焦 蓓

（河南省靈寶市窄口水務(wù)管理局，河南靈寶 472500）

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從橡膠壩到水力自控翻板閘的應(yīng)用分析——以靈寶市河道治理工程為例

焦 蓓

（河南省靈寶市窄口水務(wù)管理局，河南靈寶 472500）

【摘 要】水力自控翻板閘壩是防洪調(diào)蓄工程，在水利水電建設(shè)中得到廣泛應(yīng)用，同時(shí)也是景觀工程，越來越多地應(yīng)用于城市河道治理中。本文詳細(xì)介紹了靈寶市城區(qū)河道治理工程中從橡膠壩到水力自控翻板閘的防洪攔蓄建筑方案選定，論述了滾輪連桿式水力自控翻板閘門的工作原理以及其在河道治理工程中的應(yīng)用，對(duì)于城市河道治理工程具有參考價(jià)值。

【關(guān)鍵詞】城市河道治理；橡膠壩；水力自控翻板閘；城市景觀工程

1　引 言

近年來，隨著城市建設(shè)的發(fā)展，靈寶市展開了兩次大規(guī)模河道綜合治理項(xiàng)目施工，采用了從橡膠壩到水力自控翻板閘的防洪攔蓄建筑方案，提高了城市的防洪、排水、排污能力，美化了河道景觀，提高了城市品位，為人們提供休閑場(chǎng)所，對(duì)河道進(jìn)行了綜合開發(fā)利用。

2　工程概況

靈寶市地處豫西丘陵山區(qū)，南依秦嶺，北臨黃河，總面積3011km2，多年平均降雨量657.2mm，降雨量年際變化大，年內(nèi)分配很不均勻，7—9月降雨量占全年降雨的60%以上。靈寶市城區(qū)位于弘農(nóng)澗河的沖擊平原上，弘農(nóng)澗河、斷密澗河穿城而過。

弘農(nóng)澗河為黃河一級(jí)支流，發(fā)源于靈寶市朱陽(yáng)鎮(zhèn)小秦嶺南麓，向北流至大王鎮(zhèn)老城村匯入黃河，流域面積2068km2，干流長(zhǎng)度88km，平均比降1.1%。年平均徑流深150mm，多年平均流量4.3m3/s。其上游建有窄口水庫(kù)，控制流域面積903km2，總庫(kù)容1.85億m3，屬大（2）型水庫(kù)。

斷密澗河屬弘農(nóng)澗河一級(jí)支流，黃河的二級(jí)支流，發(fā)源于河南省盧氏縣杜關(guān)鎮(zhèn)石橋溝村，南北貫穿靈寶市區(qū)至城關(guān)鎮(zhèn)北田村注入弘農(nóng)澗河。流域面積171km2，全長(zhǎng)47.59 km，流經(jīng)靈寶市區(qū)段6211m，平均比降1.6%，市區(qū)段河道平均比降1.1%，年平均徑流深150mm，多年平均流量0.68m3/s。其流域已建成石門水庫(kù)，控制流域面積5km2，庫(kù)容49.5萬m3，屬小（2）型類水庫(kù)；在建白虎潭水庫(kù)控制流域面積116km2，庫(kù)容1813萬m3，屬中型水庫(kù)。

綜合流域概況、水文資料以及氣象特征來看，兩條河流的上游為山區(qū)，河道比降較大，降水多集中在汛期，河道洪水具有暴漲暴落、泥沙量大的特點(diǎn)。因此，1998—2009年弘農(nóng)澗河市區(qū)段高標(biāo)準(zhǔn)治理工程和2009—2013年斷密澗河市區(qū)段河道治理工程均采用蓄清排渾方案，設(shè)計(jì)防洪標(biāo)準(zhǔn)為50年一遇，工程等別為Ⅱ等，堤防工程級(jí)別為Ⅱ等。弘農(nóng)澗河在右岸修10m寬的排洪渠；斷密澗河靠右堤布置寬8.5m的排洪渠，以泄洪防洪，蓄清排渾，減少淤積。

