從調研中看小型攔河壩閘壩的設計與選型

李 陽，趙建宇

(黑龍江省引嫩工程管理處，黑龍江大慶163000)

黑龍江省小型攔河閘壩工程有800多座，控制灌溉面積10.87萬hm2。大部分攔河閘壩為砂石壩、柴石壩和堆石壩，永久性攔河閘壩采用的型式近20種，如消能壩，混凝土L型和h型壩、裝配式面板壩、橡膠壩、立軸翻轉閘、雙支點水力自動翻版閘等。從地域上看，各種小型攔河壩多分布在山區(qū)和半山區(qū)的水稻種植帶。

小型攔河閘壩工程規(guī)模小，但數量多，分布面廣。群眾自建的臨時性工程，差不多年年都需要加固或修復1～2次。近幾年各地修建的永久性攔河壩，也多存在著盲目引進和設計粗糙等問題，每年汛期都有一定數量永久性工程發(fā)生不同程度的水毀。系統(tǒng)地總結近兩年的洪水對小型攔河閘壩的破壞情況，探討小型合閘壩設計中應解決的問題，提出不同類型攔河閘壩的適應條件，是我省山區(qū)和半山區(qū)小型攔河閘壩建設急待解決的問題。

1 小型攔河閘壩的水毀程度和形式

近幾年，黑龍江省各市縣廣泛交流了攔河閘壩設計、施工、管理等方面的經驗和教訓。綜合全省小型攔河閘壩的水毀程度和水毀形式為:

1.1 水毀程度

為了與水毀攔河閘壩的重建、局部改建和局部修補結合起來，我們將攔河閘壩的水毀程度劃分成4級，即嚴重水毀、局部水毀、輕度水毀和無水毀。

臨時性攔河壩(包括砂石壩、柴石壩和堆石壩等)全省近700座，嚴重水毀占60%以上，其余的30%以上為局部水毀。在東部地區(qū)，臨時性攔河壩基本上都是毀滅性的損失。

永久性攔河閘壩(包括鐵絲石籠壩、轉配式面板壩、鑄鐵架式插板閘等。鐵絲石籠壩屬于半永久性攔河工程，因其設計標準低，極易遭到洪水破壞;如訥河市共有36座鐵絲石籠壩，全部遭到嚴重和局部水毀，其中屬于嚴重水毀的占9座。裝配式面板壩因壩體結構整體性較差，設計和施工中的問題較多，水毀也較嚴重;如嫩江縣嚴重水毀的6座永久性攔河壩中，裝配式面板壩就占5座;富?？h共有6座裝配式面板壩，嚴重水毀就有4座。鑄鐵架式插板閘是由混凝土拆線堰和鑄鐵閘架組成的閘壩結合式攔河工程，由于河流漂浮的枝柴多，嚴重的著掛在鑄鐵扎架上形成了枝柴壩，嚴重阻水，造成鑄鐵架式插板閘壩嚴重水毀，如克山縣有鑄鐵架式插板閘十幾座，洪水中全部嚴重和局部水毀，大部分攔河工程還造成了河流漫灘或改道。

水毀程度較輕的有雙支點水力自動翻板閘等，消能壩的消能效果好，壩體穩(wěn)定性強，水毀程度較輕;在現場調查的5座鈄流消能壩中，有2座屬于局部和輕度水毀，多因攔河壩阻水造成壩段繞流沖刷破壞;另外4座皆完好無損，皆屬于幾種或分散設置泄洪排沙口的多孔口鈄流消能壩。雙支點水力自動翻板閘，能根據水位變化自動開關，泄洪能力強，運行較為可靠。據調查全省現有雙支點水力自動翻板閘中，無一水毀，且閘前無淤積無掛柴無淹沒現象。

1.2 水毀的主要形式

按著攔河閘壩水毀部位劃分，其主要水毀形式有以下4種:

1.2.1 壩段繞沖

現場調查的我省東部永久性攔河閘壩，出現壩段繞沖的占74%，其中因壩肩失穩(wěn)被沖開或上游河堤決口，使主河槽改道的幾座多發(fā)生在砂礫質河灘，單一種形式的攔河壩，攔河壩上無泄洪排沙閘口或泄排口很少的情況下。

1.2.2 壩體破壞

永久性攔河閘壩中嚴重水毀的站20%，多數為壩體破壞。主要發(fā)生在砂礫質河床，壩基較淺的輕型攔河壩和整體性較差的裝配式面板壩上。如一些人字架式面板壩，連拱壩，裝配式面板壩等，工程基礎埋深一般僅1～2 m，因消能不好造成壩下嚴重沖刷，壩體失穩(wěn)而遭到全部水毀;克山縣龍頭樁基框架薄壁壩，也是座落在沙礫地基上，洪水期壩下框架內的塊石被淘空，造成滲徑短路，框體與樁基間的節(jié)點被剪斷，壩體向下移傾覆破壞。

