液压卧倒闸坝在拦河坝工程中的应用

袁红根，田信德

（江西省赣西土木工程勘测设计院，江西 宜春 336000）

1 工程概述

江西省宜春市袁州区温汤镇（左岸将公树下至长峰段）防洪工程位于温汤镇温汤河中游及温汤河左支下游两岸。防洪工程范围为：起点为将公树下村（温汤河左支），终点为长峰桥（温汤河），全长9.0 km。防护面积4.6 km2，保护耕地133.3 hm2，保护人口0.41万人。长期以来，温汤镇受洪水影响，洪涝灾害频频发生，给当地人民生活带来许多困难、工农业生产带来较大损失，严重制约着温汤镇国民经济的发展和人民生活水平的进一步提高。根据工程防护区内的人口数量、耕地面积、城镇重要性，按照《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2000），建筑物等别为Ⅲ等，主要建筑物级别为3 级。设计洪水标准为20年一遇，校核洪水标准为50年一遇。

根据河道现状情况调查，该防洪工程范围内河道弯道多、淤积严重，孤滩众多，两岸有阻水灌木等，局部河道过水断面较窄，影响洪水安全下泄。本防洪工程内现有拦河坝两座，分别为天沐滚水坝、维景滚水坝。天沐滚水坝混凝土老化严重，堰脚冲刷掏空，存在不同程度破坏，且存在阻水现象。根据实际情况，拟定废除天沐滚水坝。维景滚水坝于2010年建，为抬水工程，为实用堰结构（内为浆砌石，外包混凝土结构）。堰顶高程153.10 m，净宽62 m，坎高3.1 m，右侧设一泄洪闸，底高程150.70 m，宽7.5 m。目前，该滚水坝堰前淤塞、阻水严重，严重影响行洪。根据工程实际情况，拟定原址拆除重建维景拦河坝。

2 设计方案比选

维景拦河坝是一座以抬水为主要目的，增加水面景观的滚水坝。为了维持温汤河水面景观，降低防洪影响，增加河道行洪能力，本次拟对该坝进行拆除重建泄洪能力较强拦河闸坝。现阶段拦河闸坝多采用橡胶坝、翻板坝、液压卧倒闸坝及钢坝等型式。因温汤河左支里树木、树枝等杂物较多，易造成橡胶坝袋破损，故橡胶坝不适合本工程。本次根据实际情况，拟定液压卧倒闸坝、钢坝和翻板坝3 种设计方案进行技术经济比选。

方案Ⅰ（液压卧倒闸坝）：液压卧倒闸坝由铺盖、闸室、消力池和护坦组成。闸室主要由预制钢筋混凝土面板、液压缸、支撑杆、底轴及底板组成。液压卧倒闸坝采用一排液压缸直顶以最底部为铰链轴的活动拦水坝面的背部，同时增加一排滑动支撑杆支撑活动坝面的背面，构成稳定的支撑墩坝。实现升坝蓄水，降坝行洪的目的。还可以利用坝顶过水，形成人工瀑布的景观效果。优点：卧倒时能紧贴河床不阻水；通过液压设备可保持任意水位高度。闸门通过液压设备实现启闭，坝面卧倒后，活动坝面高出坝基础40 cm。本方案布置总净宽60 m，坝高3.1 m。坝体坐落在基岩上，其纵断面详见图1、平面布置图见图2。

方案Ⅱ（钢坝）：钢坝由闸室、消力池和海漫组成。闸室主要由平板钢性坝体、固定底轴、驱动装置设备及底板组成。钢坝是一种特殊结构的闸坝形式，它没有底门槽和侧门槽，是门叶围绕底轴心旋转的结构。上游止水压在圆轴上，当坝竖起或倒下时，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，止水面始终不离开侧胸墙（不锈钢埋件或大理石），由于它可以设计得比较宽，可以省去数孔闸墩，增加行洪断面，所以不仅结构简单，还可以节省土建投资。钢坝可以立坝蓄水，卧坝行洪排涝的目的，还可以利用坝顶过水，形成人工瀑布的景观效果。优点：卧倒时能紧贴河床不阻水；通过液压设备可保持任意水位高度。缺点：造价很高；由于跨度较大，可能因地基不均匀沉降而门体变形，导致难以启闭。闸门由两端的液压设备带动固定轴实现启闭。坝面倒下后，活动坝面高出坝基础10 cm。本方案布置总净宽60 m，坝高2.7 m。坝体坐落在基岩上，其纵断面详见图3。

