一、鋼壩
在水利水電建設(shè)上,隨著我國城市用水、景觀建設(shè)及環(huán)境整治和灌溉、發(fā)電的需要,水閘和橡膠壩得到廣泛的運(yùn)用。然而,橡膠壩運(yùn)行管理較復(fù)雜、安全性差、橡膠易老化等弊端,質(zhì)量事故發(fā)生率高?,F(xiàn)在市場上出現(xiàn)大量鋼結(jié)構(gòu)閘門,但無論是提升式或臥倒式,單孔都很難適用較寬的河道。
我公司生產(chǎn)的鋼壩是一種新型可調(diào)控溢流壩,它由土建結(jié)構(gòu)、帶固定軸的鋼性壩體、驅(qū)動裝置設(shè)備等組成。這種建筑物適合于河道孔口較寬(10米~100米)而水位差比較小的工況(1~6米),由于它可以設(shè)計得比較寬,可以省去數(shù)孔閘墩,所以不僅結(jié)構(gòu)簡單,可以節(jié)省不少土建投資,而且可以立壩蓄水,臥壩行洪排澇,還可以利用壩頂過水,形成人工瀑布的景觀效果。
二、鋼壩與橡膠壩方案比較
(一)使用壽命
鋼壩的設(shè)計使用壽命可達(dá)50~60年,當(dāng)前上最長壽命的鋼性閘門為近百年。國內(nèi)的福建小溪電站為1958年建成至今仍在使用,同樣的鋼結(jié)構(gòu)在解放前就開始使用一直運(yùn)用至今的案例到處都有。而部門根據(jù)室內(nèi)測試資料和工程實(shí)踐初步判定橡膠壩的使用壽命10~15年就必須更換一次壩袋。至今條橡膠壩的壽命未超過15年,上世紀(jì)我國東北地區(qū)建的許多橡膠壩已拆除,2005年位于廣西東筍電站建的橡膠壩也已拆除改建鋼性閘門。一次鋼壩的投資等于四次橡膠壩的投資(中間壩袋要換需要大量建設(shè)輔助工作不算)。
(二)損壞及維修
1、壩的損壞
(1)人為破壞造成的損壞
橡膠壩容易受到尖利和有尖角物體的損壞,在容易受到人為破壞或河道內(nèi)有尖角物較多的地方不宜安裝橡膠壩。
(2)洪水過后的殘骸造成的損壞,景觀的影響
由于洪水過后遺留的各種殘骸,諸如民用設(shè)施與建筑材料這類尖利的物體很可能對壩體的上游面造成損傷。微小處的漏氣易于修復(fù),如果漏氣面積較大,修復(fù)起來比較困難。每次升壩或塌壩后各種殘骸遺留在壩袋上給景觀帶來極大影響,運(yùn)行單位每次都派員進(jìn)行擦洗,工作量較大。
(3)放氣孔(水)造成的損壞
放氣(水)期間,橡膠壩體可能會由于緊靠壩下游面的尖利物體所刺破。
(4)火造成的損壞
1、火也許是對橡膠壩不利的潛在危害因素?;鹂梢鸫蠓秶膲误w損壞,而修復(fù)大面積的壩體有時是不可能的。對于很重要的壩,可行的辦法是提供備用橡膠壩,以便在出現(xiàn)嚴(yán)重?fù)p壞時,能迅速替換。運(yùn)行成本大大增加。
2、鋼性閘門它本身屬性決定上述情況都不會發(fā)生。在此我們對鋼性閘門進(jìn)行了細(xì)致的分析,現(xiàn)在閘門的運(yùn)轉(zhuǎn)件采用特殊復(fù)合材料,該種材料在水下運(yùn)行若干年無需加潤滑油,也不會銹蝕。
3、最近有資料報導(dǎo)山東某工程攔河橡膠壩運(yùn)行五六年,就壩體已維修了三次,費(fèi)用高達(dá)600萬元(其它未計算),而鋼性閘門約三十年左右進(jìn)行一次防腐即可。
