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水库闸门的防冻与除冰文章首先对当前水库闸门防冻领域中常见的技术特征展开说明，而后就当前两种比较常见的防冻技术进行深入讨论，对于优化防冻工作体系有着一定的积极意义。
标签：水库；闸门；防冻闸门是水库的重要设备，是实现防洪泄流、电站发电以及确保水库安全的关键环节。
然而北方地区冬季寒冷，如果不采取必要的措施，水库闸门很容易出现结冰问题，导致水封变形漏水等问题的发生，严重的时候冰层会产生巨大的压力，通过闸门作用于铰支座，甚至会压裂铰支座，并且冰层的侧压力也会造成闸门开启事故，因此必须给予充足的重视。
对于此类问题而言，冬季针对水库闸门展开必要的防冻养护，是确保其安全平稳运行的必要所在。
一、常见的水库闸门防冻措施对于水库闸门防冻问题，其措施有多种，最为原始的即人工除冰法以及电热除冰法两种。
其中人工方式虽然成本较低，但是安全问题比较突出，多发事故，并且此种方案本质上属于事后控制的范畴，是在结冰已经形成的基础上展开除冰，效率有限，对于结冰危害的控制也有限，因此目前阶段基本已经不再采用。
而电热除冰，主要是利用电伴热的手段在闸门上形成一个温水区域，此种方式虽然可以保持结冰状况不发生，但是水下绝缘成为核心问题，一旦绝缘失效，必然会造成整个系统的短路，随之而来的事故便不可避免。
除了上述两种相对而言比较传统的水库闸门防冻方式以外，压缩空气吹冰法、水泵扰动破冰法以及热管传热破冰法也比较常见。
其中压缩空气吹冰法主要是在水库深处利用空气压缩机制造出压缩空气流，形成一股上升淀粉温水流，进一步达到对于冰层的融化作用，防止或者减缓新冰层的形成过程。
该系统通常会需要安排两台空气压缩机，两个贮气罐，以及对应的管网和控制单元等，这样的安排，虽然相对而言能够对冰层的冻结实现抵御，但是成本偏高，成为该方案的重要硬伤。
而对于水泵扰动破冰法而言，则主要是利用潜水泵将水抽上来，而后经由钢管上的小孔将水射出，通过此种方式形成水流，达到阻碍局部水面冻结的目标。
闸门防冰冻在南水北调工程中，广泛应用节制闸、控制闸、分水闸等建筑物来调节输水流量，以满足下游供水要求。
钢闸门在水工建筑物中主要有挡水、控制水流、根据要求局部或全部开启闸门泄放水流、调节上、下游水位等重要的功能。
1、闸门防冰冻南水北调输水渠道闸门冬季可否正常运行关键问题就是防冰冻的问题；冰冻对闸门产生的危害，闸门防冰冻是指防止冰盖的静压力、水流的冲击力作用在闸门上；防止冰团、冰凌、冰珠和冰块堵塞闸门；防止闸门活动部分与埋固部分被冰冻结在一起，以及闸门埋固件工作表面结冰等，影响闸门在冬季的正常运行。
由于寒冷地区的环境与冰情规律不同，冰冻对闸门的危害也不尽相同，冰冻灾害五花八门，形式多样，根据引水渠道和水利枢纽目前出现过的冰冻情况，主要存在下列危害，但不限于此。
1）引水渠道闸门与埋固件冻死，闸门无法正常运行，造成冰块大量堆积堵塞，减少过水断面，不能或无法引水。
2）引水渠道闸门与埋固件冻死，闸门不能启闭，时间长，易造成连底冻，冰水漫堤，冲毁渠堤。
3）水库形成冰盖，露顶闸门承受巨大的冰盖推力，造成门叶变形或损坏。
4）潜孔工作闸门在整个冬季处于挡水工况，门叶迎水面形成巨大冰包，冰包与门叶、埋固件牢固地冻结在一起，造成闸门无法启闭，损坏水封和启闭设备。
2、闸门防冰冻工程技术现状目前防冰冻工程技术在中国的西北、东北、华北和西藏等寒冷地区已被广泛应用，共分为六大类，即破冰工程技术、排冰工程技术、化冰工程技术、输冰工程技术、导冰工程技术、蓄冰工程技术。
但对于渠道和枢纽区运行的闸门来说，主要采用化冰工程技术，包括保温法、增温法、加热法、射流法、吹泡法等等。
在全国水利水电的闸门防冰冻工程技术中，比如新疆恰甫其海水利枢纽工程表孔弧形闸门采用浮筒加热式化冰设备、北京珠窝拦河坝弧形闸门和新疆石灰窑水电站渠首进水闸门采用电热热空气法、新疆喀什三级水电站采用打冰机、青海牛板筋水电站采用增温法、新疆恰甫其海水利枢纽深孔排砂放空洞弧形工作闸门采用保温法、天津引栾工程大黑汀水库渠首分水闸闸门采用循环热油法、引黄济青工程山东亭口泵站闸门采用静油加法、开都河第一分水枢纽泄洪闸采用水平布置多回路发热热电缆法等等防冰冻工程技术都取得了良好的防冰冻效果。
