液壓升降壩在沙里河河道綜合整治中的應用

王業(yè)紅，黃 為

（1.遼寧省水利水電勘測設計研究院，遼寧 沈陽 110006；2.遼寧省水利水電科學研究院，遼寧沈陽 110003）

1 概況

沙里河河道綜合整治工程位于內蒙古赤峰市巴林左旗縣城南，林東鎮(zhèn)西南方向，烏力吉沐淪河一級支流沙里河上。整治工程在沙里河林東橋～無限載路橋段（間距1.45 km，高差5.00 m）河道上修建三道攔河壩形成3個河道人工湖，解決規(guī)劃新城區(qū)的防洪安全問題和改善沙里河河道環(huán)境，建設水安全、水環(huán)境、水景觀、水文化、水經(jīng)濟、水管理六位一體的現(xiàn)代城市生態(tài)水利系統(tǒng)。

本流域屬中溫帶大陸性季風氣候區(qū)，全年四季分明，春季多風干旱溫差大，夏季多雨氣溫高，秋季風大霜來早，冬季嚴寒北風多。多年平均氣溫為3～6℃，極端最低氣溫-40.00℃，極端最高氣溫42.00℃。年平均降水量為350.00～400.00 mm，降雨季節(jié)性明顯，主要集中在6月到8月份，占全年降水量的77%左右，冬季降水少，只占全年降水的2.5%左右，洪水頻率3.33%流量為375.00 m3/s。

沙里河從發(fā)源地起一直經(jīng)過沙丘地帶，全流域植被破壞，沙化嚴重。水文年鑒所載實測最大含沙量72.70 kg/m3，但年鑒很多年份的沙峰缺測，特別是大洪水時，沙峰大部分缺測。根據(jù)現(xiàn)場調查，沙里河1990年洪峰達1000年一遇，洪水過后沙里河淤積極為嚴重，遼上京遺址處淤積達2.00 m，實測的最大有含沙量的流量為660.00 m3/s。

壩址區(qū)處于構造活動相對穩(wěn)定區(qū)，近期未發(fā)生過中強以上的地震。在勘察區(qū)測繪中未發(fā)現(xiàn)新構造運動對巖土體及建筑物產(chǎn)生斷裂破壞痕跡及不良地質作用。3座攔河壩均處在同一地貌單元，地層結構基本一致。場地地層屬第四系全新統(tǒng)和上更新統(tǒng)的河流沖洪積地層，地層分布較連續(xù)、穩(wěn)定，以砂土為主，部分地段見有粉質粘土透鏡體。地層主要為中砂、礫砂和圓礫等，滲透系數(shù)較大，均為中至強透水性層。

2 壩型方案設計

根據(jù)河道整治規(guī)劃，三道攔河壩總落差5.00 m，通過壩高、兩岸堤防高度綜合比較確定三道攔河壩高度為2.00 m，要求三道攔河壩能夠在枯水季節(jié)擋水，在汛期能夠泄水排沙，同時盡量降低對河道行洪不利影響。

采用固定堰壩將對行洪斷面產(chǎn)生影響，加大堤防防洪標準，而且淤積問題較難解決；采用弧形門、平板鋼閘門等常規(guī)閘門，雖然泄流能力大、運行調度靈活，可以通過閘門調度渲泄各種頻率的洪水，但金屬結構及土建工程量較大，上部需設置啟閉設備和啟閉機房，投資較高，施工復雜，工期長，而且管理麻煩，運行維護費用高，需配專人管理，冬天需破冰，同時，不能排泄水面漂浮物，外觀不夠美觀。因此，設計時排除了固定堰壩和常規(guī)的平板鋼閘門結構形式。

3 壩型比較

根據(jù)初步擬定的基本壩型，結合沙里河氣象、水文及規(guī)劃景觀要求，對上述3種壩型進行綜合比較。

（1）橡膠壩

優(yōu)點：緊貼河床不阻水，結構簡單、壩體跨度大、自重輕、抗震性能好，美觀。

缺點：安全性、可靠性較差，使用壽命短；增加泵房，機電設備；壩袋易被漂浮物或尖銳物損壞；洪水期坍壩調度與蓄水難以協(xié)調，運行管理難度較大，需常了解上游水位情況來決定壩袋充高與坍壩；充水式橡膠壩冬季冰凍容易損壞壩袋，而充氣式橡膠壩不能調節(jié)壩高，不易控制下泄流量，容易水流集中引起河床局部沖刷，同時需配專人管理，冬天需破冰。