為同時(shí)達(dá)到城市防洪安全、減少河道內(nèi)的淤積量、市區(qū)內(nèi)長(zhǎng)期有清澈水面和周邊景觀保持一致，弘農(nóng)澗河采用五級(jí)橡膠壩，梯級(jí)蓄水成湖，增加水域面積67 萬m2。斷密澗河工程將原河道拓寬60～380m，布置翻板閘5座，漫水橋1座，滾水壩兩座，共形成長(zhǎng)達(dá)3034m的水面。

3　壩型選擇

當(dāng)前，河道攔蓄工程最常用的壩型是橡膠壩和水力自控翻板閘壩。靈寶市兩次河道治理工程在選用攔蓄水建筑物上出現(xiàn)顯著不同，從富有施工和應(yīng)用管理經(jīng)驗(yàn)的橡膠壩改變?yōu)樗ψ钥胤彘l壩，主要是基于對(duì)兩種方案的比對(duì)分析。

橡膠壩作為一種高分子合成材料的新型水工建筑物，結(jié)構(gòu)新穎獨(dú)特，美觀大方，施工方便，抗震性能好，不阻礙河道行洪。根據(jù)橡膠壩在靈寶十幾年來的應(yīng)用運(yùn)行情況記載，并結(jié)合類似工程經(jīng)驗(yàn)看，橡膠壩有著不容忽視的弊端:?橡膠壩對(duì)河流雜物的防御力較差，壩袋容易受損且修補(bǔ)困難；?壩袋需用水（氣）泵動(dòng)力充排立壩，需設(shè)專人管理泵房，增加了運(yùn)行管理費(fèi)用；?壩袋破損和管網(wǎng)損失易造成壩袋塌落；?壩體充塌時(shí)間較長(zhǎng)（2～3h），增加了防洪壓力；?壩高受限制（5m以下）；?橡膠壩壩袋易老化，正常使用年限僅為15～20年。

水力自控翻板閘可實(shí)現(xiàn)水力自動(dòng)翻轉(zhuǎn)啟閉，泄流泄洪及時(shí)方便，同時(shí)無需機(jī)電設(shè)備及專人操作，無動(dòng)力運(yùn)行費(fèi)用，管理上簡(jiǎn)單方便、省人省事。翻板門體為鋼筋混凝土預(yù)制，運(yùn)轉(zhuǎn)支承部分為金屬鐵件，不易破損，使用年限為40年以上。

從工程投資來看，翻板閘門與橡膠壩的壩體基礎(chǔ)部分投資基本一致，主要是閘壩擋水設(shè)施造價(jià)不同:翻板閘壩上設(shè)置水力自控翻板閘門擋水，不需其他輔助設(shè)備，投資按閘門面積計(jì)算；而橡膠壩擋水投資由壩袋、充水裝置、管理用房組成，費(fèi)用較為煩瑣，相對(duì)較高。

經(jīng)過分析優(yōu)化，以安全、經(jīng)濟(jì)、美觀為設(shè)計(jì)原則，綜合考慮城市景觀、防洪排澇、施工管理、節(jié)省投資等方面要求，工程確定采用滾輪連桿式水力翻板閘門方案。

4　滾輪連桿式水力自控翻板閘工作原理及運(yùn)行指標(biāo)

4.1滾輪連桿式水力自控翻板閘工作原理

水力自控翻板閘的啟閉原理是杠桿平衡與轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)作用在閘門門板上的水壓力和水流對(duì)閘門門板的摩擦力對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)中心的力矩和大于門板自重和運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的阻力對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)中心的力矩時(shí)，閘門開度自動(dòng)加大，直至這兩組力矩和相等時(shí)，閘門在新的開啟位置上保持平衡；反之，水壓力和摩擦力的力矩和小于閘門門板自重對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)中心的力矩時(shí)，閘門開度自動(dòng)減小，直到這兩者相等時(shí)，閘門又在新的開度位置上保持平衡。翻板閘門利用水位（水壓力）高低自動(dòng)開啟閘門，水位較低時(shí)（低于門頂）依靠自重關(guān)閉閘門，水位高時(shí)（高于門頂10～30cm）開啟閘門。平時(shí)蓄水時(shí)水位一般與門頂齊平，閘門擋水。汛期洪水位升高，閘門開啟，下泄洪水。

