1 引言

隨著社會經濟的發展，改善城市生態環境品質，構建城市生態安全格局，建設生態環境持續發展、人與自然高度和諧、適宜人居的生態園林城市和森林城市，突出城市發展特色，構建特色鮮明的城市空間格局，營造特色水網系統，完善綠地系統。景觀河道治理成為提升城市水系生態的重要舉措，液壓壩設計技術的成熟在景觀河道工程中運用已經十分廣泛。但是經過我們的調研，大部分液壓壩在結構方面仍有改進和優化的空間。

2 液壓壩的結構原理

液壓壩由擋水閘門及液壓啟閉設備組成，運行方式為動水啟閉，可局部開啟或關閉，門葉采用主縱梁結構，門葉材料一般選用Q235B鋼或Q345B鋼，擋水壩面和底軸支承于兩個底支鉸上，可繞底支鉸旋轉，底支鉸安裝在閘底板的預埋螺栓上。主液壓缸和支撐桿均通過吊耳連接于壩背面，主液壓缸安裝于壩后基坑內，支撐桿通過其底端的限位裝置鎖定，解鎖液壓缸安裝于限位裝置下方基坑內。液壓泵站放置于兩岸，通過油管控制主液壓缸和解鎖液壓缸。門葉頂端設有破水裝置設置，防止閘門局部開啟或閘頂溢流形成負壓或振動對門體產生破壞。底支鉸采用鋼制底座，門葉和底軸支承于底座前端，門葉向下游適當傾斜，閘門在開啟狀態時，打開手動回流閥，液壓缸在門葉自重和水壓力的作用下，也能夠自行收縮，門體橫臥在閘門支鉸后的鎮墩上，實現泄洪。液壓壩示意結構如圖1-2所示。

 

 

3 液壓壩結構設計問題分析

對正在施工或已建成的工程進行調研后，發現了設計中出現的一些問題和不足。

3.1 支撐桿位置

部分液壓壩采用主液壓缸和支撐桿均通過吊耳連接于壩背面，主液壓缸安裝于壩后基坑內，支撐桿通過其底端的限位裝置鎖定，解鎖液壓缸安裝于限位裝置下方基坑內。主液壓缸和解鎖小液壓缸均安裝于很深的基坑內，機坑積水無法有效解決，液壓缸長期浸泡于水中，嚴重影響其使用壽命，如圖3所示。泥沙和雜物一旦進入基坑，阻止液壓缸升縮及擺動，嚴重影響正常運行，檢修非常不便�？赡馨l生支撐桿底端在限位裝置中卡死的現象，或者小液壓缸發生故障，此時，活動壩面無法臥倒，人力又無法干預解決，尤其是洪水來臨時，這種情況非常危險，支撐桿結構存在嚴重的安全隱患。

3.2 底支鉸結構及安裝

底支鉸上游側主縱板在閘門全關時為避免與門葉面板碰撞，對面板、底止水等干涉部位進行局部切割，在支鉸和門葉連接處設置止水橡皮，在加工精度和安裝質量等多種因素的制約下，閘門在多次開啟關閉后，止水橡皮密封不嚴，容易出現縫隙。水頭較高的情況下，此處存在漏水現象，如圖4所示，結構設計有待優化和改善。

部分液壓壩采用底支鉸預先套于門葉底部套筒上，保證了底軸同軸度，但是現場安裝時容易因誤差累積出現底支鉸與預埋件無法嵌套，底支鉸又不容易與門葉分離從而無法調試的問題。

為避免閘前淤積，底支鉸與預埋件連接部分置于底檻下的基坑中，使閘門開啟后平臥角度減至小，容易造成閘后基坑淤積，底支鉸以及部分液壓缸長期置于水中浸泡，出現銹蝕現象。

3.3 側止水壓板結構

閘門側止水安裝在閘門側面突出面板上，采用P型止水，側止水壓板采用傳統矩形壓板，通過螺栓連接，如圖9所示。在安裝調試時，使止水橡皮與另一扇閘門側面板進行預壓縮，使其在止水摩擦適當的情況下起到封水效果。在閘前擋水情況下，側止水在水壓力作用下，矩形止水壓板結構無法完全抑制止水橡皮壓縮量，產生漏水縫隙。

