氣盾閘在淄博孝婦河綜合整治中的應用

郭慶華，張吉祥

（1.山東省水利勘測設(shè)計院，山東濟南 250014；2.淄博市水利局，山東淄博 255000）

氣盾閘在淄博孝婦河綜合整治中的應用

郭慶華1，張吉祥2

（1.山東省水利勘測設(shè)計院，山東濟南 250014；2.淄博市水利局，山東淄博 255000）

本文介紹了一種新型擋水結(jié)構(gòu)—氣盾閘，結(jié)合在淄博孝婦河綜合治理中的應用，說明了它的組成及運行方式，是生態(tài)河道河道景觀設(shè)計的一種實用、美觀的擋水結(jié)構(gòu)類型。

氣盾閘；生態(tài)河道；綜合整治

孝婦河黃土崖段河道綜合治理工程東起北京路孝婦河橋，西至濱博高速公路，長度為6.65 km。工程按100年一遇洪水標準設(shè)計，治理段設(shè)計洪峰流量為1 518.0 m3/s。為在河道主槽內(nèi)形成連續(xù)水面，在濱博高速孝婦河大橋上游約250 m處（河道樁號5+493）新建1座氣動盾形閘壩，閘室凈寬100 m，順水流方向總長86.5 m，閘門高5.0 m，底板高程33.5 m，設(shè)計蓄水位38.30 m。

1 氣盾閘的結(jié)構(gòu)原理

氣動盾形閘門系統(tǒng)是利用空氣壓縮原理，通過氣囊充氣與排氣，使鋼閘門升起與倒伏，以維持特定的水位高度。允許閘頂溢流。閘門全開時，門體全部倒臥在河底，可高效泄水，不影響景觀和通航。閘門全關(guān)閉時，可以蓄水，超過設(shè)定水位時，可形成溢流景觀。

2 氣盾閘系統(tǒng)組成

氣盾閘包括閘門系統(tǒng)和氣動系統(tǒng)。閘門系統(tǒng)由門體、埋件和氣囊組成；氣動系統(tǒng)由壓縮空氣站、閥件、傳感器、管道及附件組成。

1）門體。門體為鋼構(gòu)件,閘門靠自重和上游水壓倒伏，倒伏后鋼板覆蓋氣囊，門體靠氣囊頂升，全升起時與水平面夾角65°左右。為防止下游側(cè)水位較高時閘門向上游側(cè)傾倒，門體設(shè)有強化型可折疊式安全抑制帶。

2）不銹鋼埋件。充氣氣囊與支撐結(jié)構(gòu)的連接是氣動閘門的核心技術(shù)，主要是通過預埋件與基礎(chǔ)連接為一體。根部角鋼、主錨定螺栓、楔部角鋼等固定在河床基礎(chǔ)上，調(diào)整到位后澆筑混凝土。

3）氣囊。氣盾閘門的氣囊由內(nèi)、中、外三層組合而成，內(nèi)層為聚酯纖維強化的合成橡膠，中層橡膠為單體合成橡膠，外層為抗臭氧及紫外線的混合物橡膠。囊袋采用進口高分子材料制成,采用整體硫化工藝，實現(xiàn)高強度無縫對接。其脆性溫度：小于-65℃；防熱耐老化大于100℃。

3 工程設(shè)計

本工程設(shè)計閘門最大擋水高度為5 m，溢流高度0.3 m，雙氣袋寬4.0 m，升起角度約為52°。氣囊滿負荷擋水工作時壓力0.2 MPa。

閘門門體采用Q345B碳鋼，熱噴鋅加封漆進行防腐處理；閘門標準單元寬度為2.5 m，將4個標準閘門剛性連接為1跨，單跨寬10 m，共10跨，跨間采用聚酯纖維強化的合成橡膠連接。

閘門止水：強化鋼板兩側(cè)設(shè)有螺栓孔，兩側(cè)閘墩內(nèi)預埋有止水座板，相鄰鋼板間通過安裝橡皮板實現(xiàn)止水，兩側(cè)止水通過預壓實現(xiàn)。由于門體分節(jié)較多，因此對止水要求很高。氣動盾形閘門分區(qū)控制，門體分區(qū)處采用P型橡皮止水，靠水壓形成密封；不分區(qū)處采用條形橡皮，依靠壓板壓緊在面板上。兩端側(cè)向止水為P型止水，與閘墩板形成密封。水封材質(zhì)選用聚酯強化橡膠。

閘門自控單元系統(tǒng)：是氣動盾形閘設(shè)備配套的一套自動化系統(tǒng)，包括氣囊充排氣控制系統(tǒng)，氣囊壓力、充氣口壓力及進氣口壓力監(jiān)測系統(tǒng)，水位監(jiān)測系統(tǒng)，閘門開啟高度及角度監(jiān)測系統(tǒng)等，該閘門自控單元系統(tǒng)要與自動化控制中心系統(tǒng)相銜接，達到互聯(lián)互通的目的。

4 運行方式

閘門的操作完全采用自動化進行控制，分為手動模式和自動模式兩種，可通過手動現(xiàn)場操作控制，也可通過PLC自動控制閘門開啟和倒伏，提供遠程控制端口，可實現(xiàn)遠程控制。

在自動模式下，自觸摸屏設(shè)置水位，并設(shè)置水位感應帶，本工程水位感應帶設(shè)置為閘門高度加上允許最大閘頂水深0.3 m，確定為38.80 m，當上游水位高于設(shè)置水位時閘門自動倒伏排水。

PLC通過傾斜儀讀取閘門角度,通過水位計讀取水位,可以流量模式控制,也可控制在特定的水位高度。

閘板處于最高位時閘頂允許過水最大高度為0.3 m，此時閘頂過流量最大為22.49 m3/s，當上游來水超過22.49 m3/s時，需要對氣動盾形閘倒伏，當上游來水量達到100年一遇洪水流量1 518 m3/s時，氣動盾形閘需完全倒伏。

5 結(jié)語

氣盾閘利用充氣氣囊支撐盾板擋水，氣囊排氣后塌壩，氣囊臥于盾板下，可避免河道砂石、冰凌等對壩袋的破壞；氣囊內(nèi)填充介質(zhì)為氣體，塌壩迅速；各個部件均為預制部件，安裝工期短；盾板及氣囊模塊化，便與修復。

（責任編輯 遲明春）

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1009-6159（2017）-04-0043-01

2016-02-22

郭慶華（1972—），男，高級工程師