鋼壩閘在大連市馬欄河綜合治理工程中的應(yīng)用

付娜

【摘要】季節(jié)性河流夏季及秋季河水對河床的覆蓋較大，冬季及春季干枯，不能形成水體景觀，嚴(yán)重制約著城市的協(xié)調(diào)發(fā)展。鋼壩閘作為一種新型的可調(diào)控溢流閘門，克服了橡膠壩堅(jiān)固性差、易老化、耐久性低、管理維修比較困難、升壩充塌壩時(shí)間長等不利條件，它啟閉簡單，使用維護(hù)便利，非常適用于北方多泥沙河流的擋水蓄水工程，近年來得到了較多的應(yīng)用。本文分析比較兩者工作原理及特點(diǎn)，結(jié)合大連市馬欄河綜合治理工程實(shí)例，討論鋼壩閘在河道治理中的應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】鋼壩閘；橡膠壩；馬欄河；河道治理

1、前言

水是美化環(huán)境的重要因素，隨著城市快速的發(fā)展，生活水平的提高，人民群眾的居住品味也隨之提高，對水體環(huán)境的依賴越來越大。季節(jié)性河流夏季及秋季河水對河床的覆蓋較大，冬季及春季干枯，不能形成水體景觀，嚴(yán)重制約著城市的協(xié)調(diào)發(fā)展。水閘是一種低水頭的擋水和泄水建筑物，橡膠壩作為水閘的一種形式，以高強(qiáng)力合成纖維為受力骨架，用合成橡膠粘合制成壩袋，錨固于閘底板上，充水或充氣形成的擋水壩，經(jīng)濟(jì)實(shí)用、抗震性能好，得到了廣泛的應(yīng)用，但景觀效果不夠理想。鋼壩閘是一種新型的可調(diào)控溢流閘門，它的組成包括土建結(jié)構(gòu)、帶固定軸的鋼性壩體、驅(qū)動(dòng)裝置設(shè)備等。適合于10米-100米寬的河道，水位差在1-6米的工況，不僅結(jié)構(gòu)簡單，而且在閘門的不同位置可以實(shí)現(xiàn)蓄水、排澇，還可以利用壩頂過水，形成人工瀑布的景觀效果。鋼壩閘啟閉簡單，使用維護(hù)便利，非常適用于北方多泥沙河流的擋水蓄水工程，近年來得到了較多的應(yīng)用。

馬欄河發(fā)源于老座山，流經(jīng)市區(qū)西南部主要工業(yè)區(qū)和居民區(qū)，自西向東于南大亭入海，是大連市中南部地區(qū)主要的泄洪通道。河道全長23.3km，流域面積92km2，平均坡降6.4‰。馬欄河是一條季節(jié)性河流，雨季為泄洪渠道，旱季為干涸狀態(tài)。馬欄河下游濱海橋至電車道橋原本設(shè)兩道橡膠壩，一號(hào)橡膠壩位于濱海橋上游，淹沒長度為1900m，最大蓄水體積為20.8萬m3，最大水深為3.5m，水體水質(zhì)為海水和中水。二號(hào)橡膠壩起點(diǎn)位于中山路橋南側(cè)，淹沒長度為615m，最大水深為2.0m，總蓄水量為5.7萬m3，水體水質(zhì)為中水。2013年對馬欄河進(jìn)行綜合治理，更換原有橡膠壩為鋼壩閘，并增加一座鋼壩閘。

2、鋼壩閘與橡膠壩的比較

2.1、使用壽命

鋼壩閘的設(shè)計(jì)使用壽命可達(dá)50-60年，一般的橡膠壩為10-15年，一次鋼壩閘的投資等于四次橡膠壩的投資。

2.2、損壞及維修

橡膠壩容易受到尖利和有角物體的損壞，火也許是對橡膠壩最為不利的潛在危害因素，微小處的漏氣容易修復(fù)，如果漏氣面積較大，修復(fù)起來比較困難。鋼壩閘運(yùn)轉(zhuǎn)件采用特殊復(fù)合材料，不易損壞，該種材料在水下進(jìn)行若干年無需加潤滑油，也不會(huì)銹蝕。

2.3、運(yùn)行情況

橡膠壩是通過充氣或充水達(dá)到升壩的目的，正常需要4-5小時(shí)才能完全升或塌壩，時(shí)間較長。而鋼壩閘采用啟閉機(jī)啟閉，運(yùn)行速度可達(dá)4-5m/分鐘，一般工程不超過5分鐘即可完成升壩和塌壩。鋼壩閘可配機(jī)械鎖定，當(dāng)閘門開啟關(guān)閉或調(diào)節(jié)水位時(shí)，任意角度都可以鎖定，不會(huì)發(fā)生移動(dòng)。橡膠壩設(shè)計(jì)規(guī)范中明確規(guī)定溢流不能超過50cm。否則將易出現(xiàn)垮壩事件，而鋼壩閘可有效的克服這一缺陷，可以長時(shí)間的大流量的從壩頂溢流形成瀑布效果。

