城市景观钢坝布置方案的优化分析

储威威

（中国葛洲坝集团股份有限公司勘测设计院，湖北 武汉 430000）

城市景观钢坝不仅要满足传统的防洪、排涝等要求，还要形成水域、瀑布等景观，提升城市形象，水闸的功能得到进一步的拓展延伸。目前，适用于城市景观水闸的型式主要有橡胶坝、液压升降坝、钢坝闸、传统闸坝等。钢坝闸按照启闭方式不同分为上翻式钢坝闸、侧开式钢坝闸、下卧式钢坝闸等。

橡胶坝相对价格较低、施工方便、水体景观效果好，但受空气、日照、水作用，易老化且易被尖锐物刺破，泄洪时间长，有安全隐患。液压升降坝结构坚固，受洪水冲击能力强，使用寿命长，坝型美观，可形成瀑布效果，但门体中间易被杂物垃圾卡塞。上翻式钢坝闸利于水体置换和冲淤，操作运行方便，但检修较为困难。侧开式钢坝闸可封闭大面积孔口，通航净空不受限制，但是检修维护比较困难。下卧式钢坝闸方便调节水位，适应性较强，但下部底轴易泥沙淤积。传统闸坝技术成熟，操控可靠，结构稳定，但中间闸墩高于水面，景观效果一般。综上可见，如果采用传统单一的景观水闸布置型式，都存在不同程度的局限性。

本文根据上述闸坝型式的优缺点，取长补短。结合工程实例，对景观水闸布置方案进行优化分析。

1 城市景观钢坝布置常见问题

1.1 施工导流布置不便问题

景观钢坝一般位于城市区域，闸址两岸多为城市规划范围，且多为已建市政道路，地下管道复杂，施工占地面积受限。而钢坝需干地条件整体安装调试，明渠导流方式常常因受到左右岸场地条件限制无法采用，采用围堰抽水方式成本较高。

1.2 闸前淤积严重问题

城市景观钢坝通常是关闭拦蓄景观水位，对于泥砂较多的河流，闸前淤积情况比较严重，影响闸门启闭，特别是下卧式钢坝闸，下部底轴易泥沙淤积。

1.3 检修维护困难问题

城市景观钢坝常设置于内外河交汇处，河口处一般河面较宽，闸的单跨较大，通常不设置检修闸门。由于检修期间没有过水通道，常规采用围堰抽水检修，工程量较大。

2 布置方案优化分析

2.1 工程概况

SY市景观钢坝位于该市湿地公园下游河道中，闸址位置位于湿地公园下游河道与外河交汇处上游150 m处。闸址所在河道总长6.0 km，平均宽度35 m，平均坡降0.32‰，两岸为城市主干道。该河道流域地势北高南低，河流顺直，自北向南，顺势而下，穿越市区汇入东河。流域上游为丘陵地貌，海拔高度一般在3.0 m～6.0 m，下游属丘陵和滨海平原地貌。

工程主要任务是通过修建景观水闸拦蓄上游来水，在湿地公园形成稳定的景观水面，在河道内形成瀑布景观，促进水体循环，改善湿地公园生态环境。根据相关标准和规范，工程新建水闸主要建筑物级别3级，次要建筑物级别4级，水闸防洪标准为100年一遇，设计过闸流量取228.5 m3/s（P=1%）。工程景观水位2.0 m，设计洪水位4.6 m，挡水高度1.2 m。

经过方案比选，钢坝由于其布置紧凑，结构坚固可靠，运行灵活，景观效果好等优点，本工程方案拟采用钢坝方案（下卧式钢坝闸）。传统的单一钢坝布置方案中，从左岸至右岸依序布置有左岸控制室、钢坝、右岸控制室。从上游至下游依次布置有上游连接段、护底段、铺盖段、钢坝段、消力池段、海漫段、下游连接段。钢坝过水净宽35.0 m，左右控制室设置在两侧，宽3.5 m，总宽42 m。针对上述城市景观钢坝在布置中存在的痛点问题，本文对单一钢坝布置方案进行了优化。

