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    紹興縣液壓攔河壩項目

    鋼壩閘和橡膠壩的比較

     

    根據當前社會對城市水利建筑物建設要求較高的實際情況,為了水閘壩的安全性和可靠性,我單位對國內及國際上橡膠壩的使用情況及效果和鋼壩閘使用情況及效果進行了大規模的調研,比較得出如下結論:

     

    一、使用壽命

      鋼壩閘的設計使用壽命可達50~60年,當前國際上最長壽命的閘為近百年。國內最早的福建小溪電站為1958年建成至今仍在使用,同樣的鋼結構在解放前就開始使用一直運用至今的案例到處都有。而權威部門根據室內測試資料和工程實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。至今國內第一條橡膠壩的壽命未超過15年,上世紀我國東北地區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閘門。一次鋼壩閘的投資等于四次橡膠壩的投資(中間大量建設輔助工作不算)。

    二、損壞及維修

    (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,在容易遭受到由于無知或惡意破壞而造成的嚴重的重復損傷的地方不應安裝橡膠壩。

    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,然而,如果漏氣面積很大,例如建筑物的碎石造成的漏氣,修復起來比較困難。且遺留的各種殘骸在壩上給景觀帶來極大影響,目前每次塌壩后運行單位派員進行擦洗,工作量較大。

    (3)放氣水造成的損壞

    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)磨損造成的損傷

    壩體的振動、壩與河床以及與兩岸的摩擦,以及漂浮的各種垃圾都可能導致壩的摩損。

    (5)火造成的損壞

    1、火也許是對橡膠壩最為不利的潛在危害因素?;鹂梢鸫蠓秶膲误w損壞,而修復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,以便在出現嚴重損壞時,能迅速替換。

    2、鋼性閘門它本身屬性決定上述情況都不會發生。在此我們對鋼性閘門進行了細致的分析,現在閘門的運轉件采用特殊復合材料MGA、MGB,該種材料在水下運行若干年無需加潤滑油,也不會銹蝕。

    3、最近有資料報導山東臨沂市城防工程小埠東攔河橡膠壩運行五六年,就壩體已維修了三次,費用高達600萬元(其它未計算),而鋼性閘門約三十年左右進行一次防腐即可。

    三、運行情況

    1、運行時間橡膠壩是通過充氣或充水達到升壩的目的,正常需要2~3小時才能完全升或塌壩,時間較長。而鋼性閘門采用啟閉機啟閉,運行速度可達1~2m/分鐘,該工程我單位計算不超過2分鐘即可完成開閘和閉閘。這樣可有效的保證突發洪水時能及時泄洪。  橡膠壩會隨著使用次數和年份的增加而使用充氣(水)、排氣(水)時間增長,因為壩內和管道內會結垢的原因。

    2、運行可靠性

    1)由于橡膠壩存在泄漏,原因是橡膠膜交聯、刺傷、管道聯結缺陷以及緊固系統和施工質量,故要不斷經常性的充氣,否則會出現過了一段時間壩泄氣(水)自動塌下來的現象,有時河道內水流干都不知道,造成一定損失,而鋼壩閘采用機械鎖定,當閘門開啟關閉或調節水位時經常角度都可鎖定,不會發生移動。

    3、振動性

      橡膠壩設計規范中明確規定溢流不能超過1250px,否則將出現跨壩事件,而鋼壩閘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。

    四、安全可靠性分析

      橡膠壩一般須建一座供氣站或水泵房,管路多且復雜,而鋼壩閘門僅僅配套二臺集成式啟閉機,該種型式啟閉機是一種新型啟閉機型式,它結構簡單,操作方便,無須油管、泵站等附屬設施,另該種啟閉機配備了手動裝置,若由于停電或其他故障可以手動操作可以手動操作,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,安全性極高。