]水闸设计实例本工程位于河南省某县城郊处，它是某河流梯级开发中最末一级工程。
该河属稳定性河流，河面宽约200m ，深约7~10m 。
由于河床下切较深又无适当控制工程，雨季地表径流自由流走，而雨过天晴经常干旱，加之打井提水灌溉，使地下水位愈来愈低，严重影响两岸的农业灌溉和人畜用水。
为解决当地40万亩农田的灌溉问题，经上级批准的规划确定，修建挡水枢纽工程。
拦河闸所担负的任务是：正常情况下拦河截水，抬高水位，以利灌溉，洪水时开闸泄水，以保安全。
本工程建成后，可利用河道一次蓄水800万m 3，调蓄水至两岸沟塘，大量补给地下水，有利于进灌和人畜用水，初步解决40万亩农田的灌溉问题并为工业生产提供足够的水源，同时对渔业、航运业的发展，以及改善环境，美化城乡都是极为有利的。
（一）地质条件根据钻孔了解闸址地层属河流冲积相，河床部分地层属第四纪蟓更新世Q 3与第四纪全新世Q 4的层交错出现，闸址两岸高程均在41m 左右。
闸址处地层向下分布情况如下表1所示。
?闸址处系平原型河段、两岸地势平坦，地面高程约为40.00m 左右，河床坡降平缓，纵坡约为1/10000，河床平均标高约30.00m ，主河槽宽度约80-100m ，河滩宽平，呈复式河床横断面，河流比较顺直。
%（三）土的物理力学性质指标土的物理力学性质指标主要包括物理性质、允许承载力、渗透系数等，具体数字如表2、3所示。
表3 土的力学性质指标表~1、石料本地区不产石料，需从外地运进，距公路很近，交通方便。
2、粘土经调查本地区附近有较丰富的粘土材料。
3、闸址处有足够的中细砂。
（五）水文气象1、气温本地区年最高气温 C ，最低气温 C ，平均气温 C 。
—2、风速最大风速 20=V m/s ，吹程0.6Km 。
3、径流量非汛期（1～6月及10～12月）9个月份月平均最大流量s 。
汛期（7～9）三个月，月平均最大流量为149m 3/s ，年平均最大流量 2.26=Q m 3/s ，最大年径流总量为亿m 3。
闸门防冻措施与维修闸门是水工建筑物的重要组成部分之一，它的作用是封闭水工建筑物的孔口，并能够按需要全部或局部开启这些孔口，以调节上、下游水位，泄放流量，用于防洪、灌溉、引水发电、通航、过木以及排除泥沙、冰块或其他飘浮物等。
由于闸门多安装于露天场所，长期或间歇地浸于水中，承受较大的水压力或水流、泥沙及污物的冲击磨损和周围介质的腐蚀作用，一般情况下，闸门的寿命总是小于建筑物的寿命，只有良好的维护工作，才能保证闸门安全正常的运行，延长闸门的使用年限，以充分发挥工程的效益。
因此做好闸门的一般性维护与闸门防冻设施的维护和检修是非常必要的。
1 闸门的一般性维护1.1 清理检查正常工作的闸门必须保持清洁完好，启、闭运行灵活。
但随着水流的运动，水中的漂浮物、推移质等总是向闸门集中，贴附于门体或卡阻于门槽内，影响闸门的正常运行，或造成漏水，或加快闸门的腐蚀，所以必须随时进行检查清理。
1.1.1 闸门门体上不得有油污、积水和附着水生物等污物。
启闭机检修时，应避免废油落于门体上，卷筒和钢丝绳上多余的润滑脂应刮除干净，防止夏季融化滴落到闸门上。
门体结构上的落水孔畅通。
严禁向闸门上倾倒污水垃圾等污物。
1.1.2 闸门槽、门库和门枢等部位，常会被树木、钢丝、块石或其他杂物卡阻，影响闸门正常运行，甚至酿成事故，应及时进行检查清理。
对浅水中的建筑物，可经常用竹篱、木杆进行探摸，利用人工或借助水力进行清除；；对深水中较大的建筑物，应定期进行潜水检查和清理。
为了防止石块、杂物卡阻，除加强管理和检查清理外，应结合具体情况，采用防护措施。
有条件的，可在门槽、门库上部设置简易启闭机房或防护盖。
转动闸门门盖座的上方可设置混凝土挡坎拦截砂石和杂物。
1.2 观测调整1.2.1 闸门运行时，应注意观察闸门是否平衡，有无倾斜跑偏现象。
闸门严惩倾斜，可能撕裂止水橡皮，拉断钢线绳或使闸门变形损坏，必须配合启闭机进行调整。
对双吊点闸门，两侧钢丝绳长度应调整一致，侧轮与两侧轨道间隙大体相同。
