堤坝自动挡水装置研究

江召兵 王巧云 朱宝明

摘  要：在以往抢救漫溢险情中，有泄、蓄、分三种方式，但现有方式往往需要人工修筑子埝来防止漫溢。本研究采取了创新型的方法实现自动挡水防漫溢，无需人工操作，无需电动力，挡水墙以水的浮力作为动力，通过河道内水位高低实现自动升降，能极大程度的减少人工劳作。在非汛期挡板也可作为观光道路，供人们跑步健身，堤坝自动挡水防漫溢墙在堤坝的抗洪抢险中拥有广阔的应用前景。

关键词：抗洪抢险;挡水墙;防漫溢

中图分类号：TV878         文献标志码：A         文章编号：2095-2945（2020）32-0039-02

Abstract： In the past， there were three ways to rescue spillover danger， such as discharge， storage and division， but the existing methods often need to build sub-banks manually to prevent spillover. In this study， an innovative method is adopted to realize automatic water retaining and anti-overflow， without manual operation or electric power. The water retaining wall takes the buoyancy of water as the power， and automatically rises and falls through the water level in the river， which can greatly reduce manual labor. In the non-flood season， the baffle can also be used as a sightseeing road for people to run and keep fit. The automatic water retaining and overflowing wall of the dam has a broad application prospect in the flood prevention and rescue of the dam.

Keywords： flood prevention and rescue; water retaining wall; anti-overflow

1 概況

江河堤防的设防不允许洪水漫顶过水，但当遭遇超标准洪水等原因时就会造成漫溢过水[1]，漫溢时水流冲刷堤坝，削弱堤体，往往会导致堤防溃决。在以往的应急险情案例中，常使用人工修筑、加高子堤来抵御洪峰水位，并且需要全线同步施工保证抢修子埝进度一致不留缺口，这样的方法不仅耗费了大量的人力物力，并且洪水常比抢救来的更快一些，使得救援更加困难，洪水造成的伤害也随之变大。

现代科技和人民思想的进步使得防洪观念的改变由控制洪水到洪水管理[2]，所以治理洪灾不应是简单的照搬各项措施，而是因地制宜的在不同堤坝、不同堤段上建立起相适应的防洪工程体系。

近年来，对于防洪墙的挡水研究屡见不鲜[3]，在此基础上，为降低洪水漫溢造成的损失以及解决人工修筑子埝带来的困扰，堤坝自动挡水装置应运而生。在江河水汛期可通过水的浮力实现自动升降，挡板宽度即为挡水的最高值，在非汛期，挡板亦可作为观光通道，供行人休闲健身，该自动挡水装置采取了创新性的方法，为堤坝漫溢提供了新的解决思路，在今后的实践中有望进行全省乃至全国的推广。

2 挡水装置的结构、选材和原理

该装置主要由6部分组成：（1）浮板;（2）90度铰链;（3）外侧支撑;（4）外栏杆;（5）内加固杆;（6）内侧支撑，如图1所示。

浮板的下侧采用的是铝合金挡水板、上侧为横条纹木板，通过铝合金板来实现挡水，横条纹木板可供行人踩踏及提供承载力。铝合金挡水板常被用作汛期洪水来临时防汛应急使用，因而也可作为此挡水装置的挡板。具有可快速安装拆卸、抗压能力强、美观耐用等优点。

上方选用横条纹木板，作为休闲、散步的平台，也是堤坝上的观光平台，从选材来说应当是坚固、耐久、耐腐蚀，所以可采用花旗松碳化木木板，符合选材要求，单根重约为3kg。

铰链的作用是提供横向支持力，抵消洪水对挡水板产生的横向负载，以及对挡水装置起固定作用，以铰链为转轴，浮板与堤岸的夹角须固定在90度与180度之间。可以选择重型铰链，锌合金材质，尺寸在150mm以上，承重能力强，用以固定挡水板较为合适。

内、外侧支撑由圆形巴沙木组成，直径20cm，长方形框架，中间以对角线交叉固定。支撑木的用途主要为提供浮力及支撑浮板和上方的结构、行人，巴沙木具有坚固、防水且密度小的特点，最适合作为支撑木。支撑木使用连接件连接及胶合连接，外层涂防腐漆防腐。外栏杆的选材思路是耐腐蚀、重量轻、耐久性强、抗形变能力强，因而通过实例比对以下数种材料后，最终选取锌钢栏杆。

在铰链内侧的加固杆选用的是新型梁口定位螺栓，用于加固挡水板，间隔一米放置单根重量约5kg。通过固定在挡水板上，用以抵消其所受的纵向受力，降低挡水板失事的概率。如果在加固杆的上端增加防滑链，则可提供额外的横向摩擦力，同时为铰链减少负荷，进一步增强挡水板抵御洪水的能力。

3 挡水装置可行性研究

浮力计算：通过计算装置的重量、排水体积可计算出当水位高度到达挡板竖起时的最高点之前，浮力应大于装置自身的重量，此时则可说明装置可行。装置总重约为11kN，支撑木提供的浮力为21kN>11kN。即水位在未到达浮板高度时，装置所受浮力已等于自身重力，装置处于漂浮状态，如图2所示。

抗压性能试验，首先对装置的各种情况进行受力分析。

由图3易知，当水位线处于挡板最高点时，铰链所受压力最大。取挡板长10m，水密度103kg/m3。左侧重心位于挡-0.5m处，重216kg（由支撑木提供），右侧重心位于0.6m处，重180kg（主要由栏杆提供），重心恰好位于挡板上方。由于其对称性，则对称点位于距挡水板1/2m的直线上。

支撑板提供浮力F为21600N，浮力沿铰链与浮力作用点直线方向力的大小为19732N，即铰链拉力需大于19732N。

4 结束语

对于本装置从构思到设计、选材，再到定性分析定量计算，逐步验证了它在堤坝防漫溢上的可行性。在创新方面，与以往的措施相比，自动挡水装置的运用则更为美观、实用，它最大的亮点在于“自动”与“高效”，它仅仅依靠水的浮力便能实现自由的升降挡水，既解决了人工修筑子埝费时费力的诟病，也让漫溢的抢救变得更为高效与迅速，自动挡水装置在日后的应用前景非常广泛。

参考文献：

[1]黄治策.探讨堤防工程常见的险情及抢险方法[J].建筑工程技术与设计，2018，000（012）：2567.

[2]高仲兵，史俊宝，霍学平，等.快速装配式防洪挡水墙的关键技术研发与应用[J].中国水利，2018（04）：54-55+43.

[3]吴军君，倪立建，陈海云，等.移动式防洪墙挡水试验研究[J].水电能源科学，2017，35（03）：85-88.