(三)、運(yùn)行情況
1、運(yùn)行時間
橡膠壩是通過充氣或充水達(dá)到升壩的目的,正常需要2~3小時才能*升或塌壩,時間較長。而鋼性閘門采用啟閉機(jī)啟閉,運(yùn)行速度可達(dá)1~2m/分鐘,一般工程不超過2分鐘即可完成升壩和塌壩。這樣可有效的保證突發(fā)洪水時能及時泄洪。橡膠壩會隨著使用次數(shù)和年份的增加而且使用充氣(水)、排氣(水)時間增長,因為壩內(nèi)和管道內(nèi)會結(jié)垢的原因。
2、運(yùn)行可靠性
由于橡膠壩存在泄漏,原因是橡膠臘交聯(lián)、刺傷、管道聯(lián)結(jié)缺陷以及緊固系統(tǒng)和施工質(zhì)量,故要不斷經(jīng)常性的充氣,否則會出現(xiàn)過了一段時間壩泄氣(水)自動塌下來的現(xiàn)象,有時河道內(nèi)水流干都不知道,造成一定損失,而鋼壩采用機(jī)械鎖定,當(dāng)塌壩、升壩和調(diào)節(jié)水位時任意角度都可鎖定,不會發(fā)生移動。
3、壩頂溢流
橡膠壩設(shè)計規(guī)范中明確規(guī)定溢流不能超過50cm,否則將易出現(xiàn)跨壩事件,而鋼壩可有效的克服這一缺陷,可以長時間大流量的從壩頂溢流形成瀑布效果。
4、自動化程度高
橡膠壩一般難實(shí)現(xiàn)集中網(wǎng)絡(luò)控制,而鋼壩可以實(shí)現(xiàn)*的自動化控制和網(wǎng)絡(luò)控制,可以在任一互聯(lián)網(wǎng)控制。
(四)、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,而鋼壩僅僅配套二臺驅(qū)動裝置,該種型式驅(qū)動裝置是一種新型驅(qū)動型式,它結(jié)構(gòu)簡單,操作方便,無須油管、泵站等附屬設(shè)施,另該種驅(qū)動裝置配備了手動裝置,若由于停電或其他故障可以手動操作,操作力只需5kg。這樣可以有效的保證塌壩時能塌壩,立壩時能立壩,安全性*。
(五)、冬季冰凍問題
橡膠壩根據(jù)《設(shè)計規(guī)范》和實(shí)際使用情況,冬季一旦結(jié)冰就必須做好刨冰工作,否則將對橡膠壩的使用造成致命的損壞,而刨冰工作*依靠人工完成,既耗時又耗力,且給管理帶來極大的不便。到春天解凍時,冰凌不能在橡膠壩上溢流,結(jié)實(shí)而鋒利的冰塊很可能把橡膠壩劃破。
到了冬季,將鋼壩傾斜一定角度,此時若結(jié)冰,冰層可以沿著斜角向上延伸,從而有效的釋放水結(jié)冰的膨脹力,這樣鋼壩不會受到任何破壞,另由于鋼材本身的堅硬特性,每年春天的凌汛可以安全在壩頂泄洪,鋼壩可以輕松安全的度過冬季。
(六)、防腐問題
鋼壩表面是按照《水利水電鋼閘門制造標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范》進(jìn)行熱噴鋅,附著力*,機(jī)構(gòu)研究結(jié)果表明,沙的流速8≤m/s,不會對鋅層構(gòu)成破壞,一般河流的流速不可能達(dá)到這個速度。
(七)、淤積問題
