李傳名

（安徽省阜陽(yáng)市水利規(guī)劃設(shè)計(jì)院 阜陽(yáng) 236029）

具有擋水、泄水雙重作用的低水頭水工建筑物，最常見(jiàn)的有橡膠壩、水閘、底橫軸旋轉(zhuǎn)閘門。采取何種型式的結(jié)構(gòu)，關(guān)系到投資、運(yùn)行、管理、美觀及使用壽命的諸多方面，需要進(jìn)行詳細(xì)的方案比選。

1 主要設(shè)計(jì)參數(shù)

阜陽(yáng)市現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)園區(qū)擋水建筑物位于下游河道、105國(guó)道上游處，主要功能是排澇及景觀蓄水。該建筑物控制流域面積58.28km2，河道底寬25m，邊坡1∶2.5；建筑物附近地面高程28.50m，河底高程23.00m，設(shè)計(jì)流量為123.53m3/s，其主要規(guī)劃數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

2 壩型方案的比較

在平原地區(qū)的河道，滾水壩一般適用于泄流量較小而擋水位較低的情況。當(dāng)泄流量較大時(shí)，因受到壩頂以下不能過(guò)流的限制，為滿足過(guò)流量的需求往往使得壩體較長(zhǎng)，與河道自身寬度極不相稱，也不經(jīng)濟(jì)。對(duì)于本建筑物而言，因泄流量較大且壩體較高，顯然滾水壩是不適宜的。以下就底橫軸旋轉(zhuǎn)閘門和橡膠壩進(jìn)行方案比選。

底橫軸旋轉(zhuǎn)閘門是近年來(lái)研究開(kāi)發(fā)出的適應(yīng)現(xiàn)代景觀需要的一種新型閘門，尤其適用于城市用水、景觀建設(shè)、市容環(huán)境整治工程中的大跨度河道中。橡膠壩于20世紀(jì)60年代中期開(kāi)始在我國(guó)應(yīng)用，是由高強(qiáng)度織物合成纖維受力骨架與合成橡膠構(gòu)成，錨固在混凝土基礎(chǔ)底板上形成密封的壩袋，通過(guò)連接壩袋和充脹介質(zhì)的管道及控制設(shè)備，用水（氣）將其充脹形成的袋式擋水壩。

兩種壩體擋水高度均能做到可升可降，壩高調(diào)節(jié)自如，溢流水深可控。均適用于河道截面寬度較大、水位差較小（5m以下）的工況。

底橫軸旋轉(zhuǎn)閘門的設(shè)計(jì)使用壽命為50年，使用中如能很好地保養(yǎng)維護(hù)還可以更長(zhǎng)。而橡膠壩的使用壽命最長(zhǎng)10～15年，且必須更換壩袋。前者投資雖然高于后者，但以前者的使用壽命，長(zhǎng)期投入比后者遠(yuǎn)高于前者。在行洪期間水流中難免有尖銳的漂浮物，橡膠壩容易受到這些物體的損壞，且在洪水過(guò)后遺留在壩袋上的各種殘骸給景觀帶來(lái)極大影響，運(yùn)行管理單位每次都需人工進(jìn)行擦洗，工作量較大。底橫軸旋轉(zhuǎn)閘門使用的是液壓?jiǎn)㈤]機(jī)，正常只需3～5分鐘就可以完成啟閉，突發(fā)洪水時(shí)能及時(shí)泄洪。橡膠壩是通過(guò)充氣或充水來(lái)完成開(kāi)關(guān)，需2～3小時(shí)才能完成一次開(kāi)關(guān)，而且隨著使用次數(shù)和時(shí)間的增長(zhǎng)，壩內(nèi)及管道內(nèi)會(huì)產(chǎn)生結(jié)垢，開(kāi)關(guān)時(shí)間會(huì)更長(zhǎng)。從設(shè)備運(yùn)行可靠性方面而言，底橫軸旋轉(zhuǎn)閘門也優(yōu)于橡膠壩。