3.4 門葉分節

液壓壩可適應河道寬度，不設中墩，跨距內設置合理間距閘門，調整門葉寬度或高度即可。當閘門尺寸超過運輸車輛管理規定時，閘門門葉整體運輸須辦理超限運輸相關手續，而且運輸過程繁雜。常規做法是閘門在出廠前進行預組裝調試并水平分節，運輸到工地現場后焊接成整體，由于工人技術及現場施工條件的影響，門葉焊接后會出現應力變形或受力不均等情況，對閘門整體運行有一些影響。

4 液壓壩結構優化設計研究

4.1 支撐設置優化

液壓壩不再設置支撐桿，整體結構由門葉、底座和液壓缸組成了類似于三鉸拱的穩定直角三鉸結構，擋水時，門葉與地平面傾角為60度，液壓缸鉛垂直立，只受軸向力，力學結構優異。門葉向下游適當傾斜，液壓缸安裝于底座末端，底座安裝于閘底板的預埋螺栓上。閘門在開啟狀態時，打開手動回流閥，液壓缸在門葉自重和水壓力的作用下，也能夠自行收縮，門體橫臥在閘門支鉸后的鎮墩上，實現泄洪。優化后的液壓壩結構如圖6所示。

4.2 底支鉸結構及安裝優化

在不影響底支鉸強度和穩定性的前提下，底支鉸上游側主縱板斷面結構調整，在閘門關閉時避免與門葉面板干涉，合理避開底止水，而且整扇門葉面板直接抵壓底止水，免除了對門葉面板和底止水進行局部切割，無需再底支鉸部位進行單獨的止水設置，底止水橡皮完整連貫安裝，面板底緣與底筒軸外表面構成兩個封水面，達到了止水的目的，如圖7所示。

門葉面板在底支鉸與門葉面板連接處的底軸按底支鉸寬度進行切割，兩邊分別開矩形孔，再將底支鉸插入門葉面板切割處，與門葉主縱梁用軸連接，保證了門葉面板的受力從主縱梁傳遞到底支鉸再到閘底板，方便底支鉸與門葉面板在施工現場的安裝調試。

降低閘底板高度，使底支鉸軸心處與上游鋪蓋高度一致，將底止水與一期插筋固定后，澆入混凝土二期中。上游鋪蓋與閘底板連接處無需再澆二期混凝土，閘門開啟平臥在鎮墩上，與上游鋪蓋形成同一水平面，不會出現淤積現象。底支鉸設置在閘底板上，用螺栓與一期插筋連接，避免積水銹蝕，如圖8所示。

4.3 側止水壓板結構優化

適當增加側止水壓板寬度，對一邊進行折彎和倒角，折彎邊緊貼P型橡皮背水面，避免止水橡皮在水壓力下壓縮過量P型頭變形，脫離止水壓板，止水橡皮設置長圓孔，方便調節預壓縮量， 在水壓力和折彎止水壓板的雙重作用下，P型止水橡皮壓實緊密，實現止水效果，如圖9所示。

4.4 門葉分節優化

根據河道跨度設置閘門寬度，超過運輸單元限制尺寸的門葉拆分為兩節或者三節，在分節處分別焊接邊梁，在通過高強螺栓連接或者軸孔鉸接，中間設置節間止水橡皮。連接后的整扇門葉受力均勻，工作性能良好。在工廠內進行預組裝調試后，拆分開運輸至工地現場組裝，節省門葉安裝工作量，縮短安裝工期，解決了閘門超限運輸及現場焊接的問題。

5 結語

液壓壩作為新型水閘，其結構形式在景觀河道設計中得到推廣和應用，在設計和施工中要綜合考慮各方面因素，使工程運行可靠。本文根據工程實例中出現的問題進行了總結，對液壓壩部分結構進行了優化設計研究，對液壓壩整體以及各重要部件進行了有限元分析，這里不再贅述，使液壓壩結構更加合理，有效的解決了工程中存在的難點和不足，希望為液壓壩在景觀河道類工程中的應用提供參考和借鑒。