钢坝坝型在城市水景观建设中的应用

2015-11-28廖欠松彭钟文

湖南水利水电 2015年2期

廖欠松彭钟文

（郴州市水利水电勘察设计研究院郴州市 423000）

前言

钢坝设计原理，主要就是门页挡水，将水压力及弯矩传递到门底轴，其中水压力通过底轴轴承传递给闸基础，而弯矩则通过底轴传递给两轴端的液压启闭机。钢坝闸门全开时，闸门门页卧于河底，闸孔上方可不设置任何建筑物，阻水作用小，对超标洪水影响微乎其微，立闸可蓄水，卧闸可行洪排涝，利用闸顶过水，形成人工瀑布的景观效果。

随着人们生活水平的提高，城市经济的发展，人们越来越注重居住生活环境的改善和保护。城区两岸堤防基本形成，沿河两岸人口密集、空气清新，是人们晨练、休闲、旅游的地带。但由于山区在枯水季节河道干涸，影响河道净化和城市美化，需修建对城市防洪影响小、景观效果好的闸坝。因此，钢坝坝型有明显的优越性，作为该位置闸坝的首选。

近年来，郴州修建了一系列钢坝，有代表性的项目主要有东街桥水闸、四普庄水闸、官山桥水闸。这几座闸均位于山区、丘陵区城市河流上，两岸堤防均已经形成，人口密集，而城市堤防现状防洪标准较低，防洪压力较大。为尽可能降低对城市防洪的影响，改善闸址段河流的景观效果，选定闸型均为钢坝。其中四普庄闸净跨50 m，分为两孔，闸门门页高4.9 m，底轴轴径为1 m，于2013年8月蓄水运行；东街桥闸净跨为51 m，门页高3.8 m，轴径为1 m，横跨郴江，于2013年8月蓄水运行；而官山桥闸净跨为50 m，门页高2.5 m，轴径为0.8 m，官山桥闸于2012年10月蓄水运行，在此期间，我们多次到达现场或通过电话联系等方式，向水闸管理单位详细了解了水闸安全运行情况。通过了解得知，自水闸蓄水运行以来，经历了几次洪水，多次启闭。目前，水闸变形小，基本上肉眼察觉不到，水闸闸顶溢流形成瀑布，闸顶漂浮物基本可引致下游，景观效果较好，另外，洪水来临时，可迅速将闸门打开，且闸门开启稳定，开启速度较快，一般是（3～8）min，满足泄洪要求，达到了设计效果。

1 钢坝设计

1.1 地基选择及基础处理

由于闸门跨度大（轴长），基础不均匀沉降会严重影响闸门运行安全，因此钢坝对基础要求高，一般为岩基，而砂卵石基础则需经过防渗、固结处理后才能作为钢坝基础。

1.2 钢坝水力计算

钢坝闸门门顶单薄，为圆弧形，水力计算采用薄壁堰堰流公式计算；而闸门完全打开时，闸门卧于河底，形成宽顶堰，因此，采用宽顶堰堰流公式计算泄流能力。而发生洪水，闸门打开时，闸上下游水位差较小，闸后形成淹没水跃，不需要进行消能，而根据闸门工作状况，闸门处于小流量时，此时闸门处于立起状态，闸下水位低，此时闸下可视为跌水，其消能可按跌水消能计算公式进行（消能设施设计由小流量控制，而防冲设施则由设计洪水工况控制）。

1.3 钢坝设计

考虑钢坝坝顶形成瀑布，不至于增加较多工程造价，减小闸门自动开启的频繁程度，确定顶部溢流高度为0.2 m。

考虑山区河流洪水流量大，历时短，往往洪水中夹带大量的泥沙，可利用自动启闭装置将闸门完全打开进行泄洪冲砂，在已建的几个钢坝水闸中，堰高在（0.5～1.0）m，泥沙淤积较小，闸门运行较为安全。

闸坝整体稳定计算：抗滑稳定计算采用抗剪或抗剪断强度公式，应力计算采用材料力学法。最不利的工况以正常水位运行工况为控制工况。

1.4 其他

钢坝驱动室位于两岸堤防，由于需考虑防洪、防雨等功能，开窗困难，里面通风条件差，加上南方河流附近区域湿度大，导致驱动室内电子元件容易受潮失效，因此，需在驱动室内增设通风系统，在驱动室上、下游各设置一通气孔，在进气口设管道至水泵启动水位，并在进口设送风风扇，在驱动室顶板下排风口设置排风风扇，根据湿度自动控制运行，同时，尽可能将设备移出驱动室，置于堤防上，以延长使用寿命。

钢坝运行时，形成瀑布，当闸顶溢流超过10 cm时，闸门振动较大，甚至共振，噪音扰民（尤其是在10 m 范围噪音大），其原因主要是闸门后形成真空，解决措施可通过闸顶设分流栅栏、分段泄流或在两岸闸后增加通气孔可缓解其问题。闸门布置时应尽可能考虑远离居民区。

2 钢坝运行管理

2.1 钢坝运行

（1）钢坝闸、启闭机运行前应完成并再次检查电控系统接线是否正确，各种参数设置是否适当，调整行程参数，试验保证到位后能停止电机运转。

（2）点动试运行钢坝闸门的启闭、启闭机油缸活塞杆的伸缩，重新正确设置电控系统参数，液压系统参数（启闭力在出厂前已设定好，一般不要改动，更不要超压使用，启闭速度可调整控制阀组上节流阀阀口开度）。

（3）观察整个闸门的运行状况，启闭机油缸活塞杆伸缩的同步性，闸门各止水部位、封水套、底铰座等工作有无异常，观察电控系统各项功能的工作性能，并逐一试验钢坝闸在5个锁定位置，液压锁定器工作的正确性及可靠性。

（4）待点动运行调整后一切性能要求达标，即可切换到正常运行模式正常工作。

（5）本电控系统对两侧启闭机各自活塞杆伸出的实际位置及运行速度实时监控时，当两者动态实时位置误差超过30 mm 时，电器系统能及时锁定、报警，在调整、排除故障后方可再运行。

（6）如按用户要求，钢坝闸启闭机上装有应急启闭用的手动油泵液压系统，则在无电状态或电控运行有故障时均可启用手动油泵系统。打开两只节流截止阀，摇动手动泵手把和扳动手动换向阀即可启闭闸门。注意：如手动换向阀在一个位置下摇动手动泵数次后启闭机仍未动作，要扳动手动换向阀换向，以免超压。应急启闭完后，一定要关闭节流截止阀。

（7）特殊情况处理。闸坝为钢坝闸门，由液压设备及配套电气设备控制启闭，另外液压系统需配备应急手动油泵装置，如遇特殊情况，如停电、检修、设备故障的原因，闸门不能正常及时启闭时，可以启动备用电源或手动操作，操作力只需5 kg，这样可更有效地保障闸门的可靠运行，安全性更高。最后一道安全保障，就是通过专用工具将液压油放掉，让水力将闸门缓慢推倒。