綜合以上分析和比較，就本建筑物而言，底橫軸旋轉(zhuǎn)閘門較橡膠壩更為適宜。

3 閘、壩結(jié)構(gòu)方案比較

3.1 方案一：開(kāi)敞式水閘（5孔，單孔凈寬3.5m）

上游翼墻平面布置采用1/4圓弧式，墻身采用鋼筋混凝土扶壁式結(jié)構(gòu)，均分為兩段，墻高6.3m，順?biāo)鞣较蜷L(zhǎng)度為16.0m。上游鋪蓋采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，順?biāo)鞣较蜷L(zhǎng)度與翼墻同長(zhǎng)。

閘室為開(kāi)敞式結(jié)構(gòu)，共分5孔，單孔寬度3.5m，閘底板頂面高程23.00m。閘室順?biāo)鞣较蜷L(zhǎng)9.0m，垂直水流方向?qū)挾?2.9m，采用整體式平底板。底板厚0.7m，其下澆筑0.1m厚C10素混凝土墊層。閘墩為鋼筋混凝土實(shí)體墩，中墩厚1.0m，門槽處最小厚度0.5m，墩頂與閘頂同高，閘頂高程為28.70m。為改善水流形態(tài)，中墩上、下游端外形輪廓皆為半圓弧形。主閘門采用平面定輪鋼閘門，單面擋水，其平面尺寸寬×高＝4.02m×4.0m，配一臺(tái)QLSD2×100kN手電兩用螺桿式啟閉機(jī)，門、機(jī)各5套。主閘門槽尺寸為0.51m×0.25m，槽中心距閘室上游面4.605m。在主閘門槽上游1.5m處設(shè)置檢修門槽，尺寸為0.35m×0.25m，兩門槽間凈距能滿足一般檢修工作的需要。檢修門采用露頂式平面滑動(dòng)鋼閘門，單面擋水，其平面尺寸寬高＝4.02m×1.8m，配一臺(tái)250kN電動(dòng)葫蘆起吊，門、葫蘆各一套，葫蘆懸掛在I32a工字鋼上，后者設(shè)置在排架懸挑牛腿上。啟閉機(jī)臺(tái)采用鋼筋混凝土排架支承，排架底部現(xiàn)澆于閘墩上，頂高程為34.50m。啟閉機(jī)房寬3.5m，長(zhǎng)22.9m，凈高2.8m，磚混結(jié)構(gòu)。

下游翼墻在消力池段平面布置采用八字形，擴(kuò)散角為7.67度，順?biāo)鞣较蜷L(zhǎng)13.0m，墻身采用鋼筋混凝土扶壁式結(jié)構(gòu)，墻高6.3～6.9m。岸坡段翼墻平面布置采用一字型，采用漿砌塊石重力式結(jié)構(gòu)，均分為兩段，墻高分別為5.0m和3.1m。采用挖深式消力池，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，池深0.6m，池長(zhǎng)13.0m。

3.2 方案二：底橫軸旋轉(zhuǎn)閘門（單孔，凈寬17.5m）

上游翼墻平面布置采用1/4圓弧式，墻身采用鋼筋混凝土扶壁式結(jié)構(gòu)，均分為兩段，墻高6.3m，順?biāo)鞣较蜷L(zhǎng)度為18.0m。上游鋪蓋采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，順?biāo)鞣较蜷L(zhǎng)度與翼墻同長(zhǎng)。

壩體采用底橫軸旋轉(zhuǎn)閘門，其主要結(jié)構(gòu)是由土建、門葉、底橫軸、液壓驅(qū)動(dòng)、啟閉機(jī)室等組成。單孔，凈寬度17.5m，壩體底板頂面高程21.66m，門檻頂面高程23.00m（平河底）。壩體順?biāo)鞣较蜷L(zhǎng)14.0m，垂直水流方向?qū)挾?7.5m，采用整體式平底板。底板厚1.76m（門檻處最大厚度3.1m），其下澆筑0.1m厚C10素混凝土墊層。邊墩為啟閉機(jī)室，鋼筋混凝土空箱式，四周側(cè)墻厚度均為0.7m，凈空尺寸為3.6m×12.6m。門檻順?biāo)鞣较蜷L(zhǎng)2.4m，底軸中線距上游面3.1m。底軸采用20號(hào)鋼鋼材，規(guī)格為φ780×28。支鉸采用ZG30Mn鑄件，共7只。門葉采用Q235B鋼材，門體高度4.0m，厚度368mm（主梁為熱軋普通槽鋼，型號(hào)為36a）。啟閉機(jī)選用一臺(tái)QRWY液壓?jiǎn)㈤]機(jī)，最大行程3.65m，持住力2×800kN，啟門力2×500kN。啟閉機(jī)室設(shè)液壓泵站2座，每座油泵配電動(dòng)機(jī)組2套，互為備用，每臺(tái)電機(jī)配套功率為22kW。

