从橡胶坝到水力自控翻板闸的应用分析——以灵宝市河道治理工程为例

焦 蓓

（河南省灵宝市窄口水务管理局，河南灵宝 472500）



从橡胶坝到水力自控翻板闸的应用分析——以灵宝市河道治理工程为例

焦 蓓

（河南省灵宝市窄口水务管理局，河南灵宝 472500）

【摘 要】水力自控翻板闸坝是防洪调蓄工程，在水利水电建设中得到广泛应用，同时也是景观工程，越来越多地应用于城市河道治理中。本文详细介绍了灵宝市城区河道治理工程中从橡胶坝到水力自控翻板闸的防洪拦蓄建筑方案选定，论述了滚轮连杆式水力自控翻板闸门的工作原理以及其在河道治理工程中的应用，对于城市河道治理工程具有参考价值。

【关键词】城市河道治理；橡胶坝；水力自控翻板闸；城市景观工程

1　引 言

近年来，随着城市建设的发展，灵宝市展开了两次大规模河道综合治理项目施工，采用了从橡胶坝到水力自控翻板闸的防洪拦蓄建筑方案，提高了城市的防洪、排水、排污能力，美化了河道景观，提高了城市品位，为人们提供休闲场所，对河道进行了综合开发利用。

2　工程概况

灵宝市地处豫西丘陵山区，南依秦岭，北临黄河，总面积3011km2，多年平均降雨量657.2mm，降雨量年际变化大，年内分配很不均匀，7—9月降雨量占全年降雨的60%以上。灵宝市城区位于弘农涧河的冲击平原上，弘农涧河、断密涧河穿城而过。

弘农涧河为黄河一级支流，发源于灵宝市朱阳镇小秦岭南麓，向北流至大王镇老城村汇入黄河，流域面积2068km2，干流长度88km，平均比降1.1%。年平均径流深150mm，多年平均流量4.3m3/s。其上游建有窄口水库，控制流域面积903km2，总库容1.85亿m3，属大（2）型水库。

断密涧河属弘农涧河一级支流，黄河的二级支流，发源于河南省卢氏县杜关镇石桥沟村，南北贯穿灵宝市区至城关镇北田村注入弘农涧河。流域面积171km2，全长47.59 km，流经灵宝市区段6211m，平均比降1.6%，市区段河道平均比降1.1%，年平均径流深150mm，多年平均流量0.68m3/s。其流域已建成石门水库，控制流域面积5km2，库容49.5万m3，属小（2）型类水库；在建白虎潭水库控制流域面积116km2，库容1813万m3，属中型水库。

综合流域概况、水文资料以及气象特征来看，两条河流的上游为山区，河道比降较大，降水多集中在汛期，河道洪水具有暴涨暴落、泥沙量大的特点。因此，1998—2009年弘农涧河市区段高标准治理工程和2009—2013年断密涧河市区段河道治理工程均采用蓄清排浑方案，设计防洪标准为50年一遇，工程等别为Ⅱ等，堤防工程级别为Ⅱ等。弘农涧河在右岸修10m宽的排洪渠；断密涧河靠右堤布置宽8.5m的排洪渠，以泄洪防洪，蓄清排浑，减少淤积。

为同时达到城市防洪安全、减少河道内的淤积量、市区内长期有清澈水面和周边景观保持一致，弘农涧河采用五级橡胶坝，梯级蓄水成湖，增加水域面积67 万m2。断密涧河工程将原河道拓宽60～380m，布置翻板闸5座，漫水桥1座，滚水坝两座，共形成长达3034m的水面。

3　坝型选择

当前，河道拦蓄工程最常用的坝型是橡胶坝和水力自控翻板闸坝。灵宝市两次河道治理工程在选用拦蓄水建筑物上出现显著不同，从富有施工和应用管理经验的橡胶坝改变为水力自控翻板闸坝，主要是基于对两种方案的比对分析。

橡胶坝作为一种高分子合成材料的新型水工建筑物，结构新颖独特，美观大方，施工方便，抗震性能好，不阻碍河道行洪。根据橡胶坝在灵宝十几年来的应用运行情况记载，并结合类似工程经验看，橡胶坝有着不容忽视的弊端:ⓐ橡胶坝对河流杂物的防御力较差，坝袋容易受损且修补困难；ⓑ坝袋需用水（气）泵动力充排立坝，需设专人管理泵房，增加了运行管理费用；ⓒ坝袋破损和管网损失易造成坝袋塌落；ⓓ坝体充塌时间较长（2～3h），增加了防洪压力；ⓔ坝高受限制（5m以下）；ⓕ橡胶坝坝袋易老化，正常使用年限仅为15～20年。