图1 液压卧倒闸坝纵断面图

图2 液压卧倒闸坝平面布置图

图3 钢坝纵断面图

方案Ⅲ（翻板坝）：翻板闸坝由闸室、消力池和护坦组成。闸室主要由预制钢筋混凝土面板、支腿、支墩、转动铰及底板组成，利用水力和重力的平衡原理，通过闸前水位的变化而引起作用于闸门上水压力的变化，从而实现闸门的自动启闭。运行原理为：当上游来水量加大，门顶上游水位抬高，动水压力对支点的力矩大于门重和摩阻力对支点的力矩时，闸门自动抬升开启到一定倾角，直到在该倾角下动水压力对支点的力矩等于门重对支点的力矩，达到该流量下的新平衡，当上游来水量减少到一定程度，使门重对支点的力矩大于动水压力和摩阻力对支点的力矩时，闸门可自行回到一定倾角，达到该流量下的平衡。优点：造价较低；可任意保持水位高度；无需专人管理、无需管理用房和配套设备。缺点：阻水碍洪；易被漂浮物卡塞或上游淤积而不能自动翻板而影响防洪安全，洪水过后，翻板门再关上时易被异物卡住，造成大量漏水。本方案布置总净宽60 m，坝高2.7 m。坝体坐落在基岩上，其纵断面详见图4。

3 种方案主要工程量及造价比较详见表1。

由表1 可知，方案Ⅲ相对造价最低，方案Ⅱ相对造价最高。考虑到河流为山溪性河流，杂物、树枝等漂浮物较多，方案Ⅲ易出现漂浮物堵塞问题。而且本程位于风景区内，结合总体规划，考虑到美观和已运行效果，经济等因素，推荐方案Ⅰ，即采用液压卧倒闸坝结构型式。

图4 翻板坝纵断面图

表1 3 种方案主要工程量及造价比较表

3 液压卧倒闸坝工程设计布置

液压卧倒闸坝由铺盖、闸室、消力池和护坦组成。均坐落在基岩上，总净宽60 m，坝高3.1 m。结合实际现状底高程，坝基顶高程取150.00 m，正常蓄水位为153.10 m 坝基采用现浇C20 钢筋砼结构，边墙采用6.4 m 高C20 砼衡重式挡墙，顶宽0.5 m，顶高程为154.40 m，迎水面铅直。闸室前设2 m 长C20 砼铺盖。闸室下游设5 m 长消力池，结合闸门基础结构取池深0.84 m，底板采用厚0.5m的C20 钢筋砼结构，边墙采用5.34 m高C20 砼衡重式挡墙结构，顶宽0.5 m，顶高程154.40 m，迎水面铅直，墙背设置Φ50PVC 排水管，管进口端均铺反滤250 g/m2土工布。消力池下游设5 m 长0.3 m 厚C20 砼护坦。闸室主要由预制钢筋混凝土面板、液压缸、支撑杆、底轴组成。闸门门体采用C30 预制钢筋混凝土，每套闸门尺寸（宽×高×厚）：6 m×3.1 m×0.40 m，共制作10 套，配套液压设备为QPPY-Ⅱ-2×100KN 液压启闭机（10 套），液压缸间距为1.5m；支撑杆（Φ76／Φ40）共20 只，每套闸门所配套两只支撑杆间距为4.5 m；底轴直径为273 mm，壁厚27 mm，通过预埋钢板固定在底板上；并配置泵站一座，兼做管理房。

4 液压卧倒闸坝特点

4.1 结构坚固可靠、使用寿命长

结构简单，易于建造；升起坝面后，形成一个稳定的支撑墩坝结构，一个固定的三角支撑，力学结构较科学，抗洪水冲击的能力较强。坝面向下游倾斜15°，水的流态明确，使用寿命较长。

4.2 泄洪能力强

活动坝面放倒后，达到无坝一样的泄洪效果。因此，即使遇到特大洪水，也不会对它造成损坏。行洪过水、冲砂、排漂浮物效果都好，特别适用于多砂、多石、多树、多竹的河流，还可以做到任意调节坝高溢流，可控制上游水位和泄流量。

4.3 施工简单

施工工期短，和传统闸坝相比减少了闸墩、大量金属结构埋件及闸门启闭设备，混凝土工程量少，从而节约了大量资金。

4.4 可自动化控制

可采用浮标开关控制，操作液压系统，达到无人管理，洪水暴涨超过设定水位，自动放坝行洪，也可用电脑远程控制坝面升降。

4.5 坝形美观

坝体可以采用弧形设计。坝面可喷色彩、文字、图案。活动坝面高度可随意调节。上游有漂浮物时，只要操控一下液压系统，即可轻松地冲掉，使河水清澈。上游水量较大时形成瀑布景观，可供游人观赏。

5 结语

对本工程采用液压卧倒闸坝的设计方案，不仅可起到抬水目的，而且可美化城市环境、增加城市风光带、有效改善生态人文环境，实现了水利枢纽与城市环境的和谐统一。现本工程已开工建设，工程经实际安全运行后可进一步推广应用。

［1］华东水利学院，水工设计手册（第六卷）：泄水与过坝建筑物［M］.北京：水利电力出版社，1982.

［2］雷 勇，田信德，等.江西省宜春市袁州区温汤镇防洪工程初步设计报告［R］.江西省赣西土木工程勘测设计院，2012.