1 引言

随着社会经济的发展，改善城市生态环境品质，构建城市生态安全格局，建设生态环境持续发展、人与自然高度和谐、适宜人居的生态园林城市和森林城市，突出城市发展特色，构建特色鲜明的城市空间格局，营造特色水网系统，完善绿地系统。景观河道治理成为提升城市水系生态的重要举措，液压坝设计技术的成熟在景观河道工程中运用已经十分广泛。但是经过我们的调研，大部分液压坝在结构方面仍有改进和优化的空间。

2 液压坝的结构原理

液压坝由挡水闸门及液压启闭设备组成，运行方式为动水启闭，可局部开启或关闭，门叶采用主纵梁结构，门叶材料一般选用Q235B钢或Q345B钢，挡水坝面和底轴支承于两个底支铰上，可绕底支铰旋转，底支铰安装在闸底板的预埋螺栓上。主液压缸和支撑杆均通过吊耳连接于坝背面，主液压缸安装于坝后基坑内，支撑杆通过其底端的限位装置锁定，解锁液压缸安装于限位装置下方基坑内。液压泵站放置于两岸，通过油管控制主液压缸和解锁液压缸。门叶顶端设有破水装置设置，防止闸门局部开启或闸顶溢流形成负压或振动对门体产生破坏。底支铰采用钢制底座，门叶和底轴支承于底座前端，门叶向下游适当倾斜，闸门在开启状态时，打开手动回流阀，液压缸在门叶自重和水压力的作用下，也能够自行收缩，门体横卧在闸门支铰后的镇墩上，实现泄洪。液压坝示意结构如图1-2所示。

 

 

3 液压坝结构设计问题分析

对正在施工或已建成的工程进行调研后，发现了设计中出现的一些问题和不足。

3.1 支撑杆位置

部分液压坝采用主液压缸和支撑杆均通过吊耳连接于坝背面，主液压缸安装于坝后基坑内，支撑杆通过其底端的限位装置锁定，解锁液压缸安装于限位装置下方基坑内。主液压缸和解锁小液压缸均安装于很深的基坑内，机坑积水无法有效解决，液压缸长期浸泡于水中，严重影响其使用寿命，如图3所示。泥沙和杂物一旦进入基坑，阻止液压缸升缩及摆动，严重影响正常运行，检修非常不便。可能发生支撑杆底端在限位装置中卡死的现象，或者小液压缸发生故障，此时，活动坝面无法卧倒，人力又无法干预解决，尤其是洪水来临时，这种情况非常危险，支撑杆结构存在严重的安全隐患。

3.2 底支铰结构及安装

底支铰上游侧主纵板在闸门全关时为避免与门叶面板碰撞，对面板、底止水等干涉部位进行局部切割，在支铰和门叶连接处设置止水橡皮，在加工精度和安装质量等多种因素的制约下，闸门在多次开启关闭后，止水橡皮密封不严，容易出现缝隙。水头较高的情况下，此处存在漏水现象，如图4所示，结构设计有待优化和改善。

部分液压坝采用底支铰预先套于门叶底部套筒上，保证了底轴同轴度，但是现场安装时容易因误差累积出现底支铰与预埋件无法嵌套，底支铰又不容易与门叶分离从而无法调试的问题。

为避免闸前淤积，底支铰与预埋件连接部分置于底槛下的基坑中，使闸门开启后平卧角度减至小，容易造成闸后基坑淤积，底支铰以及部分液压缸长期置于水中浸泡，出现锈蚀现象。

3.3 侧止水压板结构

闸门侧止水安装在闸门侧面突出面板上，采用P型止水，侧止水压板采用传统矩形压板，通过螺栓连接，如图9所示。在安装调试时，使止水橡皮与另一扇闸门侧面板进行预压缩，使其在止水摩擦适当的情况下起到封水效果。在闸前挡水情况下，侧止水在水压力作用下，矩形止水压板结构无法完全抑制止水橡皮压缩量，产生漏水缝隙。

