钢坝在水利工程中的应用

钢坝在水利工程中的应用

   在水利水电建设中，随着城市用水、景观建设及环境整治和灌溉、发电的需要，翻板闸，水闸和橡胶坝得到广泛的运用。然而，橡胶坝等生产比较复杂，运行时充水(充气)升坝或放水(放气)塌坝时间较长，影响快速截流或泄洪，再加上橡胶易老化的弊端，容易发生质量事故。现在市场上出现大量钢结构闸门，或翻板闸但无论是提升式或卧倒式，单孔都很难适用较宽的河道。钢坝闸是一种新型可调空控溢流闸门，它有土建结构、带固定轴的钢闸门门体、启闭设备等组成。这种建筑物适合于闸孔较宽(10米~~100米)而水位差比较小的工况(1~~7米)，由于它可以设计的比较宽，可以省区数孔闸墩，所以不仅结构简单，可以节省不少土建投资，而且可以立门蓄水，卧门行洪排涝，适当开启调节水位，还可以利用闸门门顶过水，形成人工瀑布的景观效果。

钢坝与橡胶坝优劣比较

（一）使用寿命

   钢坝的设计使用寿命可达50～60年，当前国际上*长寿命的钢性闸门为近百年。国内*早的福建小溪电站为1958年建成至今仍在使用，同样的钢结构在解放前就开始使用一直运用至今的案例到处都有。而权威部门根据室内测试资料和工程实践初步判定橡胶坝的使用寿命10～15年就必须更换一次坝袋。至今国内**条橡胶坝的寿命未超过15年，上世纪我国东北地区建的许多橡胶坝已拆除，2005年位于广西东笋电站建的橡胶坝也已拆除改建钢性闸门。一次钢坝的投资等于四次橡胶坝的投资（中间坝袋要换需要大量建设辅助工作不算）。

（二）损坏及维修

1、坝的损坏

（1）人为破坏造成的损坏

   橡胶坝容易受到尖利和有尖角物体的损坏，在容易受到人为破坏或河道内有尖角物较多的地方不宜安装橡胶坝。

（2）洪水过后的残骸造成的损坏，景观的影响

   由于洪水过后遗留的各种残骸，诸如民用设施与建筑材料这类尖利的物体很可能对坝体的上游面造成损伤。微小处的漏气易于修复，如果漏气面积较大，修复起来比较困难。每次升坝或塌坝后各种残骸遗留在坝袋上给景观带来极大影响，运行单位每次都派员进行擦洗，工作量较大。

（3）放气孔（水）造成的损坏

   放气（水）期间，橡胶坝体可能会由于紧靠坝下游面的尖利物体所刺破。

（4）火造成的损坏

   1、火也许是对橡胶坝*为不利的潜在危害因素。火可引起大范围的坝体损坏，而修复大面积的坝体有时是不可能的。对于很重要的坝，可行的办法是提供备用橡胶坝，以便在出现严重损坏时，能迅速替换。运行成本大大增加。

   2、钢性闸门它本身属性决定上述情况都不会发生。在此我们对钢性闸门进行了细致的分析，现在闸门的运转件采用特殊复合材料，该种材料在水下运行若干年无需加润滑油，也不会锈蚀。

   3、*近有资料报导山东某工程拦河橡胶坝运行五六年，就坝体已维修了三次，费用高达600万元（其它未计算），而钢性闸门约三十年左右进行一次防腐即可。

（三）、运行情况

1、运行时间

   橡胶坝是通过充气或充水达到升坝的目的，正常需要2～3小时才能完全升或塌坝，时间较长。而钢性闸门采用启闭机启闭，运行速度可达1～2m/分钟，一般工程不超过2分钟即可完成升坝和塌坝。这样可有效的保证突发洪水时能及时泄洪。橡胶坝会随着使用次数和年份的增加而且使用充气（水）、排气（水）时间增长，因为坝内和管道内会结垢的原因。