江苏水利/&'()*+,'TE//E*O+/1E*水利工程管理及防汛防旱3]c202#年5月!a#.202#基于四类水闸安全管理探讨（（（以常州小河水闸为例王亚乒!陈飞!曹晓东!潘建军!常州市城市防洪工程管理处$江苏常州2#3#27"摘要!水利工程安全运行直接关系到经济社会发展和人民生命财产安全!确保工程安全运行是水利工程运行管理工作的核心"小河水闸位于常州市新北区孟河镇!2009年安全鉴定为四类水闸!针对小河水闸工程管理实际问题!采取相应保障措施确保其安全!为四类水闸安全管理提供借鉴"关键词!水闸'抢修'裂缝'措施中图分类号:TV663文献标识码：B文章编号：#007-7839(202#)05-0069-04D(.$*.(&-&-.,"#%8',-,5#'#-%&""&*)I%8A#.+*($#.###P,4(-5X(,&2#B+*($#(-L2,-5@2&*,.,-#R,'A+#,'()FaT5BK$1?E(gD5$1'OI5a9U9BK$='(/5aB<AB(D&F'(RA88)78(/&8AO&84%6/,'('-%.%(/Q@#6%8@7;'(-<;837#/9$7;'(-<;832#3#27$7;#(') 63.%),$%&ThDQaSD9TDOaM59B9SCaMDOc9BQDONaBc#TO9<DcMQ5QU5ODcM6#OD6aMDU M9MhDDc9B9m5caBU Q9c5a6UDND69TR mDBMaBU MhDQaSDM#9STD9T6D6Q65NDQaBU TO9TDOM#.T9DBQAODMhDQaSD9TDOaM59B9SCaMDOc9BQDONaBc#TO9<DcMQ5QMhD c9OD9SMhD9TDOaM59B maBaKDmDBMC9Ok.I5a9hD*6A5cD5Q69caMDU5B!DBKhDT9CB$I5BGD5P5QMO5cM$1haBK:h9A15MR #.&B2009$5MCaQ5UDBM5S5DU aQaS9AO-M#TDQ6A5cD.'cc9OU5BKM9MhDTOacM5ca6TO9G6DmQ9SI5a9hD*6A5cDTO9<DcM maBaKDmDBM$c9O DQT9BU5BKQaSDKAaOU mDaQAODQCDODMakDB M9DBQAOD5MQQaSDM#$Ch5ch c9A6U TO9N5UDODSDODBcDS9O MhDQaSDM#maBaKDmDBM9SMhDS9AO-M#TDQ6A5cD.7#80&)/.&Q6A5cD(OAQh-ODTa5O(cOack(mDaQAODQ小河水闸位于太湖流域湖西部$常州市孟河镇境内新孟河段，距长江口约3km,南连京杭大运河,北通长江$是治太骨干工程中湖西高片治理的主要工程项目%#958年#2月开工建设,#960年#0月竣工,具防洪'排涝'灌溉和通航功能%设计水位组合:闸上最高水位（长江侧）8.0m,最低水位2.6叫闸下（内河侧）最高水位6.7叫最低水位4.0m%设计引水流量##0m3/s,排涝流量340m3/s,排水流域面积43#km2%2009年#月小河水闸被江苏省水利厅安全鉴定为四类水闸,建议结合新孟河工程立项重建%由于新孟河延伸拓浚工程的主体项目20#8年才开始动工,目前仍在建设中%因此小河水闸须在该工程建设期间继续发挥防汛减灾效益,至今未能拆除,小河水闸工程仍在不断老化,险情隐患依旧存在,影响着常州市的区域防洪和太湖流域的防洪安全% 9险情分析在汛期,小河水闸上下游翼墙'护坡等建筑物迎水面及底脚,因急流冲刷,特别是在高水位时,受收稿日期：202#-02-25作者简介:王亚乒（#97#—），男，工程师，本科，主要从事水利工程管理工作％E-m"：#3#9233628@qq.8m70江苏水利2021年5月水流顶冲淘刷与水中漂浮物冲击而引起翼墙的倾斜或倒塌的险情%在汛期高水位下$可能会产生出现在背水坡或背水坡附近的横贯堤身的渗流孔洞$称为漏洞%如漏洞流出浑水$或由清变浑$或时清时浑$均表明漏洞正在迅速扩大$堤身有可能发生塌陷甚至溃决的危险%由于小河水闸年代久远$车行桥负载加大以及当时的技术条件限制$水闸的质量部分无法保证安全运