李云峰 陶光慧 覃志強

【摘要】隨著城市生態(tài)發(fā)展的需要，各類景觀壩廣泛應用于城市河道景觀工程中。氣動盾形閘門系統(tǒng)是綜合了傳統(tǒng)水工弧形鋼閘門及橡膠壩的一些優(yōu)點研制的一種新型閘門，作為在傳統(tǒng)景觀壩的基礎上改良升級的新型景觀壩形式，因其具有外形更加美觀、結構更為新穎、功能更為全面、運行更加安全可靠、操作及維護管理更加方便、使用更加節(jié)能環(huán)保等多方面的優(yōu)勢脫穎而出，已較為廣泛的運用在工程實例中。在城市景觀水利工程中發(fā)揮出越來越重要的作用，有效的維護生態(tài)環(huán)境，滿足水利工程生態(tài)化、景觀化的要求，提升了城市景觀水利工程的效益發(fā)揮。今后將會運用到更多的水利及景觀工程中，營造出更多、更好的城市生態(tài)水景觀，打造出更加美好的城市水環(huán)境。

【關鍵詞】景觀壩；氣動盾形閘門系統(tǒng)；新型

1、概述

隨著城市生態(tài)發(fā)展的需要，各類景觀壩廣泛應用于城市河道景觀工程中，但傳統(tǒng)的景觀壩因其存在的不足和缺點，適用范圍已受到較大程度的限制，已較難滿足城市河道景觀工程的新需求。

近年來由于某些城市河道對景觀、泄洪、通航等的特殊要求，活動壩部分擋水高度需達到8m及以上高度，傳統(tǒng)的景觀壩已無法滿足此等規(guī)模的需求。針對城市河道景觀、泄洪及通航等的綜合要求，以及傳統(tǒng)景觀壩存在的一些問題，氣動盾形閘門系統(tǒng)作為外形更加美觀、結構更為新穎、功能更為齊全、運行更加安全可靠、操作及維護管理更加方便、使用更加節(jié)能環(huán)保等的新型景觀壩逐漸被廣泛的運用到工程實例中。

2、氣動盾形閘門系統(tǒng)簡介

氣動盾形閘門系統(tǒng)是綜合了傳統(tǒng)水工弧形鋼閘門及橡膠壩的一些優(yōu)點研制的一種新型閘門。主要特點是組合式結構，可適用于不同跨度的水利、景觀、防洪等工程，不需設置中間閘墩或支撐墩結構。尤其在大跨度、低水頭，設計新穎、布置緊湊的閘壩工程中占有較大優(yōu)勢。不但能滿足常規(guī)的功能要求，還能夠與周圍環(huán)境相協(xié)調，充分滿足現(xiàn)代化水利、景觀工程生態(tài)化、景觀化的要求。既可用于河道、水庫，又可用于海堤、人工景觀、引水灌溉、防旱排澇和已有大壩的加高、加寬等工程。

氣動盾形閘門系統(tǒng)由門體鋼結構、埋件、氣袋、抑制帶和自動控制系統(tǒng)等組成。門體結構由面板、加勁板等組成，門體擋水面板材質選用高強度結構鋼，上游側設置加勁板，氣袋支撐在鋼面板的下游面，在自動控制系統(tǒng)的控制下，利用氣袋的充氣或排氣控制門體升起擋水或倒伏泄水，并可精確控制閘門開度。當閘門全部打開時，門體完全倒臥于河底，不影響城市防洪、景觀、通航和水生動物等的回游。在閘門完全關閉時，門體完全升起，其面板與水平面的夾角介于60度至70度之問，并可停置在此范圍內的任意角度，根據(jù)需要自動控制水位。為了在倒伏情況下更好的保護氣袋、以及泄水時水力學條件更好，閘門面板設計有一定的弧度。在正常運行時，氣動盾形閘門允許頂部溢流，門頂可設計成溢流狀態(tài)形成人造瀑布景觀。為防止在下游側水位較高時或風力作用下閘門向上游側傾倒，門體下游側設有可折疊安全抑制帶，安全抑制帶材質選用高強度的合成橡膠。氣動盾形閘門是一種理想的適應生態(tài)景觀化的閘門，見圖1。

