鋼壩閘在羅浮山旅游文化的引水工程應(yīng)用
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摘要:針對羅浮山旅游文化廣場引水工程的建設(shè)目標(biāo)，通過鋼壩閘、氣盾壩、液壓升降壩3種景觀閘壩進(jìn)行分析對比，確定了鋼壩閘方案。鋼壩閘具有造型美觀、安全可靠、運(yùn)行方便等優(yōu)點(diǎn)，對景觀要求較高的水閘工程設(shè)計(jì)有一定的參考價(jià)值。
關(guān)鍵詞:鋼壩閘;景觀;羅浮山;應(yīng)用
1工程概況
羅浮山旅游文化廣場及游客服務(wù)中心項(xiàng)目位于羅浮山風(fēng)景名勝區(qū)與長寧鎮(zhèn)交匯處，引水工程建設(shè)主要為了解決羅浮山文化廣場景觀用水的需要，從瀾石河引水至廣場以改善廣場的水環(huán)境和水質(zhì)。引水渠道下游新建景觀水閘1座，設(shè)計(jì)過閘流量為70.35m3/s。景觀水閘設(shè)計(jì)閘室為單孔，凈寬9.0m，閘門高3.5m，采用底橫軸驅(qū)動翻板閘門———鋼壩閘，利用液壓啟閉裝置控制，控制房布置于閘室左岸。
2閘型的選擇
本工程位于羅浮山國家級風(fēng)景名勝區(qū)，新建景觀水閘的主要功能為抬高河道水位，改善河道水環(huán)境、水生態(tài)、水景觀。目前常用的景觀閘壩主要有鋼壩閘、氣盾壩、液壓升壩，新建景觀水閘通過以上3種閘壩形式進(jìn)行方案比選。2.1鋼壩閘水閘形式采用底軸驅(qū)動臥倒式翻板鋼閘門，俗稱鋼壩閘門，是城鎮(zhèn)河流生態(tài)景觀設(shè)計(jì)中采用的一種可調(diào)控溢流壩，由土建結(jié)構(gòu)、帶固定軸的鋼制壩體、驅(qū)動裝置等組成［1］。鋼壩適用于河道孔口較寬(10～100m)而水位差比較小的工況(1～6m)。鋼壩閘門關(guān)閉時(shí)升起閘門擋水，開啟時(shí)平臥于閘底行洪，擋水時(shí)可以調(diào)節(jié)角度，閘門門頂可溢流過水，形成人工瀑布的景觀效果。閘門可精確控制開啟角度，水位可以任意調(diào)節(jié)。2.2氣盾壩氣動盾形閘門系統(tǒng)，簡稱氣盾壩，由美國發(fā)明，至今已應(yīng)用30多年［2］，氣盾壩通過水氣囊充氣，支撐起擋水盾板，實(shí)現(xiàn)蓄水運(yùn)行。通過對充氣壓力的調(diào)節(jié)，調(diào)整擋水盾板的支撐角度，控制所需的擋水高度。近年來，經(jīng)過不斷改進(jìn)，氣盾壩擋水高度可達(dá)8～10m，溢流時(shí)挑流效果好，過水均勻，跌水落差大，可形成良好的瀑布景觀。2.3液壓升降壩液壓升降壩是采用自卸汽車力學(xué)原理并結(jié)合支墩壩水工結(jié)構(gòu)形式的一種新型活動壩［3］，同時(shí)具備擋水和泄水功能。液壓升降壩由面板、固定支撐桿、液壓缸、液壓泵站和混凝土基礎(chǔ)底板組成。液壓壩壩面形式多變，可采用平板形、弧形、機(jī)翼形等結(jié)構(gòu);面板高度可隨意調(diào)節(jié)、并可定制同步升降功能。擋水高度基本與普通活動壩類似，而壩體長度不受限制。2.4方案比較。經(jīng)計(jì)算分析，本工程液壓升降壩造價(jià)最低，氣盾壩次之，鋼壩閘最高，但鋼壩閘擋水高度調(diào)節(jié)靈活，景觀效果最好，考慮到本工程景觀水閘地處風(fēng)景名勝區(qū)，且閘門寬度較窄，地基條件較好，推薦采用鋼壩閘方案。
3鋼壩閘設(shè)計(jì)