鋼壩是一種特殊結(jié)構(gòu)的壩閘形式,它沒有底門槽和側(cè)門槽,是門葉圍繞底軸心旋轉(zhuǎn)的結(jié)構(gòu)。上游止水壓在圓軸上,當(dāng)壩豎起或倒下時,止水不離圓軸的表面,始終保持密封止水狀態(tài);側(cè)面止水同樣的原理,止水面始終不離開側(cè)胸墻(不銹鋼埋件或大理石),故淤沙(泥)不會影響鋼壩的升壩和塌壩。
針對淤積較嚴(yán)重的地區(qū),一般在壩前設(shè)擋沙(泥)檻和喇叭口。一是為了有效的擋住大的石塊,二是當(dāng)塌壩泄洪時,提高壩口位置的流速,可有效的讓泥沙、水混合物直接隨洪水沖至下游。
北方地區(qū)立壩蓄水是該壩的主要功能。立壩時間較長易淤積,但是鋼壩是圍繞底軸向下游傾倒,故塌壩時淤積的泥沙被水流沖向下游,不可能形成阻塞。另,行洪后我們會根據(jù)當(dāng)?shù)氐哪嗌澈糠治龀鲇卸嗌倭康挠偕常啵┏恋碓陂T體上,并通過淤沙(泥)量計算出升壩時需要的升壩力,充分考慮到升壩時克服淤沙(泥)的力量。
(八)、能耗的對比
100m橡膠壩的用電負(fù)荷量最少需要功率100kw/小時左右,每次升壩時間約為2~3個小時。
鋼壩閘比橡膠壩每年節(jié)省了相當(dāng)大的用電量。
(九)、影響泄洪斷面
橡膠壩設(shè)計規(guī)范要求壩的底坎高20cm,另,塌壩時橡膠壩內(nèi)的水不能*放盡,形成不低于20cm的高度,兩者相加塌壩時在河流斷面形成不低于40cm的阻水?dāng)嗝?,?yán)重影響泄洪流量。而鋼壩無此影響。
三、鋼壩與水力自動翻板閘門的方案比較
(一)、泥沙淤積對啟門影響
由于自動翻板閘門采用中間支鉸結(jié)構(gòu),門前泥沙力矩為啟門阻力距,有時致使水力到開啟閘門,因此在閘門下游往往需要增加啟閉輔助設(shè)備,即便是如此也很難保證啟閉自如的效果,因為泥沙淤積量常常難以預(yù)測。而鋼壩是向一側(cè)傾倒淤積或石頭等雜質(zhì)對壩的升和塌無法形成阻擋,它的淤積力矩為塌壩動力矩,更利于塌壩,更利于泄洪順利進(jìn)行,不至于導(dǎo)致上游被淹沒的情況發(fā)生(請參考圖示)。
(二)關(guān)門受阻
當(dāng)自動翻板閘門打開一段時間,上游水位下降后,需要自動關(guān)門時,如果這時泥沙、石頭淤積在閘門的底部或樹枝等浮游硬物卡在轉(zhuǎn)動支鉸部位時,閘門就無法自動關(guān)閉,只能等到上游水放盡,人工清淤后,閘門才能復(fù)位,而此時上游河底已露出水面(難看),重新蓄滿水需要很長時間或很多費(fèi)用,但鋼壩應(yīng)急泄洪后,根據(jù)上游來水情況,當(dāng)達(dá)到上游需要設(shè)定水位時,啟動鋼壩的驅(qū)動裝置,可以隨時立壩蓄水,門體及附近是否有淤積(包括樹干、樹枝或其他雜物)對立壩沒有任何影響(請參考圖示)。
(三)影響泄洪斷面
一般情況,自動翻板門因為考慮到依靠自重翻門,所以門體制作比較厚,當(dāng)翻倒泄洪時,中間形成一道很厚的阻水面,有時厚度達(dá)到1m,嚴(yán)重影響泄洪斷面,當(dāng)上下游水位較大時,易造成將閘門沖走,而鋼壩是向下游傾倒,倒下后壩體在壩底板高層以下,不會形成阻水現(xiàn)象(請參考圖示)。
(四)脈動(拍打現(xiàn)象)
