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淺談景觀河道液壓壩結構優化設計分析

發布時間:2020-03-08 瀏覽:490次 字號:  
 

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。

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