2.2 “钢坝+节制闸”优化方案介绍

“钢坝+节制闸”方案中，从左岸至右岸依序布置有左岸控制室、钢坝、右岸控制室、节制闸及启闭机房。从上游至下游依次布置有上游连接段、护底段、铺盖段、闸室段、消力池段、海漫段、下游连接段。水闸设计总长87 m，其中，上游连接段20 m，护底段10 m，铺盖段5 m，钢坝及节制闸段10 m，消力池段14 m，海漫段25 m，下游防冲槽段3 m。

2.2.1 上游连接段

为使上游挡墙及护坡与现状河道平顺连接，在上游连接段20 m范围内进行护坡。护底高程0.8 m，铺盖段长5 m，两岸设悬臂式翼墙。

为了减小泥沙对水闸的影响，在水闸进水口设置导沙坎。导沙坎采用C25混凝土结构，顶宽0.4 m，底宽0.8 m，导沙丁坎与水流方向成70°交角，导沙顺坎与水流方向成40°交角，导沙坎高度取水深的50%，净高0.9 m。

2.2.2 闸室段（钢坝+节制闸）

闸室段全长10.0 m，总宽41.6 m，由钢坝和节制闸组成。

钢坝布置在左岸，过水净宽30.0 m，采用钢坝（下卧式钢坝闸）。钢坝底板长10.0 m，底板顶高程1.1 m，闸门平放段顶高程0.3 m。两侧分别设控制室，控制室长10.0 m，宽3.5 m，顶高程4.6 m。

节制闸布置在右岸，为单孔闸门，过水净宽3.0 m，两侧闸墩宽0.8 m，采用直升平板闸门。节制闸底板长10.0 m，底板顶高程0.8 m。节制闸上部设启闭机房，长4.6 m，宽4.6 m，高4.2 m。

2.2.3 下游连接段

消力池长14 m，宽37.3 m。底板设排水孔，下设反滤层，两岸设悬臂式挡墙。海漫长25.0 m，宽37.3 m。护底段长25 m。防冲槽长3 m，深1.6 m，两岸设护坡。

图1 优化方案布置图

2.3 优化方案分析

基于单一钢坝布置方案在实际应用中存在一定局限性，“钢坝+节制闸”方案与单一钢坝布置方案比较，主要优化内容是：①改变单一的钢坝布置型式，在右岸增设节制闸。节制闸过水净宽3.0 m，两侧闸墩宽0.8 m，总宽4.6 m，节制闸上部设启闭机房。在控制室顶部平台和节制闸平台靠河一侧增设栏杆，形成城市观景休闲平台；②在上游连接段增设导沙坎。导沙丁坎与水流方向成70°交角，导沙顺坎与水流方向成40°交角，导沙坎高度取水深的50%，净高0.9 m。将泥沙淤积顺利导入节制闸渠道中排到下游；③在右岸控制室上游增加圆弧形导墙，圆弧形半径1.75 m。引导水流平顺度过。

优化方案主要解决的问题有：①解决施工导流布置不便问题。结合本工程实际特点，采用分期导流，由分期围堰挡水。一期先施工节制闸段，利用束窄后的原河床导流；二期施工钢坝段，利用已建成的节制闸段作为过流通道；②一定程度上解决闸前淤积严重问题。由于导沙坎的设置，会减少泥沙在钢坝底轴淤积。在运行期，可不定期开启节制闸门冲沙，方便排出淤积泥沙；③解决检修困难问题。钢坝主要轴件埋于水下，日常维护和保养较为困难，本优化方案在检修期，只需在上游和中间闸墩分别设置横向围堰和纵向围堰，利用节制闸作为过流通道，即可方便快速地创造出干地检修条件，方便钢坝检修。减少了抽水费用支出，降低检修成本；④有效缩短钢坝净跨。由于钢坝对地基要求较高，单跨越大，抗基础变形能力越差，坝体扭曲变形的安全隐患越大。净跨缩短可以从一定程度上降低安全隐患。

3 结语

景观钢坝由于其立门可以蓄水，卧门可以排涝，调控水位灵活方便，坝顶溢流可以形成瀑布景观，使用寿命长等诸多优点，在城市河道整治中的应用一定会越来越广泛。而“钢坝+节制闸”优化方案能一定程度上解决单一钢坝布置方案中的痛点问题，再通过对节制闸的启闭机房进行建筑方案设计，并结合当地文化特色，兼顾与河道两岸环境的协调统一，使景观钢坝成为城市中一道靓丽的风景。