自動翻板閘門在運(yùn)行過程中的流態(tài)相當(dāng)復(fù)雜,閘門受泄水量和風(fēng)浪的影響,門前水位往往在變化之中,而閘門隨著門前水位的變化,力系失衡后,閘門的開度也不斷發(fā)生變化,嚴(yán)重時將會使閘門產(chǎn)生越來越大幅度的擺動,以致不能控制,從而使閘門失衡。出現(xiàn)“拍打"現(xiàn)象時,易導(dǎo)致閘門壩坎結(jié)構(gòu)毀壞,大大縮短翻板門的壽命,甚至使閘門、門基礎(chǔ)全部毀壞。而鋼壩可以有效的避免這一系列現(xiàn)象的發(fā)生。
(五)、安全運(yùn)行
自動翻板閘門由于其工作原理是由水壓與自重平衡的作用,使門體自動打開,不受人為控制。加上各種運(yùn)行時的阻卡不一樣,門什么時候開,很難把握。而下游一旦有人畜或其他臨時建筑,在沒有征兆通知,上游就翻壩泄洪,有很多安全隱患。而鋼壩塌壩與升壩都是人為控制。準(zhǔn)備塌壩可提前通知下游,故安全性很高。
鋼壩組成部分
閘門用于關(guān)閉和開放泄(放)水通道的控制設(shè)施。水工建筑物的重要組成部分,可用以攔截水流,控制水位、調(diào)節(jié)流量、排放泥沙和飄浮物等。閘門一般由活動部分(也稱門葉)、埋固部分和啟閉機(jī)械3部分組成。門葉包括:承重結(jié)構(gòu)、行走支承、支臂、支鉸、止水裝置、吊耳等。埋固部分包括:軌道、鉸座、止水座、護(hù)角等。常用的啟閉機(jī)械有:卷揚(yáng)式、油壓式、螺桿式和移動式機(jī)械。閘門分類方法較多,主要有:①按閘門的工作性質(zhì)可分為工作閘門、檢修閘門和事故閘門。工作閘門也稱主要閘門,能在動水中啟閉。檢修閘門設(shè)于工作閘門前。用于建筑物或工作閘門等檢修時短期擋水,一般在靜水中啟閉。事故閘門多設(shè)于深孔工作閘門前,用于建筑物或設(shè)備出現(xiàn)事故時,能在動水中關(guān)閉而在靜水中開啟;兼作檢修閘門時,也稱事故檢修閘門;需要在限定時間內(nèi)緊急關(guān)閉的事故閘門,稱為快速閘門。②按閘門關(guān)閉時門頂與水面的相對位置分為露頂式閘門和潛孔式閘門。③按門葉的外觀形狀分為平面閘門、弧形閘門、人字閘門、拱形閘門、球形閘門和圓筒閘門等。④按制造門葉的材料分為鋼閘門、鑄鐵鑲銅閘門、木閘門、鋼筋混凝土閘門和組合材料閘門。另外,有些閘門如翻板閘門可借助水力自動啟閉,稱為水力自動閘門。選擇閘門形式需要考慮其在水工建筑物中的位置、尺寸、設(shè)計水頭、運(yùn)用條件、制造能力和安裝技術(shù)水平等因素,要求做到泄流時水流條件好、止水嚴(yán)密、啟閉力小、操作簡便靈活、檢修維護(hù)方便等。平面閘門和弧形閘門是的門型。在工作閘門中,大型露頂式閘門和高水頭潛孔式閘門多用弧形閘門,船閘上多用人字閘門和橫拉閘門,檢修閘門和事故閘門一般都用平面閘門。制造門葉的材料近代多用鋼材,而鋼筋混凝土多用做需要借自重關(guān)閉施工導(dǎo)流底孔的封堵閘門。此外,在壓力管道中使用的將門葉、外殼和啟閉機(jī)械組成一體的控制設(shè)施,通稱閥門。
閘門是裝于溢流壩、岸邊溢洪道、泄水孔、水工隧洞和水閘等建筑物的空口上,用以調(diào)節(jié)流量,控制上、下游水位、宣泄洪水、排除泥沙或漂浮物等,是水工建筑物的重要組成部分。在水閘工程中,閘門是主體部分,常占擋水面積的大部。閘門又分為平板閘門和弧形閘門.
