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钢坝闸在旅游文化广场引水工程的应用

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摘要:针对罗浮山旅游文化广场引水工程的建设目标,通过钢坝闸、气盾坝、液压升降坝3种景观闸坝进行分析对比,确定了钢坝闸方案。钢坝闸具有造型美观、安全可靠、运行方便等优点,对景观要求较高的水闸工程设计有一定的参考价值。

关键词:钢坝闸;景观;罗浮山;应用

1工程概况

罗浮山旅游文化广场及游客服务中心项目位于罗浮山风景名胜区与长宁镇交汇处,引水工程建设主要为了解决罗浮山文化广场景观用水的需要,从澜石河引水至广场以改善广场的水环境和水质。引水渠道下游新建景观水闸1座,设计过闸流量为70.35m3/s。景观水闸设计闸室为单孔,净宽9.0m,闸门高3.5m,采用底横轴驱动翻板闸门———钢坝闸,利用液压启闭装置控制,控制房布置于闸室左岸。

2闸型的选择

本工程位于罗浮山国家级风景名胜区,新建景观水闸的主要功能为抬高河道水位,改善河道水环境、水生态、水景观。目前常用的景观闸坝主要有钢坝闸、气盾坝、液压升坝,新建景观水闸通过以上3种闸坝形式进行方案比选。

2.1钢坝闸水闸形式采用底轴驱动卧倒式翻板钢闸门,俗称钢坝闸门,是城镇河流生态景观设计中采用的一种可调控溢流坝,由土建结构、带固定轴的钢制坝体、驱动装置等组成[1]。钢坝适用于河道孔口较宽(10~100m)而水位差比较小的工况(1~6m)。钢坝闸门关闭时升起闸门挡水,开启时平卧于闸底行洪,挡水时可以调节角度,闸门门顶可溢流过水,形成人工瀑布的景观效果。闸门可精确控制开启角度,水位可以任意调节。2.2气盾坝气动盾形闸门系统,简称气盾坝,由美国发明,至今已应用30多年[2],气盾坝通过水气囊充气,支撑起挡水盾板,实现蓄水运行。通过对充气压力的调节,调整挡水盾板的支撑角度,控制所需的挡水高度。近年来,经过不断改进,气盾坝挡水高度可达8~10m,溢流时挑流效果好,过水均匀,跌水落差大,可形成良好的瀑布景观。

2.3液压升降坝液压升降坝是采用自卸汽车力学原理并结合支墩坝水工结构形式的一种新型活动坝[3],同时具备挡水和泄水功能。液压升降坝由面板、固定支撑杆、液压缸、液压泵站和混凝土基础底板组成。液压坝坝面形式多变,可采用平板形、弧形、机翼形等结构;面板高度可随意调节、并可定制同步升降功能。挡水高度基本与普通活动坝类似,而坝体长度不受限制。

2.4方案比较3种闸坝的优缺点如表1所示。经计算分析,本工程液压升降坝造价最低,气盾坝次之,钢坝闸最高,但钢坝闸挡水高度调节灵活,景观效果最好,考虑到本工程景观水闸地处风景名胜区,且闸门宽度较窄,地基条件较好,推荐采用钢坝闸方案。

3钢坝闸设计

3.1设计方案本工程钢坝闸设计为单孔,主要由钢闸门门体、启闭设备和配套土建工程3部分组成。钢坝闸闸孔尺寸为9m×3.5m(宽×高),设计水头为3.7m(门顶溢流按最大0.2m),门叶为竖向悬臂受力结构,厚为0.207~0.45m;闸门采用底横轴驱动方式启闭,底轴外径为0.65m,按扭转弯曲受力条件设计,底轴中部设1个支铰点,底轴与门叶采用焊接方式连接,底轴与底板及底槛通过开放式铰座连接固定。底轴与穿墙套管、门叶与侧墙处设置封闭止水条,闸门上游底槛与底轴处设底水封1道,同时在闸墙临水侧采用大理石贴面。闸门采用单边启闭方式,控制室布置在闸室左岸,净宽为2.5m,配置800kN液压启闭机1台,功率为15kW。为保障闸门运行的可靠性,控制室内设锁定装置,固定闸门,并设潜污泵,及时排出积水。土建工程主要由闸室、控制室和消能设施组成。闸下消能采用底流式消能,消力池采用下挖式消力池,消力池后设置海漫和防冲槽。

3.2设计体会及建议1)钢坝闸采用底轴驱动,水压力通过门叶传递到底轴,再通过底轴传递给两端的铰座,通常闸门跨度较大,产生的扭矩较大,要求钢闸门底轴具有较高的强度和钢度。2)本工程采用最新的第4代钢坝闸,闸门采用开放式铰支座,虽然适应基础变形的能力有了一定提高,但是过大的基础不均匀沉降仍会导致铰座会卡死底轴,闸门无法正常启闭,闸室设计宜采用整体式单孔式结构,若闸基地质条件较差,需采用桩基础或复合地基进行处理,严格控制基础不均匀沉降,并加强变形监测。3)钢坝闸为厂家专利技术,设备造价高,由于闸门跨度大,通常不设检修闸门,应按照免维修、少维护的要求进行设计,除了控制闸门制造和安装精度外,比较关键的问题是钢闸门的封闭止水,止水部位主要有:底轴与闸底槛、底轴与穿墙套管、门叶与侧墙等。尤其应加强底轴与穿墙套管止水设计,止水材料通常采用橡皮止水,要求具有良好的耐磨性能,同时橡皮压缩量不超过5mm,若压缩量过大,底轴旋转时橡皮容易翻转,导致启闭的摩阻力增大。4)为了减小门叶与侧墙的摩阻力,侧墙墙面宜采用光滑的大理石或新型材料贴面。

4结语

罗浮山旅游文化广场引水工程在满足防洪、引水的基本功能上,把生态景观与工程相结合,改善渠道及周边生态环境,对美化水环境、促进人水和谐具有重要作用。钢坝闸整体美观,成为了罗浮山旅游区的一个动态的音符和休憩的节点,为罗浮山锦上添花。随着城镇化脚步不断加快,水环境、水景观建设的需求不断提高,钢坝闸作为一种新型的景观闸,具有造型美观、安全可靠、运行方便等优点,具有良好的发展前景。

参考文献:

[1]王宁,王金龙,李淑芹.城市河道综合治理中的大型钢坝闸应用———以山东淄博为例[J].中国水利,2017,24(8):48-49.

[2]陈东清.气动盾形闸门系统技术研究与应用[M].北京:中国水利水电出版社,2015.

[3]陈业银,任华春,朱水生.液压升降坝工作原理及结构性态分析[J].水电能源科学,2012,30(7):69-72.

[4]徐强,饶英定,徐礼锋.底轴驱动翻板闸门在水闸工程中的应用[J].江西水利科技,2014,40(1):17-20.

作者:黄宇容1,陈锋2 单位:1.广东珠荣工程设计有限公司,2.中水珠江规划勘测设计有限公司

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