2、运行可靠性

   由于橡胶坝存在泄漏，原因是橡胶腊交联、刺伤、管道联结缺陷以及紧固系统和施工质量，故要不断经常性的充气，否则会出现过了一段时间坝泄气（水）自动塌下来的现象，有时河道内水流干都不知道，造成一定损失，而钢坝采用机械锁定，当塌坝、升坝和调节水位时任意角度都可锁定，不会发生移动。

3、坝顶溢流

   橡胶坝设计规范中明确规定溢流不能超过50cm，否则将易出现跨坝事件，而钢坝可有效的克服这一缺陷，可以长时间大流量的从坝顶溢流形成瀑布效果。

4、自动化程度高

橡胶坝一般难实现集中网络控制，而钢坝可以实现先进的自动化控制和网络控制，可以在全球任一互联网控制。

（四）、安全可靠性分析

   橡胶坝一般须建一座供气站或水泵房，管路多且复杂，而钢坝仅仅配套二台驱动装置，该种型式驱动装置是一种新型驱动型式，它结构简单，操作方便，无须油管、泵站等附属设施，另该种驱动装置配备了手动装置，若由于停电或其他故障可以手动操作，操作力只需5kg。这样可以有效的保证塌坝时能塌坝，立坝时能立坝，安全性极高。

（五）、冬季冰冻问题

   橡胶坝根据《设计规范》和实际使用情况，冬季一旦结冰就必须做好刨冰工作，否则将对橡胶坝的使用造成致命的损坏，而刨冰工作完全依靠人工完成，既耗时又耗力，且给管理带来极大的不便。到春天解冻时，冰凌不能在橡胶坝上溢流，结实而锋利的冰块很可能把橡胶坝划破。

   到了冬季，将钢坝倾斜一定角度，此时若结冰，冰层可以沿着斜角向上延伸，从而有效的释放水结冰的膨胀力，这样钢坝不会受到任何破坏，另由于钢材本身的坚硬特性，每年春天的凌汛可以安全在坝顶泄洪，钢坝可以轻松安全的度过冬季。

（六）、防腐问题

钢坝表面是按照《水利水电钢闸门制造标准规范》进行热喷锌，附着力极强，权威机构研究结果表明，沙的流速8≤m/s，不会对锌层构成破坏，一般河流的流速不可能达到这个速度。

（七）、淤积问题

   钢坝是一种特殊结构的坝闸形式，它没有底门槽和侧门槽，是门叶围绕底轴心旋转的结构。上游止水压在圆轴上，当坝竖起或倒下时，止水不离圆轴的表面，始终保持密封止水状态；侧面止水同样的原理，止水面始终不离开侧胸墙（不锈钢埋件或大理石），故淤沙（泥）不会影响钢坝的升坝和塌坝。

   针对淤积较严重的地区，一般在坝前设挡沙（泥）槛和喇叭口。一是为了有效的挡住大的石块，二是当塌坝泄洪时，提高坝口位置的流速，可有效的让泥沙、水混合物直接随洪水冲至下游。

   北方地区立坝蓄水是该坝的主要功能。立坝时间较长易淤积，但是钢坝是围绕底轴向下游倾倒，故塌坝时淤积的泥沙被水流冲向下游，不可能形成阻塞。另，行洪后我们会根据当地的泥沙含量分析出有多少量的淤沙（泥）沉淀在门体上，并通过淤沙（泥）量计算出升坝时需要的升坝力，充分考虑到升坝时克服淤沙（泥）的力量。

（八）、能耗的对比

   100m橡胶坝的用电负荷量*少需要功率100kw/小时左右，每次升坝时间约为2～3个小时。钢坝闸比橡胶坝每年节省了相当大的用电量。

（九）、影响泄洪断面

   橡胶坝设计规范要求坝的底坎高20cm，另，塌坝时橡胶坝内的水不能完全放尽，形成不低于20cm的高度，两者相加塌坝时在河流断面形成不低于40cm的阻水断面，严重影响泄洪流量。而钢坝无此影响。

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