結(jié)構(gòu)組成:
閘門主要由三部分組成:
①主體活動部分,用以封閉或開放孔口,通稱閘門,亦稱門葉;
②埋固部分;
③起閉設(shè)備。
閘門是堅固的柵欄,位在城門的信道上,必要時可以落下以堵住門口。城堡的城門是一個有內(nèi)部空間的門房,乃防衛(wèi)城堡的堅固據(jù)點(diǎn)。人們可以透過一條隧道從城門的信道到達(dá)門房。在隧道的中間或兩端,會有一層或多層的閘門。滾動的機(jī)械作用可在門房的上方吊起或落下閘門做扎實(shí)的防護(hù)。閘門本身通常為沉重的木制或鐵制欄柵,防衛(wèi)者和攻城者則在閘門的兩邊射擊或刺戳。
我們將水利閘門進(jìn)行如下分類:
1、如果按閘門的工作性質(zhì)可分為工作閘門、檢修閘門和事故閘門。工作閘門也稱主要閘門,能在動水中啟閉。檢修閘門設(shè)于工作閘門前。用于建筑物或工作閘門等檢修時短期擋水,一般在靜水中啟閉。事故閘門多設(shè)于深孔工作閘門前,用于建筑物或設(shè)備出現(xiàn)事故時,能在動水中關(guān)閉而在靜水中開啟;兼作檢修閘門時,也稱事故檢修閘門;需要在限定時間內(nèi)緊急關(guān)閉的事故閘門,稱為快速閘門。
2、如果按閘門關(guān)閉時門頂與水面的相對位置分為露頂式閘門和潛孔式閘門。
3、當(dāng)我們按閘門門葉的外觀形狀分為平面閘門、弧形閘門、人字閘門、拱形閘門、球形閘門和圓筒閘門等。
4、按制造閘門門葉的材料分為鋼閘門、鑄造閘門、木閘門、鋼筋混凝土閘門和組合材料閘門。對于翻板閘門可借助水力自動啟閉,稱為水力自動閘門。當(dāng)我們在選擇閘門形式需要考慮其在水工建筑物中的位置、尺寸、設(shè)計水頭、運(yùn)用條件、制造能力和安裝技術(shù)水平等因素,要求做到泄流時水流條件好、止水嚴(yán)密、啟閉力小、操作簡便靈活、檢修維護(hù)方便等。平面閘門和弧形閘門是的門型。
在水利水電建設(shè)上,隨著我國城市用水、景觀建設(shè)及環(huán)境整治和灌溉、發(fā)電的需要,水閘和橡膠壩得到廣泛的運(yùn)用。然而,橡膠壩運(yùn)行管理較復(fù)雜、安全性差、橡膠易老化等弊端,質(zhì)量事故發(fā)生率高?,F(xiàn)在市場上出現(xiàn)大量鋼結(jié)構(gòu)閘門,但無論是提升式或臥倒式,單孔都很難適用較寬的河道。
我公司生產(chǎn)的鋼壩是一種新型可調(diào)控溢流壩,它由土建結(jié)構(gòu)、帶固定軸的鋼性壩體、驅(qū)動裝置設(shè)備等組成。這種建筑物適合于河道孔口較寬(10米~100米)而水位差比較小的工況(1~6米),由于它可以設(shè)計得比較寬,可以省去數(shù)孔閘墩,所以不僅結(jié)構(gòu)簡單,可以節(jié)省不少土建投資,而且可以立壩蓄水,臥壩行洪排澇,還可以利用壩頂過水,形成人工瀑布的景觀效果。