3.1設(shè)計(jì)方案本工程鋼壩閘設(shè)計(jì)為單孔，主要由鋼閘門門體、啟閉設(shè)備和配套土建工程3部分組成。鋼壩閘閘孔尺寸為9m×3.5m(寬×高)，設(shè)計(jì)水頭為3.7m(門頂溢流按最大0.2m)，門葉為豎向懸臂受力結(jié)構(gòu)，厚為0.207～0.45m;閘門采用底橫軸驅(qū)動方式啟閉，底軸外徑為0.65m，按扭轉(zhuǎn)彎曲受力條件設(shè)計(jì)，底軸中部設(shè)1個(gè)支鉸點(diǎn)，底軸與門葉采用焊接方式連接，底軸與底板及底檻通過開放式鉸座連接固定。底軸與穿墻套管、門葉與側(cè)墻處設(shè)置封閉止水條，閘門上游底檻與底軸處設(shè)底水封1道，同時(shí)在閘墻臨水側(cè)采用大理石貼面。閘門采用單邊啟閉方式，控制室布置在閘室左岸，凈寬為2.5m，配置800kN液壓啟閉機(jī)1臺，功率為15kW。為保障閘門運(yùn)行的可靠性，控制室內(nèi)設(shè)鎖定裝置，固定閘門，并設(shè)潛污泵，及時(shí)排出積水。土建工程主要由閘室、控制室和消能設(shè)施組成。閘下消能采用底流式消能，消力池采用下挖式消力池，消力池后設(shè)置海漫和防沖槽。3.2設(shè)計(jì)體會及建議1)鋼壩閘采用底軸驅(qū)動，水壓力通過門葉傳遞到底軸，再通過底軸傳遞給兩端的鉸座，通常閘門跨度較大，產(chǎn)生的扭矩較大，要求鋼閘門底軸具有較高的強(qiáng)度和鋼度。2)本工程采用最新的第4代鋼壩閘，閘門采用開放式鉸支座，雖然適應(yīng)基礎(chǔ)變形的能力有了一定提高，但是過大的基礎(chǔ)不均勻沉降仍會導(dǎo)致鉸座會卡死底軸，閘門無法正常啟閉，閘室設(shè)計(jì)宜采用整體式單孔式結(jié)構(gòu)，若閘基地質(zhì)條件較差，需采用樁基礎(chǔ)或復(fù)合地基進(jìn)行處理，嚴(yán)格控制基礎(chǔ)不均勻沉降，并加強(qiáng)變形監(jiān)測。3)鋼壩閘為廠家專利技術(shù)，設(shè)備造價(jià)高，由于閘門跨度大，通常不設(shè)檢修閘門，應(yīng)按照免維修、少維護(hù)的要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，除了控制閘門制造和安裝精度外，比較關(guān)鍵的問題是鋼閘門的封閉止水，止水部位主要有:底軸與閘底檻、底軸與穿墻套管、門葉與側(cè)墻等。尤其應(yīng)加強(qiáng)底軸與穿墻套管止水設(shè)計(jì)，止水材料通常采用橡皮止水，要求具有良好的耐磨性能，同時(shí)橡皮壓縮量不超過5mm，若壓縮量過大，底軸旋轉(zhuǎn)時(shí)橡皮容易翻轉(zhuǎn)，導(dǎo)致啟閉的摩阻力增大。4)為了減小門葉與側(cè)墻的摩阻力，側(cè)墻墻面宜采用光滑的大理石或新型材料貼面。
4結(jié)語
羅浮山旅游文化廣場引水工程在滿足防洪、引水的基本功能上，把生態(tài)景觀與工程相結(jié)合，改善渠道及周邊生態(tài)環(huán)境，對美化水環(huán)境、促進(jìn)人水和諧具有重要作用。鋼壩閘整體美觀，成為了羅浮山旅游區(qū)的一個(gè)動態(tài)的音符和休憩的節(jié)點(diǎn)，為羅浮山錦上添花。隨著城鎮(zhèn)化腳步不斷加快，水環(huán)境、水景觀建設(shè)的需求不斷提高，鋼壩閘作為一種新型的景觀閘，具有造型美觀、安全可靠、運(yùn)行方便等優(yōu)點(diǎn)，具有良好的發(fā)展前景。
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作者:黃宇容 陳鋒 單位:廣東珠榮工程設(shè)計(jì)有限公司 中水珠江規(guī)劃勘測設(shè)計(jì)有限公司