（2）水力自控復合運動滾輪滑輪軌型翻板閘門

優(yōu)點：能根據(jù)上游水位自動調節(jié)，造價低、結構簡單，施工期短，管理運行方便。

缺點：阻水，經(jīng)不住特大洪水的沖擊；易被漂浮物卡塞或上游淤積不能自動翻板；洪水過后，翻板門再關上時被異物卡住，造成大量漏水。

1984年11月份，《建設工程招標投標暫行規(guī)定》正式開始實施，同時也推動了我國招標代理行業(yè)的發(fā)展。到如今，招標代理行業(yè)已經(jīng)有了三十年的發(fā)展歷程，在我國市場上已初具規(guī)模。優(yōu)秀的招標代理機構出于其豐富的招標經(jīng)驗與專業(yè)化的招標能力，往往能夠明顯地提升招標質量與招標效率，在市場上有著重要的地位。但隨著時代的發(fā)展，招標代理行業(yè)積累了越來越多的弊端，其在發(fā)展過程中存在的問題日益突顯，甚至部分學者與行業(yè)內人士對招標代理行業(yè)的能力優(yōu)勢與存在價值產(chǎn)生了懷疑。因此，招標代理行業(yè)應該積極對待行業(yè)改革，招標代理機構需要及時認識到自身存在的問題并進行改進，從而促進招標代理業(yè)長遠發(fā)展。

（3）液壓升降壩

優(yōu)點：吸收橡膠壩和翻板閘各自優(yōu)點，改善兩者的缺點，象攔水閘一樣堅固耐用，具有成本低、結構堅固可靠，使用壽命長，泄洪能力強，自動化程度高等優(yōu)點。

缺點：不如橡膠壩美觀。

橡膠壩和翻板閘優(yōu)點和缺點均較明顯，但上述3種壩型通過合理設計仍可以滿足本工程要求，下面結合沙里河具體特征進行比較。

（1）防洪與蓄水。沙里河屬季節(jié)性河流，汛期與非汛期河道流量相差懸殊，因此為協(xié)調防洪與蓄水矛盾，要求攔河壩在汛期能夠快速垮壩，汛后又能及時恢復擋水狀態(tài)。液壓升降壩和翻板閘通過工程設定可以滿足該要求，橡膠壩則需要收集上下游水文資料經(jīng)分析后再決策，往往大水尚未過完就升壩，需要再次坍壩，或者升壩后人工湖難以蓄滿，造成水量損失。

河道行洪時要求設計的建筑物盡量少占河道斷面，相對而言翻板閘占用河道行洪斷面較多，因此翻板閘設計時一般對河道寬度有一定要求，而液壓升降壩和橡膠壩（閘墩影響可忽略）在行洪時均緊貼河床，基本不影響河道行洪。

由于河道行洪涉及到城市居民生命財產(chǎn)安全，因此在攔河壩不能自行坍壩時，可以強行控坍壩，橡膠壩和液壓升降壩均具此特征。

（2）泥沙。沙里河泥沙含量較大，3種壩型對汛期過水過沙基本沒有差別，但橡膠壩存在泥沙對壩面的磨損問題，特別是大汛時推移質以較高流速通過時更為嚴重。

3種壩型在洪水過后對淤積泥沙反映有所不同，泥沙淤積小且較為松散時，翻板閘可以正?；芈洌坏┯俜e厚度較大或泥沙板結，通過回門縮小過流斷面不能沖開淤積，那么眾多閘門中只要有一扇不能正?；亻T，將影響人工湖正常蓄水。橡膠壩一旦壩面淤積較厚，將對充水（氣）設備提出較高要求或者要求人工清理，否則壩袋不能正常升降。液壓升降壩則可以通過液壓裝置強行頂開壩面淤沙升壩，由于液壓升降壩設計時考慮了過水時升壩工況，因此頂開淤積對液壓裝置沒有特殊要求。