4.2滾輪連桿式水力自控翻板閘運(yùn)行指標(biāo)

自動(dòng)開啟水位:高于門頂10～30cm。

閘門全翻水位:高于正常蓄水位70～100cm。

自動(dòng)回門水位:80%～90%門高。

正常擋水位:等于或稍低于門頂高程。

可在較短時(shí)間內(nèi)同步或相繼翻倒及復(fù)位，翻轉(zhuǎn)靈活。

4.3滾輪連桿式水力自控翻板閘的四種運(yùn)行情況

a.閘門全關(guān)時(shí)，在蓄水狀態(tài)（見圖1）運(yùn)行。

圖1　閘門全關(guān)

b.小洪水時(shí)，上游水位略升，閘門自動(dòng)開啟一定傾角成小開度泄流:門頂、門底出流。門底流速較大，可將泥沙沖走（見圖2）。

圖2　小洪水

c.洪水增大時(shí)，上游水位升至一定高度，閘門自動(dòng)增大開度泄流:門頂、門底出流加大，門底流速加大，沖沙能力增強(qiáng)（見圖3）。

圖3　洪水增大

d.洪水增大到一定程度，閘門全翻（支承在支墩上），全開泄流，流量系數(shù)最大（見圖4）。

圖4　全開泄流

5　工程布置

斷密澗河工程共布設(shè)翻板閘壩5座，從下游向上游依次排列。根據(jù)工程布置翻板閘輪廓，從上游到下游布置防滲防沖段、閘底板段、消能段、海漫段。

該工程設(shè)置翻板閘門共55扇，單扇門尺寸為8m×3.5m，采用C30鋼筋混凝土。閘底板前后設(shè)齒墻，均為梯形斷面，前齒墻深3.7m，后齒墻深2.5m。閘底板前設(shè)黏土鋪蓋，長(zhǎng)50m，厚1m，壩前8m范圍內(nèi)為C20混凝土防沖段，厚0.2m，鋪蓋與壩底板連接處采用土工防滲膜防滲。閘后為消力池，一級(jí)消力池長(zhǎng)5.4m，二級(jí)消力池長(zhǎng)10.7m，底板厚0.5m，采用C20鋼筋混凝土澆筑。消力池后為海漫，海漫由雙向塑料格柵內(nèi)填塊石堆筑，長(zhǎng)8.5m，厚1m。

6　施工實(shí)踐

水力自控翻板閘由門板、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和支墩、支腿等組成，在施工中必須注意以下幾點(diǎn):

a.閘門預(yù)制構(gòu)件混凝土工程完全按水工混凝土施工規(guī)范執(zhí)行，強(qiáng)度等級(jí)不小于C30，要把握好構(gòu)件尺寸和重量，預(yù)制構(gòu)件制作要求誤差不超過±2mm。

b.金屬構(gòu)件必須采用專業(yè)廠家的產(chǎn)品，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)為全幅滾輪連桿，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)（包括緊固件）采用熱浸鍍鋅。鐵件到達(dá)工地現(xiàn)場(chǎng)必須進(jìn)行自檢復(fù)核，防止在吊裝、運(yùn)輸過程中造成鐵件的損壞。

c.壩體混凝土施工時(shí)，要將支墩基坑的位置預(yù)留好，預(yù)留孔的尺寸大于支墩尺寸。立支墩要采用輪胎式起重機(jī)精確吊裝，先復(fù)測(cè)軸線再進(jìn)行二次灌漿，灌漿采用C30混凝土。

d.所有支腿、支墩安裝好之后再進(jìn)行面板安裝，面板安裝由下到上，實(shí)心板在下，槽型板在上，面板與面板之間用水泥砂漿灌漿，要做到總體直平、構(gòu)件之間吻合、間隙合理、止水嚴(yán)密。安裝閘門時(shí)要控制好閘軸線，保證閘門開關(guān)靈活。

