钢坝闸与橡胶坝在陷泥河治理中的应用比较

郭 玮 解秀丽

（山东农业大学 泰安 271018） （临沂市罗庄区水利局 276000）

潘士勇

（山东省临沂市水利勘测设计 276000）

1 概述

拦河闸坝是河道蓄水、水位抬高所必需的水工建筑物。长期以来橡胶坝因其诸多优点被广泛应用于河道治理工程中。随着社会发展以及城市河道治理中对拦河建筑物的景观和安全性能要求的不断提高，许多新型式的拦河闸坝也得到广泛应用，如钢坝闸（又称底横轴翻转闸门）等钢结构的挡水建筑物也逐渐应用在城市河道治理中。

2 钢坝闸简介

钢坝闸又称底横轴翻转门，是钢结构挡水建筑物的一种闸门型式。

常用的钢结构挡水建筑物闸门型式有一字门、无支臂卧倒门、可调节卧倒门、截污卧倒门、横拉门、景观卧倒门、无支臂下翻门、上翻门、深孔弧形门、直升倒挂门、横拉下卧景观组合门、表孔弧门、有支臂卧倒门、人字门及底横轴翻转门。

2.1 钢坝闸的工作原理

钢坝闸（也称底横轴翻转门）是应用在水利工程中的翻转式闸门，由门叶、底横轴、底铰座、自润滑轴承、底水封、侧水封、液压启闭机以及液压锁定装置等组成。

启门时，电机带动双向油泵运转，经吸油过滤器、吸油阀吸油，从油泵的另一侧油口排出高压油，然后经出油过滤器过滤后进入集成控制阀块。在集成控制阀块内，高压油由溢流阀进行压力调定后进入启闭机油缸的无杆腔，推动活塞伸出带动闸门启门，而油缸有杆腔回油经控制阀组内液压锁、节流阀回油箱。调整溢流阀阀杆可调整启门力大小，调整节流阀杆则可调整启门的速度。闭门时电机反转，活塞杆缩回带动闸门进行闭门，工作原理同前。该启闭机带双向液压锁，因此在任何位置均可锁定。

底横轴的两端穿过闸墙外伸，其外伸端与电液一体式启闭机连接，启闭机库位于闸墩内，底轴与闸墙之间有水封装置，从而保持启闭机库的干燥状态。

通过控制闸墩两侧的电液一体式启闭机的正反转，就能实现底横轴翻转门的启闭及开度的控制，从而实现蓄水、泄洪、溢流、行船等功能。

电液一体式同步启闭机由基准电机M1和变频电机M2各带动两台油泵控制两台启闭机的运行，使两台启闭机同步运行误差在20mm内。当误差值大于20～50mm时（此值可人工任意设定），则自动报警并停止运行等待处理，原理见框图。

2.2 钢坝闸的特点

由于底横轴的翻转门是一种新型经液压驱动式闸门，故操作方便、启闭灵活、闸门开度无级可调、方便调度、工作较隐蔽、无碍防汛和通航，不会对原有河道的景观造成影响，且启闭闸门时间较短。

钢坝闸自动报警系统工作原理图

底横轴翻转门的门叶相对来说较轻，土建及施工工程量比较少，且工程相对隐蔽。底横轴翻转门适用于较宽（20～100m）河道的挡水或水位调节，一般用于水位不大于7m的情况。它具有结构简单、易于安装和维护、景观效果佳、使用寿命长，造价相对较高的特点。

3 橡胶坝简介

橡胶坝是20世纪50年代末，随着高分子合成纤维和橡胶工业科学发展而出现的新型低水头水工建筑物。它以高强度合成纤维为骨架，内外涂敷橡胶保护层，形成坝袋，按设计尺寸锚固于基础底板上做成“封闭”坝袋袋形，旱季橡胶坝袋内充水或气成坝挡水，以满足工农业及生活用水需要，雨季泄出坝袋内的水或气塌坝，不影响河道泻洪。

3.1 橡胶坝的工作原理

橡胶坝依靠充胀的袋体挡水并承担各种荷载，这些荷载通过坝袋胶布传递给设置在基础底板上的锚固系统。在汛期或需坍坝时，通过现地手动或激活自控装置，打开控制阀门，放空坝袋内的水或气，将坝袋坍落在底板上，即可复原河道的行洪断面。

3.2 橡胶坝的特点

橡胶坝之所以被广泛应用，主要基于橡胶坝的以下几个特点：

a.管理方便，运行费用低。

b.抗震性能好。它具有以柔克刚的性能，不仅能抵抗海水、特大洪水的波浪冲击，还能抵抗强大的地震波。

c.跨度大，地形适应性强；不阻水，止水效果好。

d.坚固性较差，易老化，坝高受限制。

基于以上特点，橡胶坝有着广泛的应用范围。如用作河道上的低水头溢流坝或活动溢流坝，用作水库溢洪道上的闸门或活动溢流堰，用作海岸防潮堤，用于地下水回灌，用作施工围堰或活动围堰，用于城区园林美化工程等。

4 钢坝闸与橡胶坝的比较

钢闸门与橡胶坝的比较见下表。

钢坝闸与橡胶坝性能比较表

5 工程实例

临沂市陷泥河是临沂西城区的一条主要河道，多年来河道淤积严重、行洪能力差，制约两岸经济发展，影响城市景观，故临沂市政府决定于2009年开始对该河进行综合治理。

在拦河闸坝的设计过程中，对橡胶坝与钢坝闸的方案进行了比较。

橡胶坝容易受到尖利物体的损坏，泄洪时如民用设施、建筑材料等尖利物体都会对橡胶坝袋造成损伤，坝体的振动、坝与河床及两岸的摩擦都会磨损坝袋。钢坝闸是由钢板焊接并进行防腐处理而成，且闸门底支铰中采用了特殊的自润滑材料MGA、MGB，它能在水下运行若干年无需加注润滑油，且不会锈蚀。

钢坝闸采用液压启闭机控制，启闭速度快，只需2～3min即可完成闸门的启闭；而橡胶坝则通过充水升坝，一般需要2～3h才能完成升、坍坝。

另外，橡胶坝需进行日常维护，要经常性地充水，否则会出现自动塌坝的现象；而底横轴翻转门配备了锁定装置，当闸门开启、关闭或调节水位时不会发生自动塌坝的现象。

橡胶坝须建一座泵房，管路多且复杂；而底横轴翻转门只需配备两台电液一体式启闭机，无外露油管及泵站等附属设施。并且配备手动应急装置，在断电时可手动启闭闸门，因而既提高了安全性，又增强可靠性。

冬季，橡胶坝必须做好刨冰工作。春天解冻时，冰凌不能在橡胶坝上溢流。底横轴翻转门可以轻松地度过春、冬季节，冬季只需将底横轴翻转门倾斜一定角度，结冰时冰层就会沿着斜角向上延伸，从而有效地释放水结冰时膨胀力，闸门不会受到任何破坏。且钢坝闸是围绕底轴向下游倾倒的，启门时淤积的泥沙被水流冲向下游，不会形成阻塞。

6 结语

综上所述，由于城市河道对安全性及景观要求较高，且陷溺河河宽较窄，钢坝闸造价相对较低，经过方案比较，决定采用6座跨度在15～34m之间的钢坝闸，使之成为临沂市的又一亮丽名片。