（3）凍冰。盡管冰凍在理論上對充水式橡膠壩影響不大，可以適當降低內壓比運行，但實際操作一般都實行了人工鑿冰措施以確保橡膠壩安全，同時浮冰對壩袋（充水或充氣）也存在安全隱患。

早期翻板閘采用的直立式結構受冰凍影響較大，后期第三、第四代翻板閘均采用了向下游傾斜結構，大大改善了凍冰對其結構影響。

液壓升降壩吸收了翻板閘傾斜優(yōu)點，向下傾斜15°，北方冬季結冰不會對其造成損壞。

（4）漂浮物。盡管城區(qū)段人工湖定期清理漂浮物，但汛期漂浮物（特別是樹枝）可能卡住翻板閘導致起翻或回落困難，又沒有強制起落設施，極有可能威脅到行洪安全；漂浮物（特別是尖銳物）可能刺穿或損傷壩袋。

上述隱患對液壓升降壩均不存在，而且可以在損失極小水量前提下方便排污。

從工程投資角度來說，3種活動壩型投資相差不多，均較常規(guī)水閘節(jié)?。粡男购楹拖芙嵌葋砜?，液壓升降壩和橡膠壩較優(yōu)；從運行管理上說，在功能一致時，翻板壩的費用最優(yōu)，液壓升降其次；從穩(wěn)定性看，常規(guī)水閘和液壓升降壩最優(yōu)，翻板閘穩(wěn)定性較差。因此，液壓升降壩具備投資省、泄洪效果好、可靠性和自動化程度高等特點，比較適合北方缺水地區(qū)、冰凍嚴重和多泥沙河道特征。沙里河綜合整治工程攔河壩確定采用液壓升降壩。

4 液壓升降壩工作原理

液壓升降壩是最近兩年發(fā)展推廣的新型壩型，力學結構科學、不阻水、不怕泥砂淤積；不受漂浮物影響；放壩快速，不影響防洪安全；結構堅固可靠，抗洪水沖擊能力強。它在充分考慮傳統(tǒng)的活動壩型缺陷基礎上，具有橡膠壩可控、緊貼河床不阻水特點；具有翻板門壩自控、任意保持水位高度特點；具有平板閘堅固耐用的特點。

液壓升降壩工作基本原理：采用自卸汽車力學原理，結合支墩壩水工結構型式的一種壩型，具備擋水和泄水雙重功能。

液壓升降壩的構造由弧形（或直線）壩面、液壓桿、支撐桿、液壓缸和液壓泵站組成。液壓升降壩采用液壓桿升降以底部為軸的活動攔水壩面，實現(xiàn)升壩攔水，降壩行洪的目的；采用支撐桿支撐活動壩面的背面，構成穩(wěn)定的支撐墩壩；采用聯(lián)動鋼鉸線帶動定位銷，達到支撐墩壩固定和活動的相互交換；采用浮標開關，控制操作液壓系統(tǒng)，達到無人管理，根據(jù)洪水漲落，實現(xiàn)活動壩面的自動升降。

5 液壓升降壩特點

（1）投資。壩面采用鋼筋混凝土結構，基礎上部的寬度只要求與活動壩高度相等，同時液壓系統(tǒng)簡便，因此，工程成本較低。

（2）結構性能。壩面升起后，形成穩(wěn)定的支撐墩壩結構，力學結構科學，抗洪水沖擊的能力極強。

（3）泄洪能力?；顒訅蚊娣诺购?，壩面只高出基礎約20.00 cm，達到與橡膠壩同樣的泄洪效果，行洪、沖沙、排漂效果良好，而且，遭遇特大洪水也不會對結構造成損壞。

（4）自動化：采用浮標開關控制，操作液壓系統(tǒng)，可以達到無人值守，管理方便。

（5）維護管理：部件經(jīng)久耐用，更換容易，維護管理費用較省。

（6）美觀：壩面可噴色彩、文字、圖案；活動壩面高度可隨意調節(jié)、演示；上游有漂浮物時，只要操控一下液壓系統(tǒng)，即可輕松地沖掉，使河水清澈；上游水量較大時形成瀑布景觀和水簾長廊奇觀，可供游人觀賞。