e.閘板兩側(cè)用U形橡皮止水，閘板底部用P形橡皮止水。止水橡皮螺孔采用空心沖加工，螺孔位置與止水壓板螺孔位置一致，孔直徑要比螺栓直徑小1mm。擰緊后，螺栓端部要低于止水橡皮8mm以上。

f.施工中要高度重視測(cè)量，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置半永久性控制點(diǎn)，以此作為安裝翻板門定位放線的依據(jù)。根據(jù)定位放線設(shè)定軸線引出點(diǎn)，并設(shè)鋼管龍門樁，作為各軸線的控制依據(jù)，專業(yè)技術(shù)測(cè)量人員要用經(jīng)緯儀與水準(zhǔn)儀經(jīng)常復(fù)測(cè)。安裝完畢后軸線、高程、水平間距與構(gòu)件自身垂直在標(biāo)準(zhǔn)以內(nèi)。

7　工程效果及運(yùn)行情況

2014年7月23日，斷密澗河河道治理工程經(jīng)全面檢查，順利通過驗(yàn)收。該工程治理河道3872m，將河道防洪標(biāo)準(zhǔn)提高到50年一遇，大大地提升了隴海鐵路及其下游沿岸居民、工礦企業(yè)及310國(guó)道等的安全性。工程竣工后，自動(dòng)翻板閘門關(guān)閉蓄水，形成景觀水面約30萬m2，同時(shí)工程與兩岸自然風(fēng)貌相結(jié)合，美化了靈寶北區(qū)環(huán)境，積極地推動(dòng)了城市北進(jìn)東擴(kuò)的發(fā)展，取得了良好的社會(huì)效益，實(shí)現(xiàn)了生態(tài)環(huán)境和社會(huì)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的協(xié)調(diào)統(tǒng)一。

8　結(jié) 語(yǔ)

自控翻板閘門不但消除了橡膠壩的弊端與不足，而且超越了橡膠壩的功能，以其原理獨(dú)特、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、施工簡(jiǎn)便、造價(jià)經(jīng)濟(jì)、自動(dòng)啟閉準(zhǔn)確調(diào)控水位、運(yùn)行管理方便安全、使用周期長(zhǎng)、維護(hù)簡(jiǎn)便、運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用低、對(duì)河道行洪能力影響小等特點(diǎn)，在城市河道的綜合治理工程中值得大力推廣。

同時(shí)也應(yīng)看到水力自控翻板閘作為一種較為成熟的技術(shù)，在實(shí)際應(yīng)用中獨(dú)具優(yōu)勢(shì)，但其本身也不可避免地存在著一些缺陷及隱患:如其過流能力存在缺陷，致使上游洪水位超出設(shè)計(jì)預(yù)期；存在一定的啟閉隱患，漂浮雜物可能堵塞鉸座并影響閘門回關(guān)等。因此，在城市河道治理工程上要采取相應(yīng)對(duì)策以有效地解決其不足之處。如在工程設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)優(yōu)先選擇縱坡平緩、河底平整、河道順直地段布置閘壩；在水工結(jié)構(gòu)上，將邊墻頭部、支墩、防護(hù)墩、閘墩等構(gòu)件的迎水面做成流線型，以確保水流流態(tài)平順；在運(yùn)行使用中派專人經(jīng)常檢查巡視并清理閘門處雜物等?！?/p>

參考文獻(xiàn)

［1］ 胡倫.淺談水力自控翻板閘門技術(shù)應(yīng)用中存在問題及對(duì)策［J］.廣東水利水電，2011（7）.

［2］ 李宏軍，楊佳棟.城市河流生態(tài)景觀與橡膠壩設(shè)計(jì)運(yùn)用探討［J］.水利建設(shè)與管理，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

中圖分類號(hào)：TV85

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

文章編號(hào)：1005-4774（2016）02-0068-04