行$在汛期高水位时$水闸边孔有破坏风险）1%2*%小河水闸4扇边孔闸门都已经改造成钢结构$但是胸墙混凝土密实性差$已经碳化严重$底梁破损$墙内钢筋锈蚀严重$给工程安全运行带来极大的隐患$尤其是大潮汛挡潮$边孔一旦经不住巨大压力而遭到破坏的话$后果不堪设想%根据安全鉴定报告和现场勘察$水闸主体依旧存在抗滑'抗震系数不满足规范要求的问题%现将可能导致的工程险情风险分析如下%由于闸室'翼墙的基底应力不满足规范要求$水闸各部位可能产生不均匀沉降$同时堤防上的涵闸与土壤结合部位$如岸墙'翼墙'涵洞与土结合部$由于止水失效'动物打洞或雨水冲刷造成缝隙$从而使堤身产生裂缝$发生渗漏险情%裂缝是水闸工程常见的一种险情$它有时很可能是其他险情!如滑坡'崩岸等"的前兆%而且由于它的存在$洪水或雨水易于入侵堤身$常会引起其他险情$尤其是横向裂缝$往往会造成堤身土体的渗透破坏$甚至更严重的后果$必须引起重视%按裂缝产生的成因可分为不均匀沉陷裂缝'滑坡裂缝'干缩裂缝'冰冻裂缝'振动裂缝%按裂缝出现的部位可分为表面裂缝'内部裂缝%表面裂缝容易引起人们的注意$可及时处理%而内部裂缝是隐蔽的$不易被发现$往往危害更大%按裂缝走向可分为横向'纵向和龟纹裂缝%其中横向裂缝比较危险$特别是贯穿性横缝$是渗漏的通道$属重大险情%即使不是贯穿性横缝$由于它的存在$缩短渗径$易造成渗透破坏$也属较重要险情）3%4*%由于闸室和翼墙的抗滑稳定安全系数不满足规范要求$在汛期时$超标准挡水使渗压水头过大$不能满足抗滑稳定要求$闸身或翼墙发生位移'变形导致堤防边坡失稳%在汛期$涵闸上下游翼墙'护坡等建筑物迎水面及底脚$因急流冲刷$特别是在高水位时$受水流顶冲淘刷与水中漂浮物冲击而引起翼墙的倾斜或倒塌的险情%因此$发生漏洞险情$必须慎重对待$全力以赴迅速进行抢护%<:应急措施<;9:抗滑安全应急措施!1"当长江上游有洪峰形成并开始下泄或者长江洪水'台风'天文潮汐等将同时相遇时$水闸值班人员和巡查人员要加强值班看守$管理所要密切注视水情'雨情'工情$并与水情测报部门联系$掌握洪水或潮汐动向%!2"有洪峰或风暴潮来临前$当预测到有长江高水位时$管理所要立即启动预案$并及时汇报管理处$同时和水警'海事部门沟通$疏散水闸两侧的船只$要求其远离闸区抛锚%!3"管理所应加强对水闸工程$特别是对边孔闸门和胸墙的巡视检查力度$防止因水压力过大发生破坏$形成严重后果$若发生破坏要立即启动+边孔破坏应急预案,%!4"管理所应及时和当地政府联系$必要时要提前封闭公路桥$并有意识地为转移水闸周围的群众和重要物资做准备%!5"当预测到长江侧水位可能达到或超过7-5m或水闸两侧水位差超过4.0m时，在水闸两侧水位向平后就要有准备地开启中孔闸门$先小开度引水，适当抬高内河水位%伴随着长江水位的升高，4个边孔也按次序逐步对称开启，小开度引水，以降低水闸两侧水位差，防止水闸出现滑移，保证安全运行%<;<:抗滑应急抢修方法!1"临水面滑坡的抢护方法%抢护的基本原则是尽量增加抗滑力，尽快减小下滑力，先固脚，后削坡%具体方法有&做土石戗台，在滑坡阻滑体部分做土石戗台，滑坡阻滑体部分一时难以精确划定，最简单的办法是，戗台从堤脚往上做，分两级，第一级厚度1.5-2.0m,第二级厚度1.0-1.5m;做石撑，该法用于滑坡段较长，水位较高（堤脚压重，保证滑动体稳定，制止滑动进一步发展，最简单的办法是堤脚抛石块'石笼'编织袋装土石等抗冲压重材料，在极短的时间内制止崩岸与坍塌进一步发展;背水坡贴坡补强，当临水面水位较高且风浪大，做土石戗台'石撑等有困难时，应在背水坡及时贴坡补强%贴坡材料应选用透水的材料，如沙'沙壤土等，背水坡贴坡的长度要超过滑坡两端各3m以上%!2"背水坡滑坡的抢护方法%基本原则是减小滑动力，增加抗滑力，即上部削坡，下部堆土压重%第5期王亚乒$等&基于四类水闸安全管理探讨71如滑坡的主要原因是渗流作用时应同时采取.前截后导/的措施%具体方法有&削坡减载$在临水面上做截渗铺盖$减少渗透力（及时封堵裂隙$阻止雨水继续渗入（在背水坡面上做导渗沟$及时排水$可以进一步降低浸润线$减少滑动力%<;=抗震裂缝应急措施由小河水闸安全鉴定报告知$小河水闸闸室和翼墙抗震系数不满足规范要求$同时在高水位下$会导致裂缝渗水$根据实际情况制定以下措施% !