景观生态闸闸型选择研究

犹 爽

（中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，四川 成都 610000）

目前，我国各大省市均加快了生态文明建设的步伐，为实现“绿水青山”的美好愿景，流域治理及其景观提升成了生态文明建设重中之重的任务。在生态景观工程中，景观效果的呈现及亲水性的体验至关重要，而景观生态闸的建设为水域提供取水条件，并可形成大水面景观效果，因此景观生态水闸的合理应用十分重要。

1 底轴旋转式钢闸

（1）特性。底轴旋转式钢闸是一种大跨度底轴驱动翻板闸门，能够实现双向挡水、灵活启闭、闸门开度可调、工程隐蔽、无碍防汛和通航、改善河道景观等功能，其组成部分有土建结构、带固定轴的钢性坝体、液压驱动装置设备及底板等。闸门门体上带有底横轴，其受力全部传于底横轴，再通过底铰传给闸底板，闸门通过闸墩内的液压启闭机控制。

（2）行洪能力。卧倒能紧贴底板（底轴高出底板约27cm），单跨过洪能力好，河床不阻水。但闸墩需布设液压启闭机，尺寸相对较大，河岸景观打造难度较高。

（3）启闭操作。钢性闸门采用启闭机执行启闭工作，运行速度为1～2m/min，即一般工程完成升坝和塌坝的时间不超过2min，因此可对来水流量变化作出积极反应，可有效保证突发洪水时及时泄洪。

（4）景观效果。钢闸门，整体性好，门顶溢流可形成瀑布遮蔽盾板结构，景观效果好。但跨度较大时，跨间闸墩需布设液压启闭机房，尺寸相对较大，影响景观效果。

（5）运行年限。钢闸门对漂浮物、推移质的承受能力较强，有利于泄洪冲沙，抗冲磨性能较好，结构耐久性好。钢坝的设计使用寿命可达50～60年，钢性闸门的运转件的材料是在水下运行若干年无需加润滑油的特殊复合材料，该材料在水下不会锈蚀，需30年左右进行一次防腐。

（6）运行可靠性。钢坝需配套两台新型驱动型式的驱动装置，采用浮标开关控制，可达到无人操作液压系统，根据洪水涨落，实现活动坝面的自动升降。与此同时，也可进行电脑远程控制，实现一控多管。该新型驱动装置无须油管、泵站等附属设施，结构简单、操作方便、运行管理方便。此外，还配备了手动装置，可在出现停电或其他故障时用约5kg的操作力进行手动操作。新型自动装置与手动装置共同保证了塌坝和立坝的可靠性和安全性。但在洪汛期，因地下廊道标高低于挡水高度，且传动轴的密封不严或边墙、廊道渗漏，地下廊道会经常被渗水浸泡，特别是在断电情况下，廊道的积水抽排难度较大，一般无法入室排患和进行任何除险作业，因此也无法开启闸门，具有一定的安全隐患；液压系统维护费用高，漏油污染水质，且仅利用底轴转矩控制坝面运行，受力结构不太合理。

（7）设备造价。土建工程、金属结构、机电设备建设成本较高。枯期检修需布置上游围堰，且液压设备运行维护费用较高。底轴旋转式生态闸（施工期）如图1所示。

图1 底轴旋转式生态闸（施工期）

2 气盾式钢闸

（1）特性。也称气动钢盾橡胶坝，其结构主要由底坝、盾板、充气气囊及控制系统等组成。钢盾板主要提供正面蓄水；充气气囊具有冲涨能力可对蓄水盾板进行支撑；基础锚固螺栓和软连接起构筑坝整体结构的作用；充排系统是实现升坝和降坝的关键。强化钢板可在挡水时抵御撞击力，当塌坝行洪时，强化钢板覆盖坝袋，盾板气覆盖囊，从而使得气囊与流水、沙石、冰凌完全隔开，气囊也不因流水的拍打、震动产生磨损，气囊处于更安全的保护状态。此外，坝袋对钢板的支撑作用为柔性支撑，受力面大，并且结构简单，运行稳定。整套闸门系统拦河宽度不受限制，可完全倒伏在河底无水位落差且中间不需要闸墩，泄水面几乎与河道宽度一致，可实现大面积高效率泄水。各部件均可预制，安装工期不长，盾板及气囊模块化，便于修复。

（2）行洪能力。卧倒能紧贴底板，单跨过洪能力好，河床不阻水。

（3）启闭操作。气盾式钢闸具有气囊对蓄水盾板进行支撑，基础锚固螺栓和软连接构筑坝的整体结构，充排系统提供运行动力，从而实现升坝和降坝。启闭速度略慢，启闭时间需10～15min，对来水流量变化反应速度略慢。但不同跨可分开独立运行，可长期坝顶溢流，对来水流量变化作出积极反应，有效保证突发洪水时能及时泄洪。