      橡膠壩一般難實現集中網絡控制,而鋼閘門(壩)可以實現先進的自動化控制,網絡控制在全球任一互聯網都可控制。

    五、冬季冰凍問題

      橡膠壩根據《設計規范》和實際使用情況,冬季一旦結冰就必須做好刨冰工作,否則將對橡膠壩的質量造成致命的損壞,而刨冰工作完全依靠人工完成,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,結實而鋒利的冰塊很可能把橡膠壩劃破。 鋼壩閘可以輕松安全的度過冬季,一般情況鋼壩閘比儲蓄水位高出幾十公分,所以到了冬季,將鋼壩閘傾斜一定角度,此時若結冰,冰層可以沿著斜角向上延伸,從而有效的釋放水解冰的膨脹力,這樣鋼壩閘不會受到任何破壞,相當于正常的河邊胸墻。另由于鋼材本身的堅硬特質,每年春天的凌汛均可以完全在壩頂泄洪。

     六、防腐問題

       鋼壩閘表面是按照《水利水電鋼閘門制造標準規范》進行熱噴鋅,附著力極強,權威機構研究結果表明,沙的流速≤8m/s,不會對鋅層構成破壞,且據了解一般河流的流速不可能達到這個速度。

     七、淤積問題

       鋼壩閘是一種特殊結構的水閘形式,它沒有底門槽和側門槽,是門葉圍繞底軸心放置的結構。上游止水壓在圓軸上,當門豎起或倒下時,止水不離圓軸的表面,始終保持密封止水狀態;側面止水同樣的原理,止水面始終不離開側胸墻(不銹鋼埋件),故淤沙(泥)不會影響鋼壩閘門的開啟和關閉。

       針對淤積較嚴重的地區,一般在閘前設擋沙(泥)檻和喇叭口。一是為了有效的擋住大的石塊,二是當塌壩泄洪時,提高閘門位置的流速,可有效的讓泥沙、水混合物直接隨洪水沖至下游。

       北方地區一般情況立壩蓄水是該閘的主要功能。立壩時間較長易淤積,但是鋼壩閘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,行洪后我們會根據當地的泥沙含量分析出有多少量的淤沙(泥),并通過淤沙(泥)量計算出啟門時需要的啟閉力,充分考慮到啟門時克服淤沙(泥)的力量。

    八、能耗的對比

       100m橡膠壩的用電負荷量最少需要功率100kw/小時左右,第次升壩時間約為2-3個小時。

       100m的鋼壩閘的啟閉只需要4臺液壓啟閉機,每臺液壓啟閉機的額定最大功率為15kw。這樣100m的鋼壩閘用電負荷量只需功率60kw/小時左右。每次升壩時間約為2-3分鐘。

       鋼壩閘比橡膠壩每年節省了相當大的用電量。

     底橫軸旋轉閘門(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構,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測。而鋼壩是向一側傾倒淤積或石頭等雜質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,更利于泄洪順利進行,不至于導致上游被淹沒的情況發生(請參考圖示)。

    (二)關門受阻

    當自動翻板閘門打開一段時間,上游水位下降后,需要自動關門時,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動支鉸部位時,閘門就無法自動關閉,只能等到上游水放盡,人工清淤后,閘門才能復位,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用,但鋼壩應急泄洪后,根據上游來水情況,當達到上游需要設定水位時,啟動鋼壩的驅動裝置,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)。

    關門受阻 底橫軸旋轉閘門與翻板閘門對比

     (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,當翻倒泄洪時,中間形成一道很厚的阻水面,有時厚度達到1m,嚴重影響泄洪斷面,當上下游水位較大時,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,不會形成阻水現象(請參考圖示)。

        影響泄洪斷面 底橫軸旋轉閘門與翻板閘門的比較

     (四)脈動(拍打現象)

    自動翻板閘門在運行過程中的流態相當復雜,閘門受泄水量和風浪的影響,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生變化,嚴重時將會使閘門產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“拍打”現象時,易導致閘門壩坎結構毀壞,大大縮短翻板門的壽命,甚至使閘門、門基礎全部毀壞。而鋼壩可以有效的避免這一系列現象的發生。

      (五)、設備安全運行

    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。加上各種運行條件的不一樣,門開關的時間人為難以把握。而下游一旦有人畜或其他臨時建筑,在沒有任何征兆通知,上游就翻壩泄洪,有很多安全隱患。而底橫軸旋轉閘門(鋼壩)塌壩與升壩都是人為控制。安全性很高。

     

     

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