#"请专业施工队加固闸室和翼墙$通过设立锚固杠等措施加强闸室和翼墙的抗震系数% !2"在汛期$加大巡查力度$同时与地震部门密切接触$防止汛期高水位与地震对水闸安全造成双重影响$如得知近期有地震产生$需迅速开展工作$讨论加固办法$无法解决的困难$需及时上报主管部门请求协助%<;>裂缝险情的抢修方法!#"开挖回填&这种方法适用于经过观察和检查已经稳定，缝宽大于#cm,深度超过#m的非滑坡!或坍塌崩岸"性纵向裂缝%沿裂缝开挖#条沟槽,挖到裂缝以下0.3-0.5m深，底宽至少0.5m,边坡的坡度应满足稳定及新旧填土能紧密结合的要求,两侧边坡可开挖成阶梯状,每级台阶高宽控制在20cm左右，以利稳定和新旧填土的结合％回填土料应和原堤土类相同,含水量相近,并控制含水量在适宜范围内%土料过干时应适当洒水%回填要分层填土夯实,每层厚度约20cm,顶部高出堤面3~5cm,并做成弧形，以防雨水入侵％!2"横墙隔断:沿裂缝方向，每隔3-5m开挖#条与裂缝垂直的沟槽,并重新回填夯实,形成梯形横墙，截断裂缝％墙体底边长度可按2.5~3-0m来掌握,墙体厚度要便于施工,但不应小于50cm% !3"封堵缝口:灌堵缝口适用于裂缝宽度小于#cm，深度小于#m，不甚严重的纵向裂缝及不规则纵横交错的龟纹裂缝，经观察已经稳定时，可用灌堵缝口的办法，用细的沙壤土由缝口灌入，再用木条或竹片捣塞密实％沿裂缝作宽5~#0cm、高3-5cm的小土埂，压住缝口，以防雨水侵入％裂缝灌浆适用于缝宽较大、深度较小的裂缝，可以用自流灌浆法处理,即在缝顶开宽、深各0.2m的沟槽，先用清水灌下，再灌水土质量比为#50.#5的稀泥浆，然后再灌水土质量比为#50.25的稠泥浆，泥浆土料可采用壤土或沙壤土，灌满后封堵沟槽%如裂缝较深，采用开挖回填困难时，可采用压力灌浆处理，先逐段封堵缝口，然后将灌浆管直接插入缝内灌浆，或封堵全部缝口，由缝侧打眼灌浆，反复灌实，灌浆压力一般控制在50-#20kPa%=险情撤离方案=;9总体概况小河水闸流域新孟河上有多项工程正在施工，南部与京杭大运河衔接处有大型水利枢纽正在施工，河道中部各项疏浚工程也在有序开展，施工单位相对较多，首先各施工单位应编制各自的度汛安全预案，并呈交至相关管理部门备案%其次要依据现场勘察，各施工单位做好自身相应的安全度汛措施，成立了各自的防洪度汛领导小组%新孟河上各施工单位的施工围堰平均高程在5-3-5.6m之间，填筑质量应良好%本方案在一般高水位下，施工单位人员撤离方案，在特大洪水即新孟河遇50年一遇洪水时，小河水闸周边密集村庄村民的撤离情况，辐射范围为小河水闸周边#-5km%总体撤离思路按照防汛应急体系流程实施%=;<警戒水位人员撤离方案汛期新孟河水位达到警戒水位4-79m时，洪水将对河道范围内所有施工单位工程区造成威胁，但是洪水水位不足以漫过施工围堰，进而影响施工生产生活区，此时，由常州市新北区新孟河延伸拓浚工程建设管理处通知所有施工单位必须采取相关措施，加强施工场地巡查，杜绝人员靠近水淹区域%当发生人员受伤等情况时，由调度人员协调医用物资进行相应处理，发现水位有上升趋势或者其他险情，立即上报%同时可将部分施工人员调离低洼区，尽量在高程相对较高处进行施工作业%如水位有急速上升趋势，由各单位防汛领导小组指挥与其他部门配合，立即调离河道范围内所有施工人员，所有施工人员有序向高处撤离，具体撤退线路，各单位防汛领导小组提前开会商讨，且下达至各部门，由各部门通知下属施工队，具体施工队人员信息名单由各施工单位提前编制，并且精确核对，保证撤离时不落一人%新孟河河道特征水位如表#%当水位超4.79m时，各抢险施工队应调度一切可以调度的资源，组织机械设备运输度汛物资到生活区域周边硬化道路，应急救援人员使用编织袋装满黏土，在防洪度汛领导小组统一指挥下进行生活区周边硬化道路沿线堆码，阻隔洪水向生活区域蔓延％在#h内将本单位所有人员撤退至安置点％安置点由各单位防汛领导小组事先确定，安置点在附3V江苏水利2021年5月近居民点的$需事先与村部沟通$商议协定$安置点在镇上街道的$需事先与镇政府沟通$商议讨论可实施性%表1新孟河河道特征水位序号特征水位特征值/m150年一遇洪水位6.292警戒水位4.7935年一遇防洪水位4.564正常水位3.545控制低水位2.80 >:结:语随着我国水利工程建设的逐步深入$四类闸最终会被报废重建$在报废之前$虽然有的还在发挥社会效益$但是水闸的安全管理问题不容忽视%本文以小河四类闸为例$简述了四类闸存在的风险问题$结合实际采取相关措施$制定了相关抢修方法$确保工程能安全度汛$为其他同类闸站管理提供借鉴%参考文献!)1*袁静$卢发周$张颖$等.