2.1 主要特點

（1） 整座閘門采用單元式連接而成，每個單元都由與閘門面板同長度的充氣袋支撐，只需要較為簡單的基礎，不受長度限制，也不需中間墩座，既能節(jié)省混凝土等建筑材料，又可大大提高過水能力，改善水流狀態(tài)，易于排淤沙、漂浮物及通航，不產生空蝕等現(xiàn)象。

（2） 系統(tǒng)構造簡單，不需設置機械軸承，各單位不需安裝成為很精密地一條直線，抗震性能好，故障率低，易于維護。

（3） 閘門的翼形結構可有效保護氣袋，避免氣袋被浮木、石礫、冰塊等損壞，還可破除河面的封冰。

（4） 系統(tǒng)采用可編程控制，依照調度需要可設計成整體控制，也可設計為分段控制，具有較好的操控性能。

（5） 閘門的水位控制系統(tǒng)可依照水位情況自動調整氣袋壓力，即使在缺電的狀況下依然可以自動控制。尤其當洪水泛濫無法正常供電時，僅憑儲氣罐及氣袋內蓄存的空氣即可使閘門完成所需動作。也適用于以太陽能控制啟動的空壓機作為遙控裝置，可利用無線通信及衛(wèi)星數(shù)據(jù)資料連接。

（6） 氣袋材料采用食品衛(wèi)生級材料，保證水質安全。系統(tǒng)以壓縮空氣啟動氣袋，不會造成水和環(huán)境的污染。

（7） 采用氣袋支承弧形面板的受力結構，最大理論高度可達到10m，目前已有門體高度達到8m、擋水高度達到8.25m的工程實例，且運行情況良好。

（8） 使用壽命長，理論壽命超過50年。

2.2 主要優(yōu)點

（1） 氣動閘的安性較高

設備安全：埋件及充氣管路為不銹鋼材料，氣袋采用理論壽命可達到50年以上的高分子材料，閘門鋼結構部分采用熱噴鋅加涂封閉漆防腐或采用不銹鋼材料，空氣壓縮站系統(tǒng)采用優(yōu)質知名品牌產品，以及充分考慮其安全系數(shù)，保證設備安全。

使用安全：因其結構布置特點，氣動閘承受的水壓力形成均布荷載傳遞給土建基礎，埋件布置在基礎混凝土中，受力狀況均勻。在洪水泛濫引發(fā)斷電的情況下，也可采用手動放氣實現(xiàn)閘門的快速倒伏安全泄洪，保證了氣動閘的使用安全。

（2） 不受河道寬度限制、高效泄水

閘門系統(tǒng)攔河寬度不受限制，無論河道跨度多寬，中間可不設閘墩，泄水面幾乎與河道寬度一致，并可完全倒伏在河底，上、下游不形成水位差，不影響泄洪，可實現(xiàn)大面積高效率泄洪。

（3） 生態(tài)環(huán)保

氣動閘自身沒有任何機械用油，氣袋原料采用食品級材料，以壓縮干凈空氣作為驅動介質，不會造成水和周圍環(huán)境的污染，完全倒伏即形成水生物通道，生態(tài)環(huán)保。

（4） 可形成人造瀑布景觀、水流平穩(wěn)、可破冰

氣動閘應用于城市河流或人工湖，穩(wěn)定的水位為人們提供了休閑景觀，而溢流時形成的瀑布更為城市增添了一道優(yōu)美的風景。

氣動閘翼形門體和閘底連接設計使冰塊、浮木和礫石容易流過，不會造成阻塞；門體加筋板兼導流功能，可平順水流，減少沖刷。且可實現(xiàn)破冰，冬防凌汛。

（5） 安裝簡易、維護方便、運行成本底

氣動閘門體上無高精度要求的軸承等零、部件，模塊單元采用組合式，單節(jié)模寬重量相對較輕，安裝時不需要大型起重設備，省時省力。后期運行故障率低，不需要整體系統(tǒng)更換，維修方便。運行時耗電量主要為空壓機的運行電量，運行成本低。