水力自控翻板闸可实现水力自动翻转启闭，泄流泄洪及时方便，同时无需机电设备及专人操作，无动力运行费用，管理上简单方便、省人省事。翻板门体为钢筋混凝土预制，运转支承部分为金属铁件，不易破损，使用年限为40年以上。

从工程投资来看，翻板闸门与橡胶坝的坝体基础部分投资基本一致，主要是闸坝挡水设施造价不同:翻板闸坝上设置水力自控翻板闸门挡水，不需其他辅助设备，投资按闸门面积计算；而橡胶坝挡水投资由坝袋、充水装置、管理用房组成，费用较为烦琐，相对较高。

经过分析优化，以安全、经济、美观为设计原则，综合考虑城市景观、防洪排涝、施工管理、节省投资等方面要求，工程确定采用滚轮连杆式水力翻板闸门方案。

4　滚轮连杆式水力自控翻板闸工作原理及运行指标

4.1滚轮连杆式水力自控翻板闸工作原理

水力自控翻板闸的启闭原理是杠杆平衡与转动，当作用在闸门门板上的水压力和水流对闸门门板的摩擦力对转动中心的力矩和大于门板自重和运转机构的阻力对转动中心的力矩时，闸门开度自动加大，直至这两组力矩和相等时，闸门在新的开启位置上保持平衡；反之，水压力和摩擦力的力矩和小于闸门门板自重对转动中心的力矩时，闸门开度自动减小，直到这两者相等时，闸门又在新的开度位置上保持平衡。翻板闸门利用水位（水压力）高低自动开启闸门，水位较低时（低于门顶）依靠自重关闭闸门，水位高时（高于门顶10～30cm）开启闸门。平时蓄水时水位一般与门顶齐平，闸门挡水。汛期洪水位升高，闸门开启，下泄洪水。

4.2滚轮连杆式水力自控翻板闸运行指标

自动开启水位:高于门顶10～30cm。

闸门全翻水位:高于正常蓄水位70～100cm。

自动回门水位:80%～90%门高。

正常挡水位:等于或稍低于门顶高程。

可在较短时间内同步或相继翻倒及复位，翻转灵活。

4.3滚轮连杆式水力自控翻板闸的四种运行情况

a.闸门全关时，在蓄水状态（见图1）运行。

图1　闸门全关

b.小洪水时，上游水位略升，闸门自动开启一定倾角成小开度泄流:门顶、门底出流。门底流速较大，可将泥沙冲走（见图2）。

图2　小洪水

c.洪水增大时，上游水位升至一定高度，闸门自动增大开度泄流:门顶、门底出流加大，门底流速加大，冲沙能力增强（见图3）。

图3　洪水增大

d.洪水增大到一定程度，闸门全翻（支承在支墩上），全开泄流，流量系数最大（见图4）。

图4　全开泄流

5　工程布置

断密涧河工程共布设翻板闸坝5座，从下游向上游依次排列。根据工程布置翻板闸轮廓，从上游到下游布置防渗防冲段、闸底板段、消能段、海漫段。

该工程设置翻板闸门共55扇，单扇门尺寸为8m×3.5m，采用C30钢筋混凝土。闸底板前后设齿墙，均为梯形断面，前齿墙深3.7m，后齿墙深2.5m。闸底板前设黏土铺盖，长50m，厚1m，坝前8m范围内为C20混凝土防冲段，厚0.2m，铺盖与坝底板连接处采用土工防渗膜防渗。闸后为消力池，一级消力池长5.4m，二级消力池长10.7m，底板厚0.5m，采用C20钢筋混凝土浇筑。消力池后为海漫，海漫由双向塑料格栅内填块石堆筑，长8.5m，厚1m。

