新型活动坝选型及应用探讨

袁军鹏 张静娜

【摘要】活动坝结构简单，运行维护费用省，方便可靠，有较高的经济效益，为中小型引水工程提供一种较为理想的挡水建筑物。本文结合工程所在的泄流要求、河道地质情况、周边景观要求、河流携带泥沙情况、施工工期、工程造价等综合考虑，提出了五种新型活动坝的适用范围及应用局限性，择优选用最合理的坝型，为中、小型水利工程坝型选择提供指导。

【关键词】活动坝；适用条件；合页坝；液压升降坝；钢坝闸

1引言

活动坝是近代水利科技的一项革命性成果，以其结构简单、造价低廉、便于管理等优点，广泛应用于中小型引水、挡水等工程。目前，我国已有越来越多的活动坝应用于城市防洪、海水挡潮、农业灌溉、城市河道景观、小水电站等中、小型河道上，取代固定堰或降低固定堰的高度，达到自动调节水位、改善城市生态环境，同时又能减少坝上洪水淹没损失和泥沙淤积，

满足城市防洪要求。目前，在我国以及美国和俄罗斯等国家，活动坝被广泛应用，而且其结构型式仍在被进一步优化改进。

2新型活动坝特点及适用条件

2.1橡胶坝

目前全世界用得最多的活动坝是橡胶坝。橡胶坝主要适用于低水头、大跨度的闸坝工程，如用于河道上作为低水头、大跨度的滚水坝或溢流堰；用于渠系上作为进水闸、分水闸、节制闸，能够方便地蓄水和调节水位和流量。橡胶坝运用条件与水闸相似，与常规闸坝相比又有以下特点：一、橡胶坝坍坝时坝袋紧贴河床不阻水，行洪顺畅；二、施工工期短。坝袋只需3天～15天即可安装完毕，多数橡胶坝工程当年施工当年受益；三、由于坝体为柔性软壳结构，能抵抗地震、波浪等冲击，且止水效果好；四、寿命较常规闸门短，橡胶坝袋的使用寿命一般为15年；五、充水式橡胶坝冬季冰冻容易损坏坝袋，而充气式橡胶坝不能调节坝高，不易控制下泄流量，容易水流集中引起河床局部冲刷，同时需配专人管理，冬天需破冰[1]。

2.2合页活动坝

合页活动坝是将自卸汽车力学原理与水工结构型式相结合的新型活动坝，具备挡水和泄水双重功能[2]。合页活动坝的构造由坝面、液压杆、支撑杆、液压缸和液压泵站等组成，该坝主要工作方式是用液压缸直顶以底部为轴的活动拦水坝面的背部，实现升坝拦水，降坝行洪的目的。与常规闸坝相比有以下特点：一、合页活动坝坝体跨度大，结构简单，支撑可靠，易于建造；二、结构坚固可靠，抗洪水冲击能力强。不在河中设置支撑墩等任何阻水物体，活动坝面放倒后可达到无坝一样的泄洪效果。行洪过水、冲砂、排漂浮物效果都好。三、合页活动坝水力条件优越，过流能力大，泄流量大。特别适用于橡胶坝不宜建造的多砂、多石、多树、多竹和寒冷地区的河流。还可以做到任意调节坝高溢流，可控制上游水位和泄流量；四、合页活动坝耐久性较橡胶坝要长，只要坝扇面结构和液压系统正常维护即可，维护管理费用较低，产品设计使用寿命30年；五、合页活动坝通常适用于下游设计正常水位低于坝体液压系统高程的工程，适用范围较受限。由于液压控制系统为较精密部件，长期浸于水中不利于正常维护及保养，尤其对于水中含细粒泥沙较多的河道，不宜采用。

