閘門冰凍壓力消解氣囊在三河閘工程中的應(yīng)用

王 豹 李 欣 薛業(yè)章 朱天宏 周建方

（1.江蘇省洪澤湖水利工程管理處 洪澤 223100 2.淮安市農(nóng)業(yè)綜合開發(fā)規(guī)劃設(shè)計與評審中心淮安 223000）

閘門的作用是封閉水工建筑物的孔口，并按需要全部或局部開啟這些孔口以調(diào)節(jié)上、下游水位，泄放流量，用于防洪、灌溉等。當冬季氣候寒冷時，水面結(jié)冰形成冰蓋，冰蓋膨脹，對閘門產(chǎn)生壓力，嚴重時能致使閘門破壞。因此有必要對鋼閘門防凍方法進行研究，做好防冰凍措施，提前做好防范工作，以免影響工程安全運行，造成不必要的損失[1]。

1 工程基本情況

三河閘工程位于江蘇省淮安市，洪澤湖的東南角，是淮河入江水道的控制口門。工程建成于1953年7月。閘身為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，共63 孔，每孔凈寬10m，總寬697.75m，設(shè)計流量12000m3/s，為大（1）型水閘。

三河閘工程地處中國南北氣候主要分界線——“秦嶺—淮河”南側(cè)，屬北亞熱帶和暖溫帶過渡性地帶，具有季風(fēng)性和兼受洪澤湖水體調(diào)節(jié)的氣候特點。四季分明，冬季寒冷干燥，1月份最冷，平均氣溫1.5℃，極端最低氣溫-16.1℃。

2 項目發(fā)展緣由

閘門冬季防凍一直是三河閘工程冬季防凍的重要問題。長期以來，三河閘管理所冬季在閘門附近拋灑蘆柴捆形成冰凍隔離帶，但是后期清理比較困難，容易給河道帶來污染。同時受風(fēng)浪影響較大，蘆柴捆經(jīng)常被浪擊散，無法確保起到防凍效果，存在著一定的安全隱患。

根據(jù)《水利水電工程鋼閘門設(shè)計規(guī)范》（SL74-2013）規(guī)定，寒冷地區(qū)的閘門、攔河壩以及其他水工建筑物不得承受冰的靜壓力。為防止在冰凍期間內(nèi)冰荷載對鋼閘門造成危害，在閘門的設(shè)計中配套進行閘門防冰凍設(shè)計[2]。閘門防凍技術(shù)措施種類繁多，有人工破冰法、壓縮空氣吹冰法、電加熱融冰法、水泵擾動破冰法、熱管傳熱破冰法等[3]。但結(jié)合三河閘工程閘門數(shù)量多、長度長、冰凍層較薄的實際情況，上述方法均不適合。

本文研究采用可重復(fù)使用的冰凍壓力消解氣囊來解決三河閘閘門防冰凍問題。

3 冰凍壓力消解氣囊結(jié)構(gòu)及工作原理

3.1 消解氣囊結(jié)構(gòu)

水利工程閘門冰凍壓力消解氣囊，主要由橡膠管、外套和配重組成，數(shù)個長條橡膠管并列組裝在外套內(nèi)，外套的底部有配重，外套的頂部有聯(lián)接索（見圖1）。

3.2 消解氣囊工作原理

冬季冰凍來臨前，對橡膠管充氣，橡膠管和外套一起形成氣囊，氣囊寬數(shù)厘米、長略小于閘孔凈寬、高大于冰層厚度十幾厘米；將氣囊挨著閘門或距離閘門數(shù)厘米處放置，聯(lián)接索連接氣囊與閘門，調(diào)整橡膠管內(nèi)充氣量，使氣囊懸浮于水中，露出水面數(shù)厘米，氣囊將閘門與河流冰蓋隔開；冬季過后，將橡膠管放氣，取出配重，將整個氣囊卷起保管備用。

3.3 消解氣囊安裝

冰凍壓力消解氣囊由3個長條橡膠管并列組裝在篷布制作的外套內(nèi)，底部配裝φ16 鋼筋；冬季冰凍前對橡膠管充氣形成氣囊，氣囊寬約4cm、長約9.98m、高約12cm；將氣囊放置在閘門上游10cm處水中，調(diào)整橡膠管內(nèi)充氣量，使氣囊懸浮于水中，露出水面3cm；為防止氣囊在風(fēng)浪作用下遠離閘門，用繩索將氣囊系于閘門鋼絲繩上；氣囊將閘門與河流冰蓋隔開，對閘門起到安全防護作用。

4 應(yīng)用實效對比

三河閘工程歷年來使用的是在閘門附近范圍內(nèi)拋灑蘆柴捆，通過蘆柴捆在閘門水域附近形成冰凍隔離帶，有效緩解閘門受冰凍壓力擠壓。但是該方法存在幾點問題：一是蘆柴捆需要提前安排人工收割捆扎好，需要專門妥善保管，存在消防安全隱患；并且保管年限不長，每年需要及時更新。二是拋灑至水面后，拆捆的位置不易固定；且蘆柴捆吸水導(dǎo)致重量增加，回收難度較大，人工成本較高，作業(yè)也存在安全隱患。三是蘆柴捆抗風(fēng)浪沖擊能力較差，如遇大風(fēng)天氣，易被吹散，無法滿足緩解冰凍壓力的功能；同時散開的蘆柴造成水面污染，難以回收，與現(xiàn)行的水污染防治法相違背。

此次設(shè)計的冰凍壓力消解氣囊結(jié)構(gòu)簡單，便于安裝。為檢驗其防冰凍效果，作為管理單位，三河閘管理所已于2016年冬季在閘上游閘門水面交界處安裝試驗過此氣囊，氣囊聯(lián)鎖預(yù)留一定空間可以隨水位上下波動，確保氣囊始終處于閘門水面交界處。通過現(xiàn)場安裝使用效果來看，當上游湖面因氣溫驟降結(jié)冰后，氣囊能夠有效將閘門與水面冰塊隔離開，從而大大降低水面冰凍產(chǎn)生的壓力對閘門產(chǎn)生的影響，確保閘門不受擠壓，同時降低風(fēng)浪導(dǎo)致冰塊撞擊閘門的風(fēng)險。冬季過后管理所將整個氣囊卷起保管備用，延長了氣囊的使用周期。

圖1 水利工程閘門冰凍壓力消解氣囊結(jié)構(gòu)圖

5 結(jié)語

本文以三河閘工程冬季閘門防冰凍為例，分析研究了冰凍壓力消解氣囊，并結(jié)合該氣囊在三河閘工程實際中的應(yīng)用效果進行闡述。冰凍壓力消解氣囊的優(yōu)點是：使用方便，造價低廉，對環(huán)境無污染。水利工程閘門冰凍壓力消解氣囊安裝在迎水側(cè)，冬季河流結(jié)冰時隔開閘門與冰蓋，可有效消解冰凍膨脹對閘門的壓力，維護閘門安全■