（6） 制造安裝工期短、經久耐用、性價比高

氣動閘施工工期短，一般2-3個月即可完成制造及安裝。自身不需要啟閉設備，埋件受力均勻布置在基礎上，對土建基礎要求不高，只需較為簡單的基礎即可設置氣動閘。土建投資相對較低，氣袋支承的鋼閘門結構可以完全保護氣袋本身，使用壽命長，理論壽命超過50年，性價比高。

2.3 氣動盾形閘門系統(tǒng)設計基礎來源

氣動盾形閘門系統(tǒng)是通過水利部“948”項目辦引進國外的先進技術，在引進基礎上，國內通過消化吸收再創(chuàng)新，結合我國水利工程的實際需要，成功研發(fā)的具有自主知識產權的一種新型生態(tài)環(huán)保、安全可靠的水利設施。2010年通過水利部科技成果鑒定委員會成果鑒定，并被鑒定為國際先進水平。在推廣過程中得到了水利部領導和廣大行業(yè)內專家人士的肯定和認可。

3、氣動盾形閘門系統(tǒng)應用實例

3.1 在國外工程中的應用

氣動盾形閘門為引進美國的新型產品，在國外工程中已經較為廣泛的應用，其中比較有代表性的有在加拿大南部靠近拉斯維加斯已建設運行的Forrest kerr project height工程項目，閘門高度為7.8m，規(guī)模較大，運行情況良好。

3.2 在國內工程中的應用

氣動盾形閘門作為新型的水閘之一，近些年來已經廣泛運用到國內的工程實例中。

（1） 于2006年投入運行的北京大興新風河治理工程，氣動閘門規(guī)格為30m×2.5m（寬×高），運行情況良好。

（2） 于2008年投入運行的北京市清河治理工程，氣動閘門規(guī)格為45m×2.5m（寬×高），運行情況良好。

（3） 于2012年投入運行的重慶潼南水電站大壩加高工程，氣動閘門規(guī)格為45m×0.5m（寬×高），運行情況良好。

（4） 于2013年投入運行的貴陽市南明河紅巖橋～葉家莊河段河道綜合治理工程，氣動閘門規(guī)格為60m×8m（寬×高），閘門最大擋水高度為8.205m，共設置有4級氣動盾形閘門，門體部分采用不銹鋼材料，運行情況良好，該工程規(guī)模為世界之最，項目業(yè)主已申報獲得吉尼斯世界紀錄。

（5） 貴州盤縣柏果縣河道治理工程，氣動閘門規(guī)格為30m×2.3m（寬×高），該工程共設置有2級氣動盾形閘門，運行情況良好。

（6） 貴州盤縣柏果縣河道治理工程，氣動閘門規(guī)格為40m×2.3m（寬×高），運行情況良好。

（7） 南昌市前湖大道綜合治理工程，氣動閘門規(guī)格為30m×2.5m（寬×高），運行情況良好。

（8） 吉林松花湖綜合治理工程，氣動閘門規(guī)格為30m×2.5m（寬×高），運行情況良好。

（9） 吉林松花湖綜合治理工程，氣動閘門規(guī)格為20m×6m（寬×高），運行情況良好。

（10） 貴州德江縣濕地公園玉龍湖景觀壩工程，氣動閘門規(guī)格為55m×3.0m（寬×高），運行情況良好。

以上工程實例均可作為今后工程方案比選的借鑒和參考依據(jù)。

4、結語

由于城市防洪的特殊要求，景觀壩一般要求具備外形美觀、可靠耐用、便于維護的基本特點。氣動盾形閘門系統(tǒng)作為在傳統(tǒng)景觀壩的基礎上改良升級的新型產品，因其具有結構新穎、外形美觀、安全可靠、功能全面、節(jié)能環(huán)保、維護管理方便等多方面的優(yōu)勢脫穎而出，已較為廣泛的運用到工程實例中。在城市景觀水利工程中發(fā)揮出越來越重要的作用，有效的維護生態(tài)環(huán)境，滿足水利工程生態(tài)化、景觀化的要求，更加提升了城市景觀水利工程的效益發(fā)揮。今后將會運用到更多的水利及景觀工程中，營造出更多、更好的城市生態(tài)水景觀，打造出更加美好的城市水環(huán)境。

作者簡介：李云峰（1977），性別：男，貴州貴陽，漢族，：高級工程師，學士，研究方向：主要從事水工金屬結構設計及咨詢，