范杰利，盧明鋒，王 瓏

(山東省淄博市水利勘測設(shè)計(jì)院，255000，淄博)

大跨度高擋水氣動盾形閘在河流景觀工程中的應(yīng)用

范杰利，盧明鋒，王 瓏

(山東省淄博市水利勘測設(shè)計(jì)院，255000，淄博)

氣動盾形閘門系統(tǒng)是新一代可調(diào)節(jié)閘壩產(chǎn)品，其結(jié)構(gòu)新穎，與周圍環(huán)境協(xié)調(diào)，充分滿足現(xiàn)代化水利工程生態(tài)化、景觀化要求。重點(diǎn)介紹了山東省淄博市孝婦河濕地公園建設(shè)中氣動盾形閘門系統(tǒng)的原理、組成及結(jié)構(gòu)等特點(diǎn)。

氣動盾形閘；水景觀；淄博

近年，隨著水生態(tài)文明城市建設(shè)迅速發(fā)展，人們對河流水生態(tài)景觀工程的要求越來越高。河流水生態(tài)景觀工程除了總體布置和設(shè)備選型要具備常規(guī)水利工程所要求的功能，更要具備與生態(tài)環(huán)境相適應(yīng)的多種功能。氣動盾形閘門系統(tǒng)是綜合傳統(tǒng)鋼閘門和橡膠壩特點(diǎn)研發(fā)的新一代可調(diào)節(jié)閘壩產(chǎn)品，主要應(yīng)用于城市中心河流水生態(tài)景觀工程，不但具有常規(guī)擋水功能，而且兼具人造景觀、改善水質(zhì)的功能。它還可應(yīng)用于河道、水庫、海堤、飲水、農(nóng)田灌溉、防旱排澇等工程。北京清水河環(huán)境治理工程以及貴州貴陽南明河綜合治理工程均采用了氣動盾形閘門系統(tǒng)，取得了良好的水生態(tài)景觀效果。

山東省淄博市孝婦河濕地公園建設(shè)首次采用了長100 m、高3 m的氣動盾形閘，是山東省第一座大跨度高擋水氣動盾形閘的實(shí)踐應(yīng)用。

一、應(yīng)用背景

孝婦河是淄博市的母親河。為加快生態(tài)淄博建設(shè)，構(gòu)建“八河聯(lián)通、六水共用、清水潤城”的主城區(qū)生態(tài)水系，2015年，淄博市委、市政府在張店建設(shè)孝婦河濕地公園，建設(shè)范圍為張店傅三路以北、新村路以南、濱博高速以東、北京路以西區(qū)域，建設(shè)面積425 hm2，河道治理長度6.65 km，并將其列為淄博市重大項(xiàng)目。黃土崖水庫段是整個(gè)孝婦河濕地公園的中心區(qū)域，規(guī)劃設(shè)計(jì)在此處設(shè)置一道攔河閘，需要選擇合適的閘型。

二、閘型比選

孝婦河濕地公園攔河閘閘型擬采用平板鋼閘門、橡膠壩、鋼壩閘和氣動盾形閘等，各閘型結(jié)構(gòu)方案比選見表1。

綜合考慮運(yùn)行管理、孝婦河濕地公園景區(qū)規(guī)劃等因素，確定攔河閘形式為氣動盾形閘。氣動盾形閘溢流景觀見圖1。

三、氣動盾形閘性能特點(diǎn)及結(jié)構(gòu)

1.性能特點(diǎn)

氣動盾形閘主要性能特點(diǎn)：人造景觀，生態(tài)環(huán)保；河寬不限，高效泄水；平順?biāo)?，減少沖刷；安裝簡易，維修方便；經(jīng)久耐用，性價(jià)比高。

氣動盾型閘為新型閘壩，閘門由門體結(jié)構(gòu)、埋件、氣袋和氣動系統(tǒng)組成 （氣動盾形閘起伏立面圖見圖2）。門體擋水面是一排強(qiáng)化鋼板，氣袋支撐在鋼板下游面，利用氣袋的充氣或排氣控制門體起伏和支承閘門的擋水，并可精確控制閘門開度。閘門全開時(shí)，門體全部倒臥在河底，不影響景觀、通航和水生動物的洄游。

氣動盾形閘處于長期升起擋水狀態(tài)時(shí)，閘門上游底部會有一些泥沙淤積，當(dāng)氣袋放氣閘門下落倒伏時(shí)，大部分泥沙會隨水流沖到下游，泥沙對氣動盾形閘的閘門啟閉沒有任何影響。氣動盾形閘處于長期倒伏過水狀態(tài)時(shí)，閘門會比下游位置略高，且呈光滑弧面，一直處在過水狀態(tài)，不會形成泥沙淤積。

表1 閘型結(jié)構(gòu)方案比選

2.門 體

門體為鋼構(gòu)件,采用Q345B碳鋼，熱噴鋅加封漆進(jìn)行防腐處理。閘門靠自重和上游水壓倒伏,倒伏后鋼板覆蓋氣袋,門體靠氣袋頂升,全升起時(shí)與水平面夾角65°左右。為防止下游側(cè)水位較高時(shí)頂托閘門向上游側(cè)傾倒,門體設(shè)有強(qiáng)化型可折疊式安全抑制帶（見圖2）。單塊閘門由3塊鋼板剛性連接而成，標(biāo)準(zhǔn)寬度為6.25 m，孝婦河濕地公園攔河閘共有16塊閘門，閘門間采用聚酯纖維強(qiáng)化的合成橡膠連接。