南京市江宁区病险水闸现状及除险加固对策)%*.水利技术监督$2018!1"&146%148.)2*胡安民.三四类病险水闸常见问题及除险对策)%*.黑龙江水利科技$2016$44!8"&51%52.)3*刘万新$刘俊义$丁洪亮.关于水闸除险加固工程设计的几个问题)%*.水利水电快报$2004!2"&17%19. )4*郑海远.涵闸加固工程中的固结及温度应力研究)P*.南京&河海大学$2008.$$$$$$$$$$$$$$$$$$$ %上接第68页&缓解京杭运河苏北段通航压力%今后还需根据工程实际运行情况$继续提高工程管理水平和技术水平$最大限度地发挥工程效益%参考文献!)1*梁锡$尤敦强.内河水道通航安全调查分析)%*.珠江水运$2010!7"46%47&.)2*谷亨忠$徐昌标.船舶通航安全对策的思考)%*.浙江交通职业技术学院学报$2008!1"&31%33.)3*何铁华，涂铁昆.VTS系统运行与通航安全)%*.珠江水运$2005!5"&31%32.)4*唐国榜，汤卫忠，杨嗣云.浅析通航安全技术论证中常见的问题及对策)%*.中国水运!学术版"，2007!7"&47.。
海河流域平原区水闸闸门防冰冻研究与实践摘要: 北方冬季河道会结冰，河道上的水闸闸门在冰压力作用下会发生变形。
在冰层附近，闸门会加速锈蚀，如养护不及时，其面板甚至被锈穿。
这些现象的发生，严重影响了水闸功能的发挥，威胁水闸的安全。
作者在海河流域水闸设计中，为了防止静冰压力对水闸闸门的破坏，先后采用了压力水射流法、压缩空气吹泡法、保温板法等多种方法进行比较研究及实践。
通过几个冬季的运行观察，压力水射流法效果最佳，建议在其它水闸工程中推广使用。
关键词: 闸门; 冰冻; 压力水射流法; 压缩空气吹泡法; 保温板中图分类号: TV698．26 文献标志码: A 文章编号: 1001-5485(2013) 09-0033-04Research and Practice of Protecting Sluice Gate from Freezing in the Plain of Haihe River BasinDU Lei-gong，LIU Wan-xinAbstract: Sluice gate is generally distorted under the ice pressure in icy river of north China．The corrosion of sluice gate will accelerate，and even the steel plate of the gate will be penetrated right through around the ice layer if not maintained in time．The function and safety of the sluice will be severely affected．In the present research，methods including pressure water jet，compressed air bubble，and heat-preservation board are tested and evaluated to prevent the static ice pressure from damaging the sluice gate in Haihe River Basin．