水利工程中小型挡水坝型式选择

罗建刚

（河北省水利水电勘测设计研究院）

1 坝型对比

1.1 平板铸铁闸门

平板铸铁闸门是一种常规的小型挡水泄水设施，具有泄流能力大，可以通过闸门调度宣泄各种频率的洪水，运行调度灵活等特点。缺点是其泄流效果较差，上部需设置启闭设备和启闭机房，金属结构及土建工程量较大，施工复杂，工期长，投资一般较高。运行期间需配专人管理，冬天需破冰，不易排泄水面漂浮物，运行维护费用较高。

1.2 翻板门坝

翻板门坝又称翻板闸，分为水力自控翻板闸和液压双控翻板闸，当上游水位超过正常蓄水位时，闸门自动开启，水位越高开启量越大，直至全开；当水逐渐流出水位开始下降，降至低于正常蓄水位时，闸门完全关闸，这样闸门就实现了自动开启和关闭的工作。水力自控翻板闸门要求一定高度的启动水位，全开所需的水位更高。

翻板闸门用预制钢筋混凝土构件或钢结构作为挡水及支撑部分，通过金属构件进行连接，组成闸门的整体。每扇闸门都是独立的，可根据需要打开或关闭任意一扇或几扇闸门。

翻板闸能根据闸前水位变化具有渐开、渐闭的特性，造价较低，结构简单，施工期短，运行管理方便。该坝型也存在一些问题：一是开闸放洪水之后，翻板闸再关上时易被河面漂浮物卡塞或上游泥沙淤积，无法正常蓄水工作，因此不得不放空，进行人工清理，这样不仅费时费力，还造成水的流失。

1.3 钢坝闸

钢坝闸是一种底轴驱动翻板闸门，是一种能够实现双向挡水、灵活启闭、闸门开度无级可调、方便调度、工程隐蔽、无碍防汛和通航，改善河道景观的新型闸门。

钢坝闸门是一种新型可调控溢流坝，它由土建结构、带固定轴的钢制坝体、驱动装置等组成。钢坝闸的缺点是投资较高；仅利用底轴转矩控制坝面运行，受力结构不合理；大跨度闸门单跨同步升降控制难度大，易至底轴折弯移位；钢坝闸底轴漏水较为严重。

1.4 橡胶坝

橡胶坝是有紧贴河床不阻水，结构简单，坝体跨度大，自重轻，抗震性能好，坝型美观的优点。但是缺点也比较明显，安全性、可靠性较差，使用寿命短；增加泵房，机电设备，须增设充排水（气）系统；坝袋易被漂浮物或尖锐物损坏，特别是北方地区冬季冰冻严重，易损坏坝袋；运行管理困难，汛期塌坝调度与蓄水难以协调，塌坝时间长，洪水暴涨来不及塌坝就被洪水冲毁。

由于洪水过后遗留的各种残骸——诸如民用设施与建筑材料这类尖利的物体很可能对坝体的上游面造成损伤，导致漏气。微小处的漏气可以修复，如果漏气面积较大，修复起来就比较麻烦。

1.5 液压升降坝

液压升降坝采用铰链式设计，以双支点或多支点的方式与坝面埋件连接，在闸门板背面坝基上设置启闭闸门的油缸，用以开启闸门泄洪或关闭闸门蓄水，正常蓄水状态下采用支撑杆辅助支撑，也可采用油缸直接支撑，闸门重心较低，坝面上下游基础落差小，开启泄洪时闸门板紧贴河床，行洪能力非常强。相对于翻板闸及常规闸门减少了支撑墩及启闭台。安全系数更高，是目前较为流行的河道建筑物，建成蓄水后美观大方，瀑布景观效果明显。液压升降坝的缺点是对液压控制系统的质量要求很高，一旦液压控制系统损坏，就无法对坝进行升降。

2 案例分析

2.1 工程概况及自然条件

某河河道综合整治工程位于内蒙古赤峰市巴林左旗县，在河道上修建三道拦河坝形成三个河道人工湖。该河从发源地起一直经过沙丘地带，全流域植被破坏，沙化严重，三座拦河坝均处在同一地貌单元，地层结构基本一致。场地地层属第四系全新统和上更新统的河流冲洪积地层，地层分布较连续、稳定，以砂土为主，部分地段见有粉质粘土透镜体。

2.2 坝型比较

根据初步拟定的基本坝型，结合该河气象、水文及规划景观要求，对上述坝型进行综合比较。

2.2.1 防洪与蓄水

为解决河道行洪与生态（景观）蓄水之间矛盾，要求拦河坝在汛期能够快速垮坝，汛后又能及时恢复挡水状态，液压升降坝、翻板闸和钢坝可以满足该要求，橡胶坝由于升坝或降坝时间较长，往往需要大水尚未过完就升坝，有时升坝后人工湖难以蓄满。翻板门坝、钢坝一般对河道宽度有一定要求；液压升降坝和橡胶坝在行洪时均紧贴河床，因很少设置闸墩，基本不影响河道行洪；在拦河坝不能自行坍坝时，液压升降坝和钢坝可以强行升坝或降坝。

2.2.2 泥沙

洪水过后，泥沙淤积小且较为松散时，翻板门坝可以正常回落；一旦淤积厚度较大或泥沙板结，不能通过回门缩小过流断面冲开淤积，那么翻板门坝就不能正常回门，将影响人工湖正常蓄水；淤积较厚将对橡胶坝充水（气）设备要求较高，严重时需要人工清理淤积物，否则坝袋不能正常升降。钢坝和液压升降坝则可以通过机械或液压装置强行顶开坝面淤积升坝。

2.2.3 漂浮物

尽管城区段人工湖定期清理漂浮物，但汛期漂浮物（特别是树枝）可能会卡住翻板门坝，从而导致升坝或回落困难，又没有强制起落设施，极有可能会对行洪安全造成威胁；另外，漂浮物（特别是尖锐物）可能刺穿或损伤橡胶坝坝袋。

2.2.4 冻冰

在理论上，冰冻对充水式橡胶坝影响较小，橡胶坝可以通过适当降低内压比运行，但在实际操作中，一般通过人工凿冰等措施以保证橡胶坝安全运行，同时应尽快融化或清除浮冰，减小浮冰对坝袋（充水或充气）安全的影响。早期翻板闸采用的直立式结构受冰冻影响较大，现在翻板闸均采用了向下游倾斜结构，大大减小了冻冰对其结构影响。

3 结论

从工程投资角度来说，翻板门坝、橡胶坝和液压升降坝三种坝型投资相差不多，均较常规水闸节省，钢坝投资最大；从泄洪和消能角度来看，液压升降坝、橡胶坝和钢坝较优；从运行管理方面，在功能一致时，翻板门坝的费用最优，液压升降坝次之；从稳定性看，常规水闸最优，翻板门坝、橡胶坝稳定性较差。