钢坝闸在河道蓄水工程中的应用

钢坝闸在河道蓄水工程中的应用

智德帅

山东水总有限公司 山东省枣庄市  277200

摘要：钢坝闸由于其在洪水影响、景观效应和生命周期方面的显著优势，近年来在河道蓄水中得到了广泛应用。以某水电站建设工程为例，通过闸型比选，实现了钢坝闸门的优化。对钢闸坝进行了计算，计算结构满足强度要求。通过实验仿真，优化设计取得了良好的设计效果，为设施的建设和安全运行提供了理论支持。

关键词：钢坝闸；河道蓄水；闸型比选

改善河流生态环境，建立反映沿海城市水文明的海岸线，是许多城市关注的首要问题。由于河流的季节性特点，干流枯水期生态河流不能满足需求，“河底朝天”更为频繁。为了改善河流的生态环境，创造优美的绿色河岸景观，有必要通过修建蓄水工程提高河流的水位，拓宽景观，创造更有利的景观效果。

一、钢坝闸简介

1.钢坝闸原理。是水利工程中使用的一种翻转式闸门，由门叶、低横轴、低铰链、自润滑轴承、底侧水封、液压启动器和锁组成。当阀门打开时，电机驱动双向泵，油通过进气滤清器和进气阀吸入，高压油来自另一个泵端口。通过油滤清器过滤后，进入集成控制阀组。在集成控制阀中，经过溢流阀调整后，高压油进入绞车油缸的稳定室，按压活塞并驱动闸门打开。来自油缸杆腔的回油通过溢流阀杆调整块中的液压锁和节流阀返回油箱，可以调整阀门的开启力，节流杆调整可以调整阀门的开启速度。当关闭时，电机逆时针旋转，活塞杆缩回以关闭门。

工作原理同上。启闭机配备液压双向锁，可在任何地方锁定。底横轴两侧穿过闸墙外伸，突出启闭机连接。启闭机库位于闸墩内，底轴与闸墙之间设置水封，以保持启闭机库干燥空间。闸墩两侧的启闭机的正反转电液一体式，实现底横轴翻转门的开闭控制，实现蓄水、泄洪、溢流、船舶运动等功能。

2.钢坝闸性能。底横轴的翻转门是一种新型的液压闸门，操作方便，启闭灵活，连续调节，调度方便，操作隐蔽，不妨碍洪水和通航，不影响原有河流景观。启闭时间很短。门叶较轻，土建工程量小，隐蔽性好。底横轴翻转门用于挡水或调整宽通道（20-100m）的水位。一般来说，水位不超过7米。新型结构简单，安装维护方便，景观效果好，使用寿命长，成本高。

二、蓄水闸闸型比选

保证城市供水、河岸水生态建设、水景建设，节约用水不仅要满足景观要求，还要满足洪水期泄洪要求。本工程的特点是大过流量、频繁水位涨落，其中闸身必须调节水位和溢流。见表1蓄水闸设计条件。

表1蓄水闸设计条件参数表

根据蓄水坝施工经验，由于水深、水压高，固定坝不适合施工太高。传统的大坝，如水闸和翻板坝，不能同时满足蓄水、排洪和景观的功能需求。方案一：橡胶坝方案是一个袋式挡水坝，由充排管路（气体）坝袋充胀形成。坝顶可以溢流，坝高可以根据需要通过冲放水进行调整，以控制上游水位。橡胶坝长220.0m，高5.2m，高4.8m坝袋，内压1.3m。方案二：钢坝闸方案。由大跨径底轴驱动，闸门底部高度为5.2m，共有5个开口。闸孔为4.8×43m（高×宽），挡水高、中、边墩宽、大坝总宽分别是4.8、8.1、6.2、259.8m。方案三：气盾坝。也称为橡胶坝，由橡气囊和钢护板组成，在自动控制，闸底板高为3.2m，共有3个孔。闸孔为4.8×71m（高×宽），挡水高、中、边墩宽、大坝总宽分别是4.8、6.0、4.0、233.0 8m。总体比较了行洪灾害的影响、施工难度、景观影响、运营管理和使用寿命。钢坝闸具有良好的运行性能和良好的景观效果。钢坝闸的投资略高于橡胶坝，但小于气盾坝，设计选择钢坝闸方案