1.2.3 引水閘渠破壞

多與壩端繞沖或洪水漫談相關。據現場調查，進水閘水毀的約占30%，閘后渠道水毀或嚴重淤積的占49%。

1.2.4 淤積

除全部為攔河閘和閘壩結合型的攔河閘壩之外，大部分單一型式的攔河壩淤積嚴重，砂礫質都淤平樂壩頂上游;水土流失嚴重地區(qū)的礫石質河道，也有嚴重淤積的，如克山縣光復人字架面板壩，在壩上游卵石最大淤高超過壩頂0.8 m，壩下游也基本淤平至壩頂。

2 小型攔河閘壩設計應解決的問題

全省小型攔河閘壩工程水毀嚴重，除了因大部分地區(qū)洪水超標之外，很多縣區(qū)在小型攔河閘壩設計中，缺乏必要的水情、穩(wěn)定和強度計算，設計粗糙，盲目引進是其根本原因。攔河閘壩工程只有適應山區(qū)河流的特性和運行特點，才能保證它的安全運行和使用壽命。為此，小型攔河閘壩設計必須解決好以下4個問題:

2.1 在總體布局上應處理好設障與行洪的關系

山區(qū)河流比降大，流速大，洪水暴漲暴落，破壞力強。在河道上修建攔河壩，實際上是在河道主槽上設障，勢必影響行洪，使不該出槽或造成上游河堤決口，影響灘地農業(yè)，危機攔河壩的自身安全。這就要求在攔河閘壩的總體布局和設計上，盡量加大主河槽的泄洪流量，保護壩頭和灘地，使其在超標準洪水時，盡量減少攔河工程和灘地農業(yè)的損失。

2.1.1 攔河閘壩要有足夠的長度

建設攔河混閘壩，上游河寬必然增加，為保證行洪閘壩長度一般應比上游正常河寬增加1.2～1.5倍。為保持河勢和減少投資，在攔河閘壩設計中，可取壩長的1/4～1/5作為自潰壩，以保證超標準洪水時自潰，防治河流繞沖改道。

2.1.2 在攔河工程的選型上，應盡量選擇閘壩結合型

這里所說的閘不是指一般攔河工程設的1～2孔沖砂閘，而是指在攔河工程主流斷面上設置必要長度的泄洪閘和泄洪口，以控制河勢，增大洪水時的泄洪流量。

2.1.3 加強壩頭防護

攔河壩端除設置必要長度的導流翼墻和護岸外，在與軟灘地聯接時，還應按順壩方向向灘內設置一定長度的防滲防繞沖的暗刺墻攔河閘壩上游側無河堤或為低標準砂土河堤時，應加強護岸林帶建設。

2.2 處理好枝柴，泥沙排泄與引水的關系

山區(qū)河流洪水期漂流的枝柴多，粗顆粒的推移質砂礫石多。極易著掛在攔河建筑物上和堆積在攔河壩前，影響行洪堵塞引水口。因此，必須處理好洪水期枝柴和泥沙下泄問題。

1)洪水期漂浮枝柴較多的較大河流，攔河閘壩不宜采用鑄鐵閘架立軸翻轉閘盒橡膠壩，易于掛柴和被枝柴破壞的結構形式。應盡量采用雙支點水力自動翻版閘或多孔鈄流消能壩等。

2)洪水期推移質泥沙較多，易造成攔河建筑物上游淤積時，不宜采用單一種類型的攔河壩，應盡量采用閘壩結合型和全閘型的攔河閘壩。在進水閘口側的沖砂閘，應有足夠的深度和寬度，以保證進水閘正常引水。

2.3 處理好水毀攔河壩改造與舊壩利用的關系

小型攔河壩的水毀破壞往往是由于總體布置不適宜山區(qū)河流的特性而造成的。因此當小型攔河壩出現嚴重或局部水毀時，不要盲目的封堵沖口，不宜全部拆除急于重建攔河壩，應認真分析水毀成因再充分利用剩余壩段和原基礎材料的前提下，適當改變沖口部位的閘壩形式，是恢復后的攔河壩變成多排泄孔口壩，永久與自潰相結合壩、閘與壩相結合等復合型攔河閘壩，以適應山區(qū)河流的特性。

2.4 處理好攔河閘壩老化病害與應用新材料修補的關系

小型攔河閘壩多用傳統(tǒng)的建筑材料修筑，設計標準低，施工質量差。經多年運用極易出現老化病害，在攔河閘壩的不同部位出現混凝土和漿砌石結構的沖蝕、磨蝕、凍蝕剝蝕等現象是很普遍的，如不及時修補勢必造成工程水毀。因此，應有針對性的選用防滲、抗沖耐磨、抗凍融等新材料進行修補。如土工膜和土工布等防滲反濾材料;直接加入拌合混凝土和砂漿中而祈禱改性作用的無機膠凝材料和高分子聚合物材料等。

3 不同類型攔河閘壩的適應條件

從攔河閘壩的水毀程度和水毀形式分析中可以看出，不同類型的攔河閘壩的適應條件是不同的。根據某一條河流上某一壩址的具體情況，有真對性的選擇閘壩型式，才能做到設計合理，運行安全可靠，造價相對低廉。把各種小型永久性攔河閘壩劃分成4種基本類型:即單一型攔河壩、多孔型攔河壩、閘壩結合型和全閘型。四類攔河閘壩其適應條件為:

3.1 單一型式的攔河壩

壩高＜1.2 m的輕型壩，如L和H型混凝土薄壁壩、人字架裝配式面板壩、裝配式連拱壩等;壩高＜2.0 m的重力式壩，如裝配式面板壩等。一般僅在進水閘側設1～3孔沖砂閘。這類單一形式的攔河壩，是目前我省采用最多的，也是近兩年洪水中破壞最重的一類。但其造價比較低廉，一般在下列條件下采用:

1)攔河設障后對行洪影響不大，出現超標準洪水時，漫灘淹地損失較小。

2)洪水期推移質砂量重，不存在壩前嚴重淤積影響正常引水的問題。

3)河床平坦，以礫石和卵石為主，河槽和岸灘都比較穩(wěn)定，不易出現河流改道問題。

依安縣1997年在建的紀三攔河壩，為單一型的鋼筋混凝土L壩，壩長180 m，壩高1.2 m，埋壓部分的底寬為3.5 m，河床為卵石，采用鐵絲石籠護坦消能。經兩次超標準洪水仍完好無損。右側灘地多次過水，但眼底損失很小，無壩段繞沖，無壩前淤積，僅是鐵絲銹蝕嚴重應予改造。

3.2 多孔口形式的攔河壩

多孔口攔河壩的單孔寬度一般為1.5～2.0 m，孔口的多少根據泄洪沖砂要求確定。一般采用較多的是多孔口鈄流消能壩，在壩高＜1.2 m地基穩(wěn)定的條件下，也可采用輕型壩，如鋼筋混凝土L和H型薄壁壩等。對V型河槽孔口應在主流部位幾種設置;對平底河槽孔口可沿壩長均勻布置?？卓谝话悴捎茂B梁式木制插板閘們，在洪水來臨前拆除;也可設計成木框架－土工膜式閘板，洪水時能自毀泄洪排砂。在壩長數百米的中型河道上，除設有一定數量的排泄孔口外，最好按3～10 a一遇的洪水標準，設置一段自潰壩，以保證較大洪水時的泄洪排砂能力，這類多孔口型攔河壩適合如下條件:

1)壩址處灘地寬闊，建壩后對行洪影響較大，洪水期易造成漫灘淹地，設置河主流改道。

2)河流上游植被較差，洪水期漂浮的枝柴很多，推移質泥沙量較大。

訥河縣拉哈鎮(zhèn)多孔口消能壩，設計壩長139 m，壩高2.0 m，設18孔單寬2.0 m的泄洪沖砂口，均勻分布在壩體上。經近10 a洪水考驗，壩上水深僅1.5 m，除部分孔口洪水期末及時拆除疊梁閘板，造成上游部分淤積外，工程完好無損。

3.3 壩閘結合型

當攔河壩高＞2.0 m時，宜修建閘壩結合型式的攔河工程，此處所謂的閘壩結合型可分為兩種型式:

1)是下半部采用固定式的壩體，一般為混凝土拆線堰或實用堰;上半部采用閘式結構，如單鉸門翻板閘、立軸翻轉閘等，這類閘體的高度一般＜1.0 m。

2)是攔河工程的兩側或一側為固定式的壩體，較適宜的壩型為鈄流消能壩和裝配式面板壩;在攔河工程的中部端或另一側采用閘式結構，目前較適宜的閘型為鋼筋混凝土雙支點水力自動翻板閘。

閘壩結合的型式其泄洪排砂能力要大于多孔口型的攔河壩，但小于全部閘式的攔河工程。閘壩結合型的攔河工程，具有較強的泄洪排砂能力，洪水期不易出現河水漫灘和主流改道現象，枯水季節(jié)又有一定的調蓄水量的功能。尤其是后一種橫向布置的閘壩結合型式，在攔河壩局部水毀的改建中，應廣泛采用。前一種上下部結合的攔河閘壩型式，在洪水期漂浮枝柴較多的較大河道上應謹慎采用。

3.4 全閘型

立軸翻轉閘、單鉸門翻板閘、雙支點水力自動翻板閘、橡膠壩、膜片拉索壩等，這類洪水期能自動開閉或用人工輔助開閉的閘盒軟體壩類，我們統(tǒng)稱為全閘型。全閘型攔河工程的最大優(yōu)點是基本上不影響河道正常行洪，泄洪排沙能力強，調蓄水量能力強。但在山區(qū)河流洪水期漂浮枝柴多，工程管理不善的條件下，多數閘型適用壽命較短。目前較好的全閘型為鋼筋混凝土水力自動翻板閘，在大連地區(qū)已推廣25座，運行效果良好。因其工程造價偏高，在其他地區(qū)推廣較少。

本文提出的探討性意見，意在對今后新建和改建攔河閘壩中能有所幫助。

［1］ 王富強.水力自控翻板閘門的應用發(fā)展及運行中存在的問題［J］.黑龍江水利科技，2008，36(6):80－82.

［2］ 祁慶和.水工建筑物［M］.北京:中國水利水電出版社，2004.