为水力自控翻板闸在防洪工程实际中的应用提供

摘 要: 本文以渭源县渭河城区段防洪工程为例, 阐述了水力自控翻板闸的运行原理以及在防洪工程项目中的设计过程与运行实施后的优缺点, 旨在为水力自控翻板闸在防洪工程中的实际应用提供技术参考和理论依据。

摘要:本文通过介绍水力自控翻板闸坝的结构特点及施工要点让大家对该工程类型有所了解,在此基础上浅略分析了该工程在运营管理方面需要注意的有关事项,供大家参考。

水力自控翻板闸门是一种全新的水工建筑物,在我们的水利工程领域使用最为广泛,那它怎么样呢?接下来我们就通过下面的内容,一块来看看水力自控翻板闸门的相关介绍。

关键词: 渭源县; 水力自控翻板闸; 工程设计; 运行原理;

引言:水力自控翻板闸坝工程是近年来施工较多的一项拦河坝工程,该工程与传统拦河坝相比具有无需外加能量,无需附加启闭机械、启闭机架与闸房,也不需设置水泵、泵房、充排水管、沉砂池等附属设施,运用杠杆原理完全由水力自控启闭的特点。水力自控翻板闸坝工程具有造价低、节省材料、施工期短、启闭准确及时、不需人工操作并且具有便于排走漂移物和推移质等优点。水力自控翻板闸坝可不设中墩(或只设很薄的分流导水墙),几乎不缩窄河床,可以最大限度宣泄洪水,接近于天然河道的泄水能力,五十年一遇洪水时上下游水位差在0.1~0.3m范围内。水力自控翻板闸门为钢筋混凝土结构,耐久性、坚固性好。翻板闸门启开后,在门底与堰顶之间有较高空间,便于推移质与跃移质随洪水排走,对闸门基本无磨损。翻板闸门设计使用年限一般为50年。洪水来临时,翻板闸门能非常及时地自动打开泄洪;洪水消退时,翻板闸门能及时自动回关截留洪水尾水,水量不被流失,对于干旱少雨的西北地区是非常可贵的,水力自控翻板闸门启闭完全由水力自动控制,后期的管理不需要人员长期值守,只需在洪水过后进行巡检,管理费用较低。

水力自控翻板闸门是一种全新的水工建筑物,在我们的水利工程领域使用最为广泛,那它怎么样呢?接下来我们就通过下面的内容,一块来看看水力自控翻板闸门的相关介绍。

水力自控翻板闸门是一种借水力和自重作用随流量的变化, 在一定条件下自动启闭的门型, 自20世纪50年代以来, 在我国广西、湖南、浙江、内蒙古、江苏等20多个省区均有应用, 目前其设计理论及故障分析处于发展完善阶段。本文旨在通过水力自控翻板闸在渭河河道防洪工程中的设计应用, 为水力自控翻板闸在防洪工程实际中的应用提供参考[1,2,3]。

结构特点:水力自控翻板闸坝工程一般由进水口水平铺盖段、闸室段、消力池、海漫及防冲槽五部分组成。进水口水平铺盖段主要作用是平顺水流,防止闸前冲刷并且增加渗透路径防止闸前渗流;闸室段是整个闸坝工程的主体部分,该部分主要承担翻板闸门的受力及坝体防渗功能,由基础防渗墙、重力式溢流坝、闸墩、支腿、闸门等部分组成,一般的基础防渗墙、重力式溢流坝为现场施工,而闸墩、支腿、闸门等部分为预制场预制,在现浇溢流坝坝体预留坑槽将闸墩、支腿、闸门预制构件最后组合安装。水力自控翻板闸坝工程施工技术含量较高的部分就是闸门、闸墩的预制,因为闸门是根据水流受力情况自动开启的,闸门要在不同水头压力下自动调节重力,这就要求闸门是一个非均质的受力构件,一般为上轻下重,至于闸门重心如何设置,这需要专家理论计算和实验部门不断试验、验证方能确定。闸门与支腿、支墩的连接要靠金属连接件连接,金属连接件包括:滚轮、轮座、连杆、拉杆、轨道、止水压条和连接螺栓等。金属构件一般集中从专业金属构件加工厂加工,要求具有一定刚度并且能防腐蚀;消力池主要任务是对闸门后的水头进行一级消能;海漫和防冲槽主要是导流、消能作用,并且是连接闸坝与河床的过渡部分,对保护闸坝安全具有非常重要的作用。