三、钢坝闸布置方案

为了建设城市应急供水，改善城市供水，改善河流环境，创造美丽的亭台楼阁和景观，拓展城市发展空间，本计划实施城市环境保护项目。项目主要内容为水利枢纽工程。过闸流量为2257 m3/s，用于Ⅲ等。洪水计算标准为50年，校核洪水为100年一遇。

1.布置钢坝闸。钢坝闸门是翻板式闸门，目前，挡水高度约为5米，超过5米，以提高启闭、结构和成本高。因此，在这种情况下，受控钢坝闸挡水在不超过5米的高度，并坝挡水固定。蓄水位正常水位为高程50.0米，所选钢坝高度为4.8米，闸孔宽度可达10-100m调节，闸孔宽度小，墙门多，影响蓄水景观的整体效果；在闸门孔宽较大的情况下，其技术要求较高，施工成本较高。与综合工程和经济相比，钢坝闸闸孔宽度约为40m。本工程钢坝闸4.5X 38m孔口位置。孔宽、边中墩厚、闸室宽度分别为6、9.6、9.6、6 m。

2.计算结构。3.2.1闸孔净开度计算：根据钢坝闸门的运行特点，溢流为钢坝闸门反向开度。动态循环过程随时间变化。当下游水深与闸门水头之比hs/H0＞0.9时，钢闸门在开启过程中的承载力计算公式尚未建立，从泄洪过闸落差到0.15m。δ/h.2.5表示堰坎厚度与堰上水头。根据《船闸水闸设计规范》，闸孔总净宽公式计算如下：

据估算，设计水位为50.10m，过闸为0.15m落差，流量为2257m3/s，闸宽215m。在计算流量时，考虑了水闸2个中墩。3.2.2结构计算：校核防洪水位后，有限元程序midas Soilwork计算，廊道面以上最大垂直水头为10.9m，垂直水头为0.997kpa，廊道底部最大应力为0.575mpa。C25混凝土轴心抗拉强度为1.27mpa。根据抗拉安全系数2，C25混凝土的容许抗拉强度为0.635mpa，大于顶板最大应力。因此，顶板屋面结构钢筋满足强度要求，设计如图1所示。

图1固定坝结构内力图

五、水工模型试验

1.在所有敞泄条件下，主流位于右岸，左岸海滩基本静水，水携带的泥沙容易沉积。冲砂闸门应始终打开进行冲洗。钢闸门右侧为回流区，易产生淤积。

2.由于河流下游地势较高，下游河道不平坦。当流速为500m3/s时，倾角30°，下游作为敞泄。处理池水位高，2+200水位6.50米。当水流在钢坝闸跌落后，在固定水池中形成不稳定水跃。加强防冲保护的建议措施

3.为便于顺畅下泄，建议中孔打开。为了确保河流中的水流分布更加均匀，建议两岸完全开放。为避免钢坝闸开启频繁，建议水位由溢流钢坝、冲砂闸放水和电站用水调节。根据水工模型试验结果，闸门刚度增加，闸门顶部溢流达到0.5m，优化了钢闸门控制的应用，使其更加合理分布原则；优化防冲齿墙设计，增加抛石防护厚度和保护范围。

钢坝闸作为蓄水闸，不仅满足了安全、管理方便、耐久性和良好景观效果的要求，而且为安装一闸一景提供了可能性。该项目正在实施中，项目建成后，将有效加强城市供水安全，改善河流环境，改善城市景观影响，拓宽城市发展空间，为实施城市增长战略奠定坚实基础，支持城市发展。

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