3.4 门叶分节

液压坝可适应河道宽度，不设中墩，跨距内设置合理间距闸门，调整门叶宽度或高度即可。当闸门尺寸超过运输车辆管理规定时，闸门门叶整体运输须办理超限运输相关手续，而且运输过程繁杂。常规做法是闸门在出厂前进行预组装调试并水平分节，运输到工地现场后焊接成整体，由于工人技术及现场施工条件的影响，门叶焊接后会出现应力变形或受力不均等情况，对闸门整体运行有一些影响。

4 液压坝结构优化设计研究

4.1 支撑设置优化

液压坝不再设置支撑杆，整体结构由门叶、底座和液压缸组成了类似于三铰拱的稳定直角三铰结构，挡水时，门叶与地平面倾角为60度，液压缸铅垂直立，只受轴向力，力学结构优异。门叶向下游适当倾斜，液压缸安装于底座末端，底座安装于闸底板的预埋螺栓上。闸门在开启状态时，打开手动回流阀，液压缸在门叶自重和水压力的作用下，也能够自行收缩，门体横卧在闸门支铰后的镇墩上，实现泄洪。优化后的液压坝结构如图6所示。

4.2 底支铰结构及安装优化

在不影响底支铰强度和稳定性的前提下，底支铰上游侧主纵板断面结构调整，在闸门关闭时避免与门叶面板干涉，合理避开底止水，而且整扇门叶面板直接抵压底止水，免除了对门叶面板和底止水进行局部切割，无需再底支铰部位进行单独的止水设置，底止水橡皮完整连贯安装，面板底缘与底筒轴外表面构成两个封水面，达到了止水的目的，如图7所示。

门叶面板在底支铰与门叶面板连接处的底轴按底支铰宽度进行切割，两边分别开矩形孔，再将底支铰插入门叶面板切割处，与门叶主纵梁用轴连接，保证了门叶面板的受力从主纵梁传递到底支铰再到闸底板，方便底支铰与门叶面板在施工现场的安装调试。

降低闸底板高度，使底支铰轴心处与上游铺盖高度一致，将底止水与一期插筋固定后，浇入混凝土二期中。上游铺盖与闸底板连接处无需再浇二期混凝土，闸门开启平卧在镇墩上，与上游铺盖形成同一水平面，不会出现淤积现象。底支铰设置在闸底板上，用螺栓与一期插筋连接，避免积水锈蚀，如图8所示。

4.3 侧止水压板结构优化

适当增加侧止水压板宽度，对一边进行折弯和倒角，折弯边紧贴P型橡皮背水面，避免止水橡皮在水压力下压缩过量P型头变形，脱离止水压板，止水橡皮设置长圆孔，方便调节预压缩量， 在水压力和折弯止水压板的双重作用下，P型止水橡皮压实紧密，实现止水效果，如图9所示。

4.4 门叶分节优化

根据河道跨度设置闸门宽度，超过运输单元限制尺寸的门叶拆分为两节或者三节，在分节处分别焊接边梁，在通过高强螺栓连接或者轴孔铰接，中间设置节间止水橡皮。连接后的整扇门叶受力均匀，工作性能良好。在工厂内进行预组装调试后，拆分开运输至工地现场组装，节省门叶安装工作量，缩短安装工期，解决了闸门超限运输及现场焊接的问题。

5 结语

液压坝作为新型水闸，其结构形式在景观河道设计中得到推广和应用，在设计和施工中要综合考虑各方面因素，使工程运行可靠。本文根据工程实例中出现的问题进行了总结，对液压坝部分结构进行了优化设计研究，对液压坝整体以及各重要部件进行了有限元分析，这里不再赘述，使液压坝结构更加合理，有效的解决了工程中存在的难点和不足，希望为液压坝在景观河道类工程中的应用提供参考和借鉴。