6　施工实践

水力自控翻板闸由门板、传动机构和支墩、支腿等组成，在施工中必须注意以下几点:

a.闸门预制构件混凝土工程完全按水工混凝土施工规范执行，强度等级不小于C30，要把握好构件尺寸和重量，预制构件制作要求误差不超过±2mm。

b.金属构件必须采用专业厂家的产品，传动机构为全幅滚轮连杆，传动机构（包括紧固件）采用热浸镀锌。铁件到达工地现场必须进行自检复核，防止在吊装、运输过程中造成铁件的损坏。

c.坝体混凝土施工时，要将支墩基坑的位置预留好，预留孔的尺寸大于支墩尺寸。立支墩要采用轮胎式起重机精确吊装，先复测轴线再进行二次灌浆，灌浆采用C30混凝土。

d.所有支腿、支墩安装好之后再进行面板安装，面板安装由下到上，实心板在下，槽型板在上，面板与面板之间用水泥砂浆灌浆，要做到总体直平、构件之间吻合、间隙合理、止水严密。安装闸门时要控制好闸轴线，保证闸门开关灵活。

e.闸板两侧用U形橡皮止水，闸板底部用P形橡皮止水。止水橡皮螺孔采用空心冲加工，螺孔位置与止水压板螺孔位置一致，孔直径要比螺栓直径小1mm。拧紧后，螺栓端部要低于止水橡皮8mm以上。

f.施工中要高度重视测量，现场设置半永久性控制点，以此作为安装翻板门定位放线的依据。根据定位放线设定轴线引出点，并设钢管龙门桩，作为各轴线的控制依据，专业技术测量人员要用经纬仪与水准仪经常复测。安装完毕后轴线、高程、水平间距与构件自身垂直在标准以内。

7　工程效果及运行情况

2014年7月23日，断密涧河河道治理工程经全面检查，顺利通过验收。该工程治理河道3872m，将河道防洪标准提高到50年一遇，大大地提升了陇海铁路及其下游沿岸居民、工矿企业及310国道等的安全性。工程竣工后，自动翻板闸门关闭蓄水，形成景观水面约30万m2，同时工程与两岸自然风貌相结合，美化了灵宝北区环境，积极地推动了城市北进东扩的发展，取得了良好的社会效益，实现了生态环境和社会经济建设的协调统一。

8　结 语

自控翻板闸门不但消除了橡胶坝的弊端与不足，而且超越了橡胶坝的功能，以其原理独特、结构简单、施工简便、造价经济、自动启闭准确调控水位、运行管理方便安全、使用周期长、维护简便、运行维护费用低、对河道行洪能力影响小等特点，在城市河道的综合治理工程中值得大力推广。

同时也应看到水力自控翻板闸作为一种较为成熟的技术，在实际应用中独具优势，但其本身也不可避免地存在着一些缺陷及隐患:如其过流能力存在缺陷，致使上游洪水位超出设计预期；存在一定的启闭隐患，漂浮杂物可能堵塞铰座并影响闸门回关等。因此，在城市河道治理工程上要采取相应对策以有效地解决其不足之处。如在工程设计时，应优先选择纵坡平缓、河底平整、河道顺直地段布置闸坝；在水工结构上，将边墙头部、支墩、防护墩、闸墩等构件的迎水面做成流线型，以确保水流流态平顺；在运行使用中派专人经常检查巡视并清理闸门处杂物等。■

参考文献

［1］ 胡伦.浅谈水力自控翻板闸门技术应用中存在问题及对策［J］.广东水利水电，2011（7）.

［2］ 李宏军，杨佳栋.城市河流生态景观与橡胶坝设计运用探讨［J］.水利建设与管理，2014（5）.

DO l:1O.16616/j.cnki.11-4446/TV.2O16.O2.O18

Analysis on the aPPlication of rubber dam in hydraulic automatic control flaP gate：with Lingbao River Channe1Regu1ation Project as an examp1e

JIAO Bei
（Henan Lingbao Zhaikou Water Administration，Lingbao 472500，China）

Abstract：Hydrau1ic automatic contro1 f1ap gate dam be1ongs to f1ood contro1storage project，which iswide1y used in water conservancy and hydropower construction.Meanwhi1e，it a1so be1ongs to 1andscape project，which is used in urban river managementmore and more wide1y.In the paper，f1ood contro1 storage construction p1an se1ection from rubber dam to automatic contro1 f1ap gate in Lingbao Urban River Regu1ation Project is introduced in detai1，which has reference va1ue for urban river governance projects.

Key words：urban rivermanagement；rubber dam；hydrau1ic automatic contro1 f1ap gate；urban 1andscape project

中图分类号：TV85

文献标志码：B

文章编号：1005-4774（2016）02-0068-04