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1、 工程概况

施工要点:水力自控翻板闸坝工程施工大致可以分为以下几个步骤:

水力自控翻板闸门怎么样

本次翻板闸坝工程位于渭源县城清源河灞陵桥上下游。治理段1#公路桥0+000至2#公路桥0+558.3下游60 m左右处, 该段共布设4座翻板闸坝。该项目区不仅是该县政治经济文化中心, 也是渭源县城群众休闲娱乐的重要场所之一。近年来, 渭源城区建设日新月异, 改造整修了城区主要街道, 开辟了新的城区, 初步形成了一个沿清源河两岸发展的现代化城市格局, 市容市貌有了长足的发展和改观, 但清源河的整治现状与城区的景观反差较大。河道整治只是被动的防御, 未能实现综合治理和开发利用。现代化的城区与荒芜的清源河河滩形成鲜明的对照, 极不协调。通过渭源县城区段河道生态环境治理, 修建拦河的翻板闸, 采用大水面的方案, 旨在改善环境和区域小气候, 使灞陵桥风景区再现当年优美如画的风景。

一、施工准备:包括施工场地、预制场地、生活场地、施工用水、施工用电、施工道路、机械设备安装、拌合楼安装等一系列工作。

具有自动启闭功能的水力自控翻板闸门与一般钢平板闸门相比,无需机电设备及专人操纵泄流,且泄洪准确及时,能节省人力、物力;它完全借助水位的升高,水压力的增大,逐渐自行开启闸门过流,且保持蓄水位不变;当闸门全部打开时,河床泄流状况与天然河床相差无几,当水位降低时,闸门逐渐关闭蓄水。另外,工期短,造价低,投资低廉。水力自控翻板闸门平常几乎不需要零配件维护开支。

2、 水力自控翻板闸的运行原理

二、施工导流和截流:导流围堰为临时性水工建筑物,根据河床宽度可以采用一次性导流和分期导流,对于河床较窄,来水量不大的地段采用一次性导流,将水流导出河床,上下游修建围堰进行整体工程施工;对于河道宽阔,地势较平缓地段采用分段施工,分期导流。施工分段和导流时段应相结合,尽量避免在主汛期安排施工。

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闸门倾角为12.5°, 当门前水位高于门顶0.2 m时, 闸门即开始启动, 随上游水位升高, 闸门也逐渐加大开度, 水位下降时, 闸门逐渐回关, 具有良好的自控性能。整个开启与回关过程中上游水位都不低于正常挡水位。水力自控翻板闸门它是利用水力和闸门重量平衡的原理, 增设阻尼反馈系统来达到闸门随上游水位升高, 而逐渐开启泄流;上游水位下降, 而逐渐回关蓄水, 使上游水位始终保持在要求的范围内 。连杆滚轮式翻板闸门是一种双支点带连杆的闸门, 它是根据闸前水位的变化, 依靠其水力平衡作用自动控制闸门开启和关闭, 在运行过程中无撞击和拍打的一种翻板闸门。此种闸门由门叶、支腿、支墩、滚轮、连杆等部件组成。当上游来流量加大, 门上游水位抬高, 动水压力对支点的力矩大于门重与摩阻力对支点的力矩时, 闸门自动开启到一定倾角, 直到在该倾角下动水压力对支点的力矩等于门重对支点的力矩, 达到该流量下的新的平衡。流量不变时, 开启角度也不变。而当上游流量减少到一定程度, 使门重对支点的力矩大于动水压力与摩阻力对支点的力矩时, 水力自控翻板闸门可自行回关到一定倾角, 达到该流量下的新的平衡。因此, 水力自控翻板闸门具有不需启闭机械及相应设施、不需人为操作, 完全由水流及时自动控制的特点[3,4,5,6]。

三、基坑抽排水:对于河床地质条件较差、渗水量较大的河流在修筑围堰时应考虑增加防渗心墙或帷幕灌浆,确保基坑内无较大的渗水量,基坑内的少量渗水,在工作面内沿围堰设置井点,将集中渗漏水采用抽水设备抽排,保证旱地施工。

水力自控翻板闸门特点

3、 工程设计

四、主体工程施工:

1、原理独特、作用微妙、结构简单、制造方便、运行安全。可根据用户需要的闸高、闸宽、启动水位、回关水位等要求,设计各种尺寸、性能的翻板闸门。

3.1、 方案比选方案一:在河道上建一座较高的翻板闸坝, 形成水面, 洄水至灞陵桥180 m左右。坝顶高程确定为2 078.024 m, 坝长42 m, 固定坝坝顶高程2 074.505 m, 翻板闸坝高3.5 m以上。其优点是只有一座闸坝, 基础处理工程量少, 工程本身投资较少, 运行管理方便。但是形成的整体效果不好, 洄水水面较小, 翻板闸坝高, 存在渗漏等问题多, 需要加高的河堤高度在5 m以上, 不利河道泄洪。方案二:采用二级闸坝开发方案, 即一级坝坝址设在距灞陵桥52.5 m处, 坝顶高程确定为2 076.239 m, 坝长35 m, 洄水水面为110 m左右;二级坝址设在2#公路桥下游70 m左右的位置, 坝顶高程确定为2 076.239 m, 坝长35 m, 水面为80 m左右;该方案虽然增加一级坝, 投资略高, 但坝高较低。方案三:拟采用四级开发方案, 在方案二的基础上上游再增加两级翻板闸坝, 闸高均为2.0 m, 1#翻板闸坝拟定在1#公路桥下游156 m处, 2#翻板闸坝拟定在1#公路桥下游378.89 m处, 3#翻板闸坝拟定在灞陵桥下游54.44 m处, 4#翻板闸坝拟定在灞陵桥下游139.77 m处。综合以上三方案比较, 一级开发方案投资虽然较少, 但不利河道泄洪, 且河道淤积问题难以解决;二级开发方案不能达到河道治理的整体效果, 蓄水水面较小, 影响灞陵桥上下游河道的治理;四级开发方案, 从梯级开发角度考虑, 梯级水位差小, 坝高合理, 工程投资合理, 利于管理, 能发挥坝体本身及整体的景观效果。综合比较, 宜选取四级闸坝开发方案。3.2、 工程设计3.2.1、 翻板闸相关参数确定3.2.1. 1、 门顶高程及坝址位置的确定。1#翻板闸坝拟定在1#公路桥下游156 m处, 桩号为0+156, 闸顶高程为2 082.866 m。2#翻板闸坝拟定在1#公路桥下游378.89 m处, 桩号为0+378.89, 闸顶高程为2080.896 m。3#翻板闸坝拟定在灞陵桥下游54.44 m处, 桩号为0+470.99, 闸顶高程为2 079.039 m。4#翻板闸坝拟定在灞陵桥下游139.77 m处, 桩号为0+558.32, 闸顶高程为2 077.105 m。3.2.1. 2、 溢流宽度的确定。原清源河城区段河道横断面设计宽度为40 m, 根据实测闸坝址处的横断面, 在尽量不减少泄洪断面的情况下, 布置四级水力自控翻板闸门, 一级、二级和四级均为6扇7 m宽的水力自控翻板闸门, 即过水断面为42 m, 满足原河堤设计, 三级为5扇7 m宽的水力自控翻板闸门, 由于三级恰好位于灞陵桥下游54.44 m处, 河道是一渐变段, 经过校核, 增加河堤高度后可以满足过洪要求。3.2.1. 3、 闸底板 高程的确定。1#翻板闸坝闸底板高程为2 080.566 m;2#翻板闸闸底板高程为2 078.596 m;3#翻板闸底板高程为2 076.539 m;4#翻板闸闸底板高程为2 074.805 m。3.2.2、 设计参数及技术要求在洪水频率P=5%,流量Q=205 m3/s条件下, 闸门全开 (开度最大的卧倒状态闸门与竖直方向的倾角达到75°时) , 此时通过闸坝的水流是进口为圆弧的折线形实用堰上有卧倒于水中的短平板情况的过流, 其过流能力按堰流公式Q=ε.σ.m.b.姨2g.H03 2进行计算, 式中侧收缩系数ε、淹没系数σ、流量系数m均按水力自控翻板闸坝的特点及以往的水工模型试验与已建工程的运行实践得出。流量系数m包含了堰顶形状尺寸、门叶、支墩等对过流的影响, 淹没系数σ反映了下游水位的顶托对过流的影响。3.2.2. 1、 设计过闸流量3.2.2.