2.3翻板闸门

现在应用最为广泛的翻板闸门为水力自控翻板闸门，其工作原理是杠杆平衡与转动，水力自控翻板闸门是利用水力和闸门重量相互制衡，通过增设阻尼反馈系统来达到调控水位的目的：当上游水位升高则闸门绕“横轴”逐渐开启泄流；反之，上游水位下降则闸门逐渐回关蓄水，使上游水位始终保持在设计要求的范围内。水力自控翻板闸门有以下特点：一、无需机电设备及专人操纵泄流，且泄洪准确及时，能节省人力、物力，特别在应对突然洪水方面有绝对优势；二、它完全借助水位的升高，水压力的增大，逐渐自行开启闸门过流，且保持蓄水位不变。当闸门全部打开时，河床泄流状况与天然河床相差无几，当水位降低时，闸门逐渐关闭蓄水，因此，防洪泄洪安全可靠，使用方便；三、由于自动翻板闸门的设计计算理论的不甚完善和闸门的工作环境中影响因素的不可预测性，使得水力自控翻板闸门在某些水力条件下容易发生小开度振动拍打现象，虽然短期内不至影响到整个闸坝的安全，但长期的小开度振动拍打会导致翻板闸门底部和固定坝的疲劳破损，以致闸坝漏水严重，直至造成整个翻板闸坝工程的破坏[3]。四、自动翻板闸门的结构特点决定了其易被漂浮物卡塞或上游淤积不能自动翻板而影响防洪安全，且洪水过后，翻板门再关上时易被异物卡住，造成大量漏水，不得不放空库水，进行人工清理，不仅费时费力，而且造成水的大量流失。

2.4钢坝闸

钢坝闸又称底轴驱动翻板闸门，主要由门叶、埋固部分、起闭设备组成是一种能够实现双向挡水、灵活启闭、闸门开度无级可调、方便调度、改善河道景观的新型闸门，这种闸门适合于闸孔较宽（10米-100米）而水位差比较小的工况（1-7米）。钢坝闸有以下特点：一、由于闸孔宽，可以省建数孔闸墩，不仅结构简单，而且可以节省不少土建投资。二、可以立门蓄水，卧门行洪排涝，适当开启调节水位，还可以利用闸门门顶过水，形成人工瀑布的景观效果。三、通常启闭设备位于闸墩内，不影响周边景观，与周边景观相协调，且启闭设备检修较方便。四、由于为底轴驱动，因此对底轴强度及刚度要求较高，对地基不均匀沉降敏感，抗震效果较差，不适于建于地质条件较差的地段[4]。

2.5液压升降坝

液压升降坝是最近几年发展推广的新型坝型，也目前世界领先的活动坝技术。液压升降坝的构造由坝面、液压杆、支撑杆、液压缸和液压泵站组成。通过液压缸直顶以底部为轴的活动拦水坝面的背部，实现升坝拦水，降坝行洪的目的。它攻克了传统活动坝型的缺点，同时又具备传统坝型的所有优点：一、液压升降坝结构坚固可靠，使用寿命长。液压升降坝的力学结构最科学、运行方式最合理。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，力学结构最科学，抗洪水冲击的能力极强。坝面向下游倾斜15度，水的流态明确，北方冬季结冰不会对它造成损坏，使用寿命长。二、液压升降坝自动化程度高。采用浮标开关控制，操作液压系统，达到无人管理，根据洪水涨落，实现活动坝面的自动升降。也可进行电脑远程控制，实现一控多管。三、坝形美观，可形成人造瀑布。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和水帘长廊奇观，可供游人观赏。四、液压升降坝造价较其他坝型较高，液压系统需进行定期维护，且钢闸门需定期涂漆保护，维护费用较高[5]。

3总结

活动坝运行维护费用省，方便可靠，有较高的经济效益，为中小型引水工程提供一种较为理想的挡水建筑物，其功能非一般常规闸门所能及，能自动调节水位，用于城市防洪蓄水后既能改善城市生态环境，又能满足城市防洪要求。工程实际中应根据工程所在的泄流要求、河道地质情况、周边景观要求、河流携带泥沙情况、施工工期、工程造价等综合考虑，择优选用最合理的坝型。

参考文献：

（1） 陶玉国，李金波.橡胶坝工程流冰期冰情分析和防凌度汛措施[J].吉林水利，2011，（8）：52-54，57

（2） 王震宇.合页活动坝在城市景觀建设中的应用[J].东北水利水电，2013，31（6）：4-6，52

（3） 吴卫峰，李靖谊.液控翻板闸门的设计与应用[J].中国水利，2009，（20）

（4） 游孟陶.大型钢坝闸在宁波象山大目湾闸桥工程中的应用[J].城市道桥与防洪，2012，（7）：161-163

（5） 丁峰，刘月刚，邱象玉.液压升降坝在城市河道中的选型设计[J].水利规划与设计，2013，（3）：59-61