（4）景观效果。气囊充气时更容易形成整体平衡，增强钢闸门整体性，门顶溢流可形成瀑布遮蔽盾板结构，景观效果尚可，但若闸门顶部不溢流，气囊出露对景观效果有一定影响。

（5）运行年限。钢闸门对漂浮物、推移质的承受能力较强，有利于泄洪冲沙，抗冲磨性能较好，结构耐久性好，但气囊易受到漂浮物破坏。钢坝的设计使用寿命可达50～60年，气囊的使用寿命约30年。钢性闸门的运转件采用特殊复合材料，需约30年左右进行一次防腐。

（6）运行可靠性。强化钢板既可挡水时抵御撞击力又可覆盖坝袋，盾板完全覆盖气囊，运行稳定。与此同时，气盾式钢闸实现了无运行安全盲点的重大突破：无需充水橡胶坝的强排系统和无液压翻板坝的液压充排系统，以及没有断电造成的危险，设手动排气阀，实现顺利泄洪；特别是洪汛期间，在无法正常供电或意外断电时，仍可随时手动降坝、安全泄洪。

（7）设备造价。土建工程、金属结构、机电设备建设成本较高，运行维护费用较高。气盾式钢坝（施工期）如图2所示。

图2 气盾式钢坝（施工期）

3 液压翻板坝

（1）特性。液压翻板坝采用了自卸汽车力学原理，并且结合了支墩坝水工结构型式的活动坝，因此具挡水和泄水双重功能。液压翻板坝的构造部分有弧形（或直线）坝面、液压杆、支撑杆、液压缸和液压泵站等几个部分。液压缸直顶以底部为轴的活动可拦水坝面的背部，实现升坝拦水，从而达到降坝行洪。滑动支撑杆对活动坝面的背面进行支撑，构成稳定的支撑墩坝。小液压缸及限位卡，可实现支撑墩坝固定和活动，即可达固定拦水，活动降坝的目的。设有手动推杆开关，控制操作液压系统，根据洪水涨落，人工操作活动坝面的升降。

（2）行洪能力。液压翻板坝在低水头时水力条件优越。该坝可基本保持原河床，可畅泄洪水而不阻水；可以调节坝高溢流，可控制上游水位和泄流量。但若有大型漂浮物卡阻于液压杆处则会影响启闭，需设支墩保护启闭设备，挡水后下游支墩外露，有阻洪风险。

（3）启闭操作。通过液压设备控制，可在非共振区任意开度启闭、停留。启闭速度快，启闭时间为2min左右，能够对来水流量变化作出积极反应。

（4）景观效果。液压翻板坝属于低水头挡水建筑物，采用双三角形超定理结构，可无限宽度式组装，面板间无需设置闸墩，适用范围广，广泛使用于水利灌溉，城市美化环境等方面可形成宽阔的水面，但需设支墩保护启闭设备，挡水后下游支墩外露，景观效果略差。

（5）运行年限。结构耐久性好，设计使用寿命长，能达到50年左右。

（6）运行可靠性。液压坝最大的问题是液压启闭油缸位于溢流水下，遭遇大的漂浮物撞击及泥沙淤积影响大，油缸容易变形或卡塞，从而影响闸门启闭。液压坝主液压缸及基座位于闸的底部，启闭油缸及部分油管软管裸露在常水下，因此需在上下游设置围堰检修，检修成本较大。

（7）设备造价。液压翻板坝具有施工简单，施工工期短的优点，与统水闸相比，减少了闸墩、大量金属结构埋件和闸门启闭设备，然而其混凝土工程量复杂，后续维护费用较高。液压翻板坝枯水期效果图如图3所示。

图3 液压翻板坝枯水期效果图

4 结束语

（1）就功能而言，三种闸型都能下闸蓄水、顶部溢流，能形成稳定的景观水面。

（2）在行洪能力和水力条件等方面，气盾式钢闸不阻洪，水利条件较好；液压翻板闸门也不阻洪，但卡阻风险较大；底轴旋转式钢闸门中墩阻洪，适应性略差。

（3）就景观效果而言，三种闸型均可形成景观水面，且对闸门顶部空间无限制。其中，底轴旋转钢坝除中墩较大外，景观效果较好；气盾式钢闸门闸顶不溢流时，气囊出露；液压翻板闸支墩出露，景观效果较差。

（4）就启闭操作速度而言，底轴旋转式钢闸门、液压翻板闸门启闭速度较快，对来水流量的反应速度较快，相对较优，气盾式钢闸门启闭较慢。

（5）就运行使用年限而言，三种闸型使用年限均较长。

（6）就安全性能而言，底轴旋转钢坝存在运行期廊道及启闭机房的通风、防渗排水及地震工况的抗变形协调问题，且底轴容易折弯移位，对地基沉降较为敏感；气盾式钢闸整体安全性能高，需注意的是合同期应跟厂家明确材料性能、保修范围、保修期；液压翻板坝液压杆长期在水下消力池底部，难于检修，长期有淤积风险，且液压杆易卡阻影响闸门启闭。

（7）就设备造价方面，气盾式钢闸门及底轴旋转式钢闸门造价较高，液压翻板闸门造价较低。