1、基坑开挖及截水墙施工

2、运行可靠,维护简单,造价合理,投资大幅度低于常规闸门。

  1. 1、 设计流量:本次翻板闸坝设计采用P=5%的洪峰流量Q20=205 m3/s, 满足渭源县城区防洪及翻板闸设计要求。3.2.2. 1. 2、 校核流量:本次翻板闸坝校核流量采用P=3.33%的洪峰流量Q30=257 m3/s, 满足渭源县城区防洪及翻板闸设计要求。3.2.2. 1. 3、 过流计算。设计过闸流量是宽顶堰或实用堰上有斜置闸门的过流。过流计算按堰流计算1#、2#、4#翻板闸坝的计算相同, 经过厂家多次水工试验得出数据详细结果如下:6扇宽7 m、高2 m翻板闸, 两侧边墩设通气孔, 需要河底宽43 m。按河底宽42 m计算下游水深。纵坡i=0.011, 在岩石河床上开挖整理的河槽在此坡度上, 其糙率为n=0.045。计算得Q20=205 m3/s时下游水深为h=1.58 m;Q30=257 m3/s时的下游水深为h=1.82 m。按门下堰顶高于河床0.3 m计算上游洪水位:采用湖南省水电 公司的闸门全关时有预倾角的滚轮连杆式水力自控翻板闸门, 流量系数在各型式的水力自控翻板门中为最大, 上游水位壅高最小。在开启过程中, 倾角48°时, 上游水位最高, 比全关门顶高0.32 m, 相应流量Q=102 m3/s;闸门刚好全开时, 流量Q=144 m3/s, 上游水位比全关门顶只高0.07 m。Q20=205 m3/s时, 上游水位比全关门顶只高0.15 m。Q30=257 m3/s时, 上游水位比全关门顶只高0.42 m。3#翻板闸坝过流计算。经过厂家多次水工试验得出数据详细结果如下:5扇宽7 m、高2 m翻板闸河底宽35 m, 纵坡i=0.011, 在岩石河床上开挖整理的河槽在此坡度上, 其糙率为n=0.045。计算得Q20=205 m3/s时下游水深为h=1.81 m;Q30=257 m3/s时下游水深为h=2.08 m。按门下堰顶高于河床0.3 m计算上游洪水位:采用湖南省水电 公司的闸门全关时有预倾角的滚轮连杆式水力自控翻板闸门, 门下匹配带圆弧形进口的折线型实用堰 , 流量系数在各型式的水力自控翻板门中为最大, 上游水位壅高最小。在开启过程中, 倾角48°时, 上游水位最高, 比全关门顶高0.32 m, 相应流量Q=85 m3/s;闸门刚好全开时, 流量Q=120 m3/s, 上游水位比全关门顶只高0.07 m。Q20=205 m3/s时, 上游水位比全关门顶只高0.40 m。Q30=257 m3/s时, 上游水位比全关门顶只高0.78 m。3.2.2. 2、 闸门布设参数确定。各闸门参数确定见表1。

采用大开挖形式对坝体部分进行开挖,开挖深度除满足设计要求外还应考虑基底地质状况,一般的坝体基底有承载和防渗两重要求,不能单独只考虑承载或防渗,因此基坑开挖后要对基底地质情况进行检测和论证,确保坝体安全。

3、由于能准确自动调控水位,在合理使用和利用水资源方面有独到之处,能彻底解决河床泥沙逐年淤积上升的问题。

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截水墙位于基底以下坝体上游,设置截水墙的目的主要是增加渗流半径,进一步加强坝体防渗能力。截水墙一般为混凝土结构,宽度在0.5~1.0米以内,深度视河床地质情况确定。截水墙施工主要要求密实,强度并无太高要求。对于基底为完整岩石的河床可以不设置截水墙。

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2、基础回填施工

水力自控翻板闸门用途

截水墙施工完成并且达到一定强度后,应该开始基础回填施工,回填材料一般为砂砾石或石渣,要求分层碾压分层回填,压实标准不低于0.7,每层回填厚度不超过50厘米。基础回填时应避免对截水墙混凝土造成伤害。