The pressure water jet method is proved to be the best approach by observation through several winters，and is suggested to be applied to sluice project in cold regions．Key words: sluice gate; freeze; pressure water jet; compressed air bubble; heat preservation board1 研究背景根据气象资料，海河流域在每年的11月份中旬进入冬季，河流开始结冰，冰期在50～100 d，平均最大冰层厚度61cm。
处于河道中的水闸闸门，由于受到巨大冰压力的作用，常常发生闸门倾斜、面板变形等现象，变形严重的会致使闸门不能开启。
有的闸门经过多年的冰冻作用，如果养护不及时，闸门面板严重老化，甚至被锈穿，使水闸失去挡水功能。
同时闸门和门槽会冻结在一起，如若不经化冰强行提闸，则致使启闭机超负荷运行，甚至会发生钢丝绳断裂、机架桥混凝土裂缝、启闭机损坏等事故。
水闸受冰冻破坏，大大缩短了其使用寿命，严重威胁水闸安全。
冰压力主要有静冰压力、动冰压力、升降力及堆冰压力4 种，海河平原水闸闸门主要是受静冰压力的影响。
为了使水闸闸门免遭静冰压力的破坏，结合海河流域的冰冻特点，在水闸闸门防冰冻设计中，要找到一种经济、实用的方法，以延长水闸的使用寿命，使水闸的功能得到充分发挥。
2 海河流域河流冰冻特点海河流域年平均气温由南往北、由平原向山地降低，温度变化在0～14．5℃。
极端最高气温一般出现在6，7月份，极端最低气温一般出现在1，2月份。
海河流域越往北，河流开始结冰的日期越早，消冰解冻的日期越迟。
海河平原位于山海关、蓟县、房山、满城、邯郸、焦作以南，以东到渤海，海拔在100 m以下，包含北京、天津、河北省及山东省等地的低海拔地区。
根据中国气象局中国气象科学数据共享服务网资料数据［1］，分析海河流域代表性气象站1971-2000年气候特征值可见: 海河流域平原区北京、天津及河北等地区在每年的12月及次年的1月、2月份的月平均气温在0～-10℃之间，属于寒冷地区。
北京气象站全年月平均气温为12．3℃，月极端最高气温为41．9℃，月极端最低气温为-18．3℃，1月份月平均气温为-3．7℃; 天津气象站全年月平均气温为12．6℃，月极端最高气温为40．5℃，月极端最低气温为-17．8℃，1月份月平均气温为-3．5℃; 河北省乐亭气象站全年月平均气温为10．6℃，月极端最高气温为37．9℃，月极端最低气温为-23．7℃，1月份月平均气温为-5．8℃。
据统计［2］，我国华北平原日平均气温低于0℃的为39～89 d，最低气温低于0℃的累积为67～122 d，统计数据见表1。
从表1 可以看出，华北平原区域内随着纬度的增大，日平均气温≤0℃持续天数、日最低气温≤0℃的累积天数都具有明显的增大趋势。
通过对海河流域河流主要测站冰期观测［3］，其特征值见表2。
观测资料显示，海河流域主要河流最早的初冰期为11月初，最晚解冰期为4月初，平均最大冰厚为61cm。
3 冻冰对水闸闸门的破坏形式根据有关研究文献，河流结冰后，冻冰对水闸闸门的破坏形式一般有静冰压力破坏、动冰压力破坏、升降力破坏及堆冰压力破坏4 种。
3．1 静冰压力破坏闸门受静冰压力作用而产生破坏。
静冰压力是指水在结冰过程中体积会膨胀，当受到闸门、岸边或建筑物的约束而产生的力，也称之为膨胀压力。
关于静冰压力的研究，国外从20 世纪20 年代已经开始，提出了不少静冰压力的计算方法。
冰层膨胀压力的大小主要与冰层状态、周边约束条件、冰层长度及冰层厚度等因素有关。
一些国家根据试验采用静冰压力值，例如加拿大对于大坝和其它刚性建筑物，采用冰压力值为149～223 kN/m; 20 世纪初至50 年代，在美国、加拿大、瑞典和挪威4 个国家实测17 个工程的冰压力大小，在冰表面附近冰压力有150～750 kN/m，沿着冰层向下，压力有所减小; 东北勘测设计院科研所根据对东北4 省区5 座水库的观测，也提出了以气温、冰厚等为参数的静冰压力计算公式。