表1 建筑物規(guī)劃數(shù)據(jù)表

表2 兩方案可比工程量及投資比較表

下游翼墻在消力池段平面布置采用八字形，擴(kuò)散角為11.77度，順?biāo)鞣较蜷L(zhǎng)18.0m，分為兩段，上游段長(zhǎng)10.5m，下游段長(zhǎng)7.5m。墻身采用鋼筋混凝土扶壁式結(jié)構(gòu)，墻高6.3～6.9m。岸坡段翼墻平面布置采用一字型，采用漿砌塊石重力式結(jié)構(gòu)，均分為兩段，墻高分別為5.0m和3.1m。采用挖深式消力池，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，池深0.6m，池長(zhǎng)18.0m，分成兩段，分段長(zhǎng)度同下游翼墻。

3.3 方案比較結(jié)果

兩方案可比工程量及投資比較見(jiàn)表2。

從表2可以看出，方案二比方案一高出216.21萬(wàn)元。

方案一的優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)明確，受力條件清楚，無(wú)論設(shè)計(jì)、施工和管理，均有著非常成熟的理論和經(jīng)驗(yàn)；過(guò)閘流量隨著孔口開(kāi)啟孔數(shù)和開(kāi)啟度的大小容易確定，消能計(jì)算簡(jiǎn)便；建筑物埋深和土方量較小；工程經(jīng)費(fèi)較省。缺點(diǎn)：技術(shù)上缺乏創(chuàng)新；閘室啟閉機(jī)層較高，啟閉機(jī)房因本身結(jié)構(gòu)尺寸的限制，很難做出較好的造型，影響美感。

方案二的優(yōu)點(diǎn)：技術(shù)上有創(chuàng)新，為新型產(chǎn)品；壩體啟閉機(jī)層較低，啟閉機(jī)房因較矮而不會(huì)影響觀瞻；鋼壩較為美觀，因中間沒(méi)有閘墩，氣勢(shì)宏闊，且能由壩頂溢流而形成瀑布美景，尤其適用于城市建設(shè)。缺點(diǎn)：下泄流量隨著開(kāi)啟斜度的不同不容易計(jì)算和確定，初始管理期間需要管理單位自行積累經(jīng)驗(yàn)、統(tǒng)計(jì)分析以確定流量與開(kāi)啟斜度的關(guān)系；消能計(jì)算復(fù)雜，目前國(guó)內(nèi)外尚無(wú)明確的計(jì)算方法，所需消能設(shè)施工程量大于前者；建筑物埋深和土方量較大，工程經(jīng)費(fèi)較高。

結(jié)論：綜合以上分析和比較，就本建筑物而言，方案一優(yōu)于方案二。

4 結(jié)語(yǔ)

底橫軸旋轉(zhuǎn)閘門適用于較寬的已有河道，尤其是城市中護(hù)砌的矩形河道。對(duì)于本建筑物而言，斷面寬度不大，又是新擴(kuò)挖的梯形截面河道，造成該方案的優(yōu)點(diǎn)不能得以發(fā)揮，且上、下游連接建筑物的尺寸因連接的需要而比開(kāi)敞式水閘方案有較大增加。雖然該結(jié)構(gòu)方案在本建筑物中未能使用，但今后在水利建設(shè)中一定會(huì)得到越來(lái)越多的應(yīng)用