2.4、安全可靠性分析

橡膠壩一般須建一座供氣站或水泵房，管路多且復(fù)雜。沖水式壩體升降系統(tǒng)包擴(kuò)水源、蓄水池、提水設(shè)備，控制閥門及管線等充水方式用水泵抽水至蓄水池，向壩袋充水，充水壩袋的安全設(shè)備包括：1）溢流管活虹吸管：保證壩袋不超壓。2）浮球閥自動(dòng)補(bǔ)水裝置：保證內(nèi)壓不低于設(shè)計(jì)內(nèi)壓。3）排氣孔：排除壩內(nèi)可能出現(xiàn)的空氣。而鋼壩閘僅僅配套兩臺(tái)驅(qū)動(dòng)裝置，該種驅(qū)動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)簡單，操作方便無須油管、泵站等附屬設(shè)施，安全性極高。

2.5、冬季結(jié)冰問題

在冬季一旦結(jié)冰，就必須做好橡膠壩的除冰工作，否則將對橡膠壩的使用造成致命的損壞。鋼壩閘可在冬季傾斜一定角度，冰層可沿著斜角向上延伸，從而有效的釋放水結(jié)冰的膨脹力，這樣鋼壩閘不會(huì)受到任何破壞。

2.6、淤積問題

北方地區(qū)立壩蓄水是鋼壩閘的主要功能，立壩時(shí)間較長易淤積，鋼壩閘沒有底門槽和側(cè)門槽，圍繞底軸向下游傾倒，故塌壩時(shí)淤積的泥沙被水流沖向下游，不可能形成阻塞。

2.7、能耗的對比

100m橡膠壩每次升壩時(shí)間約為4-5小時(shí)，用電負(fù)荷最少需要功率100KW/小時(shí)左右。100m鋼壩閘每次升壩時(shí)間約為2-3分鐘，用電負(fù)荷只需功率60KW/小時(shí)左右。每年鋼壩閘比橡膠壩可節(jié)省相當(dāng)大用電量。

2.8、對泄洪斷面的影響

橡膠壩設(shè)計(jì)規(guī)范要求壩的底坎高20cm，另外塌壩時(shí)橡膠壩內(nèi)的水不能完全放盡，形成不低于20cm的高度，兩者相加塌壩時(shí)在河流斷面形成不低于40cm的阻水?dāng)嗝?，?yán)重影響泄洪流量。而鋼壩閘是向下游傾倒，倒下后壩體在壩底板以下，不會(huì)形成阻水現(xiàn)象。

2.9、工程造價(jià)

在地基處理上，橡膠壩與鋼壩閘相同，橡膠壩壩體為橡膠，鋼壩閘壩體為鋼材，造價(jià)上鋼壩閘要高于橡膠壩。

3、鋼壩閘工程中的應(yīng)用

水閘設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)建閘的運(yùn)用要求和當(dāng)?shù)氐牡匦?、地質(zhì)條件、選擇好閘址和閘型，并達(dá)到在擋水條件下控制上游水位，以滿足河道的調(diào)節(jié)運(yùn)用和美化環(huán)境的要求；閘門、啟閉機(jī)運(yùn)用靈活、安全可靠；整體外形美觀，建成后形成河道上和附近地區(qū)的一個(gè)景點(diǎn)。

雖然鋼壩閘造價(jià)較高，但與橡膠壩對比，鋼壩閘在運(yùn)行情況等問題上均具有優(yōu)越性。故馬欄河綜合治理工程中對原有一號(hào)、二號(hào)橡膠壩進(jìn)行拆除，在原位置新建鋼壩閘，同時(shí)在五一橋處新建三號(hào)鋼壩閘，規(guī)格分別為B×H=80m×3.7m，B×H=56m×2.5m，B×H=46m×2.5m，三座鋼壩閘集中監(jiān)控，采用遠(yuǎn)程自動(dòng)化控制。工程實(shí)施后，引用中水作為景觀用水，使景觀水域由之前的18萬平方米增至23萬平方米。鋼壩閘啟閉迅速，且能完全開啟，加快了水體的置換速度，保證河道在非雨季以中水為水源，在河道內(nèi)蓄水，有利于水景的形成；并定期打開鋼壩閘，利用海水和洪水沖涮河道內(nèi)污泥，置換水體。同時(shí)，汛期可根據(jù)雨量大小和水位情況，隨時(shí)放倒閘門，保證河道正常泄洪，避免了因提前泄洪，河床長時(shí)間裸露，淤泥散發(fā)臭氣影響周邊環(huán)境。鋼壩閘在馬欄河綜合治理工程中已安裝并調(diào)試完畢，運(yùn)行正常，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，通過鋼板閘在馬欄河工程的成功運(yùn)用，又一次表明了，鋼板閘將是未來河道治理的一種有效手段。

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