不同国家对静冰压力做了规定或提出了计算公式，可以看出对于闸门这样的薄壁结构，如果考虑冰压力，其荷载相当大。
又由于静冰压力荷载几乎是以线荷载作用在闸门顶部，其作用点一般取冰面以下1 /3 冰厚处，如将此荷载作为设计荷载，则闸门的用钢量将成倍增加。
因此，在钢闸门设计规范中，应采取措施使“闸门不得承受静冰压力”［4］。
3．2 动冰压力破坏闸门受到动冰压力而破坏。
动冰压力是指河道中漂浮的冰层或冰块，在风力或水流推力作用下对闸门的撞击力。
撞击力的大小决定于冰层或冰块在撞击瞬间的有效动能。
此外，冰的强度(Rc) 也是影响撞击破坏的重要因素。
冰的强度随着气温的降低而增加，当气温在0～-30℃变化时，冰的强度一般在0．45～3．50 MPa。
流冰期冰的强度一般为0．3 MPa。
3．3 升降力破坏闸门受到冰层升降产生的升降力而破坏。
升降力是指冰层与闸门前缘冻结在一起，当水位升高或下降时，冰层对闸门的上抬或下曳力。
这种力主要取决于冰层的弯曲或剪力强度，与水位的变化速度也有关。
冰的抗弯强度一般取为其抗压强度(Rc)的0．75倍。
3．4 堆冰压力破坏堆冰压力是指上游来冰(或冰花) 在风力作用下，松散的碎冰块堆积在闸门前缘而产生的堆冰压力。
这种压力主要取决于堆冰厚度，其作用力特点类似于土压力。
4 水闸闸门冰冻破坏实例海河流域在上个世纪修建的水闸基本没有采取防冰冻的措施，闸门及门槽在冰压力作用下破损情况相当普遍，造成闸门及埋件锈蚀严重。
钢闸门在河道冰压力的长期作用下，闸门变形日趋严重，尤其是闸门面板与冰层接触部位老化更加严重，有的闸门面板甚至被锈穿，造成闸门漏水。
有的钢闸门止水冻坏，造成止水不严，使水闸失去了挡水功能。
1963 年冬季，海河防潮闸闸门因破冰不及时，致使闸门与门槽冻结在一起。
当时未经化冰强行提闸，致使起吊钢丝绳被拉断，闸轮拉碎，闸门与门槽均损坏。
1959 年1月永定河官厅水库下游出现冰坝溃决，当时北京三家店拦河闸闸门被冰冻死，无法开闸泄冰，当大量冰块涌入时，致使大量冰块堆积在闸前，甚至翻过闸门。
在巨大的冰压力作用下，闸门产生了明显的变形，影响闸门启闭的灵活性。
回龙山水库溢流坝设有13 扇12 m× 8．4 m弧形闸门，由于该闸门未采取防冰冻措施，检查发现2号闸门向上抬高近3cm，造成库水下泄。
门的左上角向下游倾斜达7．7cm，造成水封与轨道脱离，闸门梁、板等严重变形，闸门开启及检修困难。
因此，要重视水闸闸门的冰冻问题。
虽然海河流域平原区水闸在冬季启闭的机率不多，但对于冬季有启闭要求的闸门，如果不采取措施防止冻结，将会造成闸门不能正常开启，甚至发生启闭机设备破坏事故，故必须更加重视这些闸门的防冰冻问题。
5 水闸闸门防冰措施为了防止水闸钢闸门冻结和在闸门前形成冰盖，影响闸门启闭或产生较大冰压力，致使闸门启闭机超负荷运行，就必须采取有效的预防措施。
防冰及防冰冻的方法要根据闸门布置形式、运行工况，以及水温、气温和冰清确定。
首先，闸门在制造时，应选择具有强度高、可焊性好、冲击韧性高和脆性转变温度低等性能的钢材。
在最低气温条件下，闸门止水材料应保证其物理力学性能。
闸门主轮和弧门支铰的润滑剂选用低温润滑脂或低温自润滑轴承。
液压启闭机其液压油的凝固点应低于当地日最低气温10℃。
金属结构防腐材料选用低温漆或金属热喷涂保护，封闭漆应具有良好的耐低温性能。
其次，应选择适宜的方法防止闸门前水体冻结，在闸门前冰盖上应保持有一条不结冰的水域或条带水缝。
形成不结冰水域的方法有冰盖开槽法、压力水射流法、压缩空气吹泡法及保温板法等。
5．1 冰盖开槽法为了防止闸门前水结冰，在闸门前形成一道不结冰的沟，沟的宽度一般为0．5～1．5 m即可。
过去对于防冻线不长及冰层厚度不大的闸门前沿，多采取人工破冰，或加一道多孔隙性的垫料，以缓冲其冰压力，有的采取定期浇蒸汽、热水的方法。
机械开槽可以提高开槽的速度，但仍需人工将碎冰捞出，还需定期循环作业，以保持水槽内结冰厚度不大于1cm。
开槽法必须在闸门前冰盖厚度达到可以承受双人冰上作业时才能实施，这种人工方法既不安全，防冰效果又不好，已经逐步被其它方法取代。
