中小河流闸坝新选择<br/>——液压升降坝

中小河流闸坝新选择
——液压升降坝

2015-03-11季昌化朱水生郑毅

水利水电快报 2015年12期

关键词：漂浮物支撑杆池州

季昌化朱水生郑毅

(1.长江水利委员会，湖北武汉430010;2.安徽池州百川液压坝科技有限公司，安徽池州247100;3.长江水利委员会网络与信息中心，湖北武汉430010)

中小河流闸坝新选择
——液压升降坝

季昌化1朱水生2郑毅3

(1.长江水利委员会，湖北武汉430010;2.安徽池州百川液压坝科技有限公司，安徽池州247100;3.长江水利委员会网络与信息中心，湖北武汉430010)

随着中小河流治理的加速推进，适应于中小河流的各种闸坝，特别是活动坝得到广泛应用，液压升降坝就是一种适用性很强的新坝型。与橡胶坝、翻板坝、钢坝闸等比较，它结构简单、施工方便、运行和维护简便，不阻水。已有的实用结果证明了其优越性，值得推广。介绍了液压升降坝的结构特点及其结构分析成果。

闸坝;液压升降坝;中小型河流

在很多中小河流的治理开发中，广泛运用着各种闸坝，常规泄水闸，或是橡胶坝、翻板门坝和钢坝闸等小型坝。泄水闸的金属结构及土建工程量较大，上部需设置启闭设备，现场施工量大，一般投资较高。橡胶坝是目前国内使用最多的活动坝，它具有紧贴河床不阻水、结构简单、坝体跨度大、自重轻、抗震性能好等优点，但存在可靠性较差、坝袋易被漂浮物或尖锐物损坏、使用寿命短等缺点。翻板门坝虽然能根据上游水位自动调节，造价低，结构简单，管理运行方便，但也存在阻水效应、易被洪水冲毁、易被漂浮物卡塞或上游泥砂淤积，造成翻板不能自动翻转进而影响防洪安全、上游漂浮物无法清理等诸多问题。

1 液压升降坝的原理和特点

为了克服上述活动坝的缺点，池州百川液压坝科技有限公司研制了一种新型活动坝——液压升降坝。如图1和图2所示，液压升降坝是由一组合页式启闭的混凝土面板、系列固定支撑杆和液压缸、混凝土基础板构成。其结构如下:

(1)活动面板的底部为铰链轴，将活动面板固定在拦水坝的基础上。

(2)活动面板有两种形式，一种是平面板，一种是弧形彩色面板。坝面高度1.5～6 m，每扇门板的标准宽度为6 m。

(3)液压缸的下部以基础底板为受力点。液压缸的上部铰接在活动门板的背面。液压缸伸缩带动活动门板作活页式扇形启闭，达到拦水或降低高泄水的目的。

(4)支撑杆下部安装滑轮，滑轮可以前后运动。

(5)控制支撑杆下部滑轮运动的是解锁装置，解锁装置由小液压缸控制，可保持面板稳定于任意开度。

(6)控制室设在岸边。采用浮标开关，控制液压系统，实现无人管理，在洪水达到设定水位时，自动放坝行洪。

(7)采用电脑远程控制，实现一控多管。

这种活动坝的主要特点如下:

(1)双三角形超静定结构，力学结构科学;

(2)面板间无须设置闸墩，适用于各种宽度的河道;

(3)面板以最底部为铰连轴，放平后紧贴河床，行洪效果好，不受泥砂淤积和漂浮物影响;

(4)除基础板为现浇外，其他构件为工厂化制造，运输和安装方便，质量有保障;

(5)单面板操作，任何漂浮物均可在指定位置快速冲至下游，冲沙冲淤效果极佳;

(6)分区式控制，面板启闭快，不影响防洪安全，特别适合雨量充沛的南方及洪水涨落快速的山区及城市景观河道;

(7)造价低。

图1 湖南省炎陵县5 m高液压升降坝

2 结构内力分析

以下以4 m高液压升降坝为典型，分析其结构受力情况。4 m高水头的液压升降坝，在上游静水4 m，下游无水的受力状况下，考虑水压力，取坝面板为钢筋混凝土面板，计坝体自重，取单宽进行分析，面板及支撑液压杆受力情况如图2。

通过力学计算，面板及液压支撑杆内力如图3。

图2 4 m水头液压升降坝实例

图3 典型液压坝结构内力图

表1 液压升降坝内力(一)

对于不同的坝高及坝上不同的溢流水头，每米单宽坝面及液压支撑杆的内力见表1～2。液压升降坝面板支撑铰点受到的合力数值见表3。

表2 液压升降坝内力(二)

表3 液压升降坝面板支撑铰点受力

配筋可根据内力计算结果进行计算。配筋计算表明:门体纵向钢筋配置较少，基本为构造配筋，门体横向受拉侧钢筋是主要受力筋。造成这种原因主要是门的跨度和支点的位置选择，如果门跨度减小，跨中弯矩减少，可有效减少配筋。因此可以得出结论，门体跨度是液压升降坝的关键尺寸，单扇门跨度直接影响门体结构的安全性和门体的经济性。

3 水力计算及消能防冲

根据液压升降坝在运行时的工作情况，其过流可分为如下几种方式。液压升降坝立坝挡水时上游水头超过坝顶，水流从坝顶过流;液压升降坝局部坝段部分开启，从开启坝扇与挡水坝扇间的局部出流;在洪水期或需大流量放水时放平面板过流。

(1)坝顶过流。液压升降坝的坝顶溢流属于典型的薄壁堰出流。液压升降坝在坝顶出流时，坝下可发生远离水跃、临界水跃和淹没水跃等3种不同形式水跃。坝下发生远离水跃和临界水跃时，坝下游水位不影响坝的泄流量。当下游发生淹没水跃时，坝下水位仍不影响泄流量。除非下游水位超过坝顶，液压升降坝的坝下水位一般不影响泄流量。当下游水位超过坝顶时，在正常工况下液压升降坝坝面已放平，基本与河道过流类似。

(2)局部开启出流。可比照三角堰进行计算。

(3)塌坝过流。由于坝宽小于上游河槽宽度，过坝水流受到两侧边界收缩的约束，使有效溢流宽度小于实际坝顶宽度，并使水头损失增大，导致坝的过流能力降低。此时，流量系数m可采用有侧收缩的Bazin经验公式计算。

综上，液压升降坝无论是在坝顶溢流或洪水期过流，坝下的出流和其他任何出流方式相比都是非常优越的。在消能防冲方面，液压升降坝坝下宜采用底流式消能，对于坝高2 m以上的工程应设消力池，对于坝高1.5 m以下的小型工程宜设防冲槽。在实际运行中，最好要避免发生淹没水跃。