位开关，保证了闸门运行时的安全。闸门运行时不同步误差到达设定值时，电机会自动停止并发出声光报警信号，保证设备的安全运行。

2.4 运行可靠性。

2.4.1 钢闸坝采用机械锁定，当塌坝、升坝和调节水位时任意角度都可锁定，不会发生移动。

2.4.2 钢闸坝可以长时间大流量的从坝顶溢流形成瀑布效果。

2.4.3 钢闸坝自动化程度高，可以实现先进的自动化控制。

2.5 安全可靠性

钢闸坝配套二台集成式液压启闭机驱动装置，该种型式驱动装置是一种新型驱动型式，它结构简单，操作方便，无须油管、泵站等附属设施，另外该种驱动装置配备了手动装置，若由于停电或其它故障可以手动操作，操作力只需5kg，这样可以有效地保证塌坝时塌坝，升坝时能升坝，安全性很高。

2.6 冬季冰冻问题

到了冬季，将钢闸坝倾斜一定角度，此时若结冰，冰层可以沿着斜角向上延伸，从而有效的释放水结冰的膨胀力，这样钢闸坝不会受到任何破坏，另一方面由于钢材本身的坚硬特性，每年春天的凌汛可以安全在坝顶泄洪，钢闸坝可以轻松安全度过冬季。

2.7 防腐问题

钢闸坝表面是按照《水利水电钢闸门制造标准规范》进行热喷锌，附着力极强，经有关研究结果表明，沙的流速≤8m/s时，不会对锌层构成破坏，一般河流的流速不可能达到这个速度。

3 钢闸坝解决淤积问题

钢闸坝是一种特殊结构的坝闸型式，它没有底门槽和侧门槽，是门叶围绕底轴旋转的结构。上游止水压在圆轴上，当坝升起或倒下时，止水不离圆轴的表面，始终保持密封止水状态；侧面止水同样的原理，止水面始终不离开铡胸墙，故淤沙不会影响钢闸坝的升坝和塌坝。针对淤积较严重的河流，在坝前设拦污栅，一是为了有效的挡住大的石块，二是在塌坝泄洪时，提高坝口位置流速，可有效的让泥沙、水混合物直接随洪水冲至下游。钢闸坝蓄水，长时间立坝易淤积，但是钢闸坝是围绕底轴向下游倾倒，故塌坝时淤积的泥沙被水流冲向下游，不可能形成阻塞。除此之外行洪后根据泥沙含量分析出有多少泥沙沉淀在门体上，并通过泥沙量计算出升坝时需要的升坝力，充分考虑到升坝时克服泥沙的力量。

4 钢闸坝能耗小，不影响泄洪断面

钢闸坝的升坝和塌坝只需要2台驱动装置，每台驱动装置的额定最大功率为22kw。这样钢闸坝用电负荷量只需功率60kw/h左右，每次升坝时间约为2-3min，节省了相当大的用电量。钢闸坝底坎与河道高程一致，塌坝时是向下游倾倒，能把水完全放尽，不能形成阻水断面，不影响泄洪流量。

5 结语

通过以上钢闸坝的分析可以看出，钢闸坝是一种新颖、美观、实用的拦河坝，它利用自然而又不破坏自然，既可解决城市河道与蓄水矛盾，又有利于生态环境的保护，尤其是集成式启闭机的使用，不仅结构紧凑、安全可靠，而且任意角度都可布置。通过钢闸坝的不断在河道整治工程的应用并完善，钢闸坝的技术将越来越成熟，对水工建筑物的景观化起着带头作用。

[1]张保国，丁玲玲.创新让河道整治焕发活力[J].承德日报，2006-05-22.