1、用于水库溢洪道;能自动调节库容,发挥水库最大效益,又确保水库安全。实践证明,其功能非一般常规闸门所能及。

3、溢流坝施工

2、用于水电站;可按当地水文情况,有效利用预留洪水淹高度,提高水头;自动冲走库内积沙,保证水库使用寿命,求得电站最大经济效益。

水力自控翻板闸坝工程的溢流坝既是过水建筑物又是翻板闸门的重力式基础,一般为钢筋混凝土结构,也有中心为埋石混凝土外层包裹钢筋混凝土结构。不管是哪一种形式,该部分对坝顶过水面要求是一样严格的,必须耐冲耐腐蚀、平顺光滑、并且具备较高强度和温度伸缩性。水力自控翻板闸坝工程采用中心埋石混凝土外层包裹钢筋混凝土结构。溢流坝体为大体积混凝土构件,施工时应注意降温措施同时应注意分段分层处施工缝的处理。为了安装闸门在坝体部分预留许多坑槽及空洞,施工时应注意其位置的准确性,否则预制构件将无法安装。溢流坝和截水墙连接处应采用橡胶止水带止水。

江苏快三走势图,3、用于航运及农田灌溉;能自动调节水位,满足通航水深及灌溉用水需要。

4、水平铺盖及消力池施工

4、用于城市环保。蓄水后既能改善城市生态环境,又能满足城市防洪要求。

水力自控翻板闸坝工程的水平铺盖及消力池施工同一般水工建筑物的相同,无需详述,但应注意翻板闸的水平铺盖和消力池都应该和坝体部分进行止水连接,即在坝体上预埋二分之一宽度的止水带,在水平铺盖或消力池上将另一半橡胶止水带浇入混凝土内。

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5、海漫及防冲槽施工

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下游海漫一般为浆砌石结构,其底层设置一定厚度的反滤层,浆砌石中间设反虑孔。该部分处于下游冲刷段,要求结构厚度及浆砌石质量必须满足设计及规范要求,否则容易造成冲刷破坏。防冲槽是翻板闸工程向河床过渡的重要部位,一般为铅丝笼石结构。该部分为易损部位,容易受水流的淘刷破坏,施工时应着重控制铅丝笼石的结构尺寸及石块直径。防冲槽铅丝笼石基础一般要求密实,严禁在松散的砂石料或土料上施工铅丝笼石。

运行管理:通过对水力自控翻板闸门初期运营管理的总结,在今后日常运行中应注意以下管理措施和操作办法,避免造成事故和损失:1、在闸坝上游尽量设置拦污栅,拦截汛期漂浮物,避免对闸门造成伤害。2、如需人工开启翻板闸,使用两个5T的手动葫芦平衡拉启闸门,注意保持两个支腿的同步,在整个操作过程中,要特别注意人和闸门的安全。3、当人工开启翻板闸门后,闸门一定要拉可靠,枕在支墩的橡皮上,并且要锁紧在支墩上。在洪水来临前必须把翻板闸门关闭,让其自动泄洪,否则翻板闸门被钢索拉住在洪水中运行会产生拍打以致损坏。4、闸门在蓄水运行中,切忌成人和小孩在闸门上游100m范围内游泳、玩水等,以免发生意外的人身安全事故。5、每年的汛期前或洪水后要对闸门的金属件逐个进行检查,遇螺母有松动时,应用扳手旋紧,以确保闸门的运转安全,每二年左右要对闸门的金属件进行防锈油漆处理,以维护闸门长久运用,若止水橡胶损坏造成漏水,则拉启闸门更换止水橡胶。6、闸门在运转时主要是靠轨道与滚轮接触,需加强检查,如遇漂浮物的卡拦、阻塞,闸门则不能自动回关,或者回关后漏水,此时必须将闸门用葫芦拉起,以人工清除杂物后再回关。7、翻板闸下游水流逐级消能后仍具有较大的冲刷力,闸后海漫、防冲槽容易受水流冲刷破坏,该部位应经常检查维修防止较大变形破坏对坝体安全造成影响。

结束语:通过对水力自控翻板闸坝工程结构特点、施工要点、运行管理等方面的描述,大家对该工程项目的特点应该有所了解,望各位在今后的施工、运营管理方面有所借鉴与启发,所述不周或错误之处谨请批评指正。

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