3.止 水

強(qiáng)化鋼板兩側(cè)設(shè)有螺栓孔，兩側(cè)閘墩內(nèi)預(yù)埋有止水座板，相鄰鋼板間通過安裝橡皮板實(shí)現(xiàn)止水，兩側(cè)止水通過預(yù)壓實(shí)現(xiàn)。由于門體分節(jié)較多，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形橡皮止水，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形止水，與閘墩板形成密封。水封材質(zhì)選用聚酯強(qiáng)化橡膠。

4.埋 件

充氣氣袋與支撐結(jié)構(gòu)的連接是氣動盾形閘門的核心技術(shù)。首先將跟部角鋼、主錨定螺栓、楔部角鋼固定在河床上，調(diào)整到位后澆筑混凝土。鑄造夾具與主錨定螺栓連接，支撐在跟部角鋼上，氣袋支撐在楔部角鋼上，端部翻轉(zhuǎn)至面板上游側(cè)，依靠鑄造夾具壓緊固定，并通過鉸鏈蓋板、壓板與門體固定。充氣管道、閥門采用技術(shù)成熟、質(zhì)量可靠的不銹鋼產(chǎn)品，防止生銹等腐蝕破壞。氣動盾形閘閘門埋件簡單，制造難度小，鋼結(jié)構(gòu)件可全部在國內(nèi)采購。

5.氣 袋

氣袋由內(nèi)、中、外三層組合而成，內(nèi)層為聚酯纖維強(qiáng)化合成橡膠，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。壩袋采用進(jìn)口高分子材料制成,采用整體硫化工藝，實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)度無縫對接，氣袋滿負(fù)荷擋水工作時(shí)壓力為0.2 MPa。

四、大體積混凝土澆筑

相比傳統(tǒng)閘門，氣動盾形閘上部結(jié)構(gòu)重量小，主要依靠增加底板的尺寸來滿足抗滑穩(wěn)定安全要求，所以底板結(jié)構(gòu)較大，屬于大體積混凝土。受到水泥水化熱集中釋放的影響，大體積混凝土內(nèi)部溫升較快，當(dāng)混凝土內(nèi)外溫差較大時(shí)，會產(chǎn)生溫度裂縫，影響結(jié)構(gòu)安全和正常使用。為了控制底板產(chǎn)生溫度裂縫，工程采取在混凝土中摻加SY-K膨脹纖維抗裂防水劑，摻加量為28 kg/m3。

SY-K膨脹纖維抗裂防水劑性能指標(biāo)要求如下：（1）產(chǎn)品檢測嚴(yán)格執(zhí)行GB 23439—2009標(biāo)準(zhǔn)要求；（2）凝結(jié)時(shí)間：初凝≥45 min，終凝≤10 h；（3）纖維性能：彈性模量≥3000 MPa，抗拉強(qiáng)度≥270 MPa；（4）限制膨脹率：水中7d≥0.025%，空氣中21d≥-0.0200%；（5）抗壓強(qiáng)度不低于基準(zhǔn)混凝土。

圖2 氣動盾形閘起伏立面

五、結(jié) 語

隨著生態(tài)環(huán)境保護(hù)日益受到重視，中小河流治理和城市生態(tài)水系工程建設(shè)發(fā)展迅速，氣動盾形閘具有布置緊湊、土建構(gòu)造簡潔、結(jié)構(gòu)新穎美觀、使用壽命長、安全可靠等特點(diǎn)，已較為廣泛地運(yùn)用在工程實(shí)例中，生態(tài)效益顯著，為我國水利工程建設(shè)提供了新的設(shè)計(jì)理念。

[1]胡榮金，劉振.氣動盾形閘門系統(tǒng)在前湖水綜合整治工程中的應(yīng)用[J].南昌工程學(xué)院學(xué)報(bào)，2015(12).

[2]候放鳴，郭云峰，劉雪松.氣動盾形閘門系統(tǒng)在城市中小河流治理中的應(yīng)用[J].中國水利，2014（13）.

[3]陳東清.氣動盾形閘門系統(tǒng)在南明河水景觀工程中的應(yīng)用[J].水利建設(shè)與管理，2013(12).

[4]于峰.氣動盾形閘門系統(tǒng)[J].中國水利，2008(22).

責(zé)任編輯 鄭 爽

Application of large-span water retaining pneumatic peltate brake in river landscape scheme//

Fan Jieli,Lu Mingfeng,Wang Long

Pneumatic peltate brake is a new generation of adjustable sluice that equipped with new structures.It can be harmonized with surrounding environment and fully satisfy the ecological and scenic needs of water conservancy project in the modern age.The introduction focuses on principle,formation and structure of pneumatic peltate brake in Xiaofu River Wetlands construction in Zibo City of Shandong Province.

pneumatic peltate brake;water landscape;Zibo

TV663+TU984

：B

：1000-1123（2017）08-0045-03

2017-03-07

范杰利，工程師。