遼河干流生態(tài)治理橡膠壩施工與管理綜述

張立波

(鐵嶺市鐵嶺縣水利局，遼寧 鐵嶺 112000)

1 工程背景

遼河是我國七大江河之一，發(fā)源于河北省七老圖山脈的光頭山，流經(jīng)河北、內(nèi)蒙古、吉林和遼寧四省區(qū)，在遼寧省盤錦市注入渤海。遼河流域總面積21.96萬km2，其中遼寧省境內(nèi)的流域面積約為5.2萬km2。遼河全長1 345 km，其中遼寧省境內(nèi)福德店至河口河道長度537.9 km，遼河流經(jīng)遼寧省境內(nèi)的鐵嶺、沈陽、鞍山和盤錦四市及部分所屬縣鎮(zhèn)。但穿過市區(qū)的只有鐵嶺河盤錦兩市，其他城市則較遠(yuǎn)。

近年來，遼河流域持續(xù)干旱，干流來水偏枯，造成河道內(nèi)生態(tài)水面銳減，影響河道自然修復(fù)能力。根據(jù)遼河干流河道生態(tài)建設(shè)實(shí)施方案，在遼河干流福德店至河口之間的重點(diǎn)河道主槽修建11 座生態(tài)抗旱臨時(shí)蓄水橡膠壩，鐵嶺縣高強(qiáng)村，鐵嶺新區(qū)至調(diào)兵山公路橋下1 000 m處的遼河干流上修建橡膠壩1座。該處河道順直，主槽靠近右岸，距遼河大堤300 m左右，河道平面形態(tài)較穩(wěn)定。

2 工程概況

本工程位于鐵嶺縣高強(qiáng)村北遼河干流上，新調(diào)線下游1 000 m 處。壩體結(jié)構(gòu)為橡膠壩，壩體總長149 m，分3 跨，每跨49.0 m，設(shè)2 座1 m寬中墩。底板設(shè)計(jì)高程為48.00 m，壩袋高2.5 m，壩袋頂高程50.5 m，采用螺栓壓板式雙錨固充水橡膠壩。

在壩體前采用鋼筋混凝土鋪蓋，長10 m，厚0.5 m，消力池與壩底板間設(shè)水平段1 m，消力池與底板間以1∶4 陡坡連接，陡坡段水平長度7.5 m，池深1.50 m，池長10.9 m，后設(shè)0.6 m高尾坎。消力池下設(shè)海漫，總長18 m，為生態(tài)網(wǎng)箱結(jié)構(gòu)。左右兩側(cè)翼墻頂高程高于邊灘高程0.5 m，左岸頂高程52.0 m，右岸頂高程53.20 m，翼墻采用鋼筋混凝土懸臂式擋土墻，擋土墻頂寬0.4 m，右岸布置控制及配電系統(tǒng)。橡膠壩的充排水系統(tǒng)由集水池、管道泵、潛水泵、閥門、管道組成。通過引水管路將橡膠壩上游河水引入集水池，經(jīng)過過濾柵過濾，經(jīng)由管道泵將集水池內(nèi)的河水充入橡膠壩。壩袋排水采用自排和強(qiáng)排相結(jié)合的方式［1］。

3 鐵嶺縣新調(diào)線下游橡膠壩施工工藝

橡膠壩施工工藝包括施工前的準(zhǔn)備工作、土建施工和施工流程3個(gè)部分:

3.1 施工前的準(zhǔn)備工作

準(zhǔn)備階段的重點(diǎn)是臨時(shí)工程，由于工程條件的限制，臨時(shí)工程施工及前期工作重點(diǎn)落實(shí)水電及施工排水，利用冬季河流水位低、流量小的有利條件，進(jìn)行施工導(dǎo)流及基坑排水，基坑開挖等任務(wù)，保證施工順利進(jìn)行。

3.2 土建施工

橡膠壩的整體施工包括施工導(dǎo)流、基坑處理、主體混凝土、機(jī)電設(shè)備及埋件的施工。

前期主要任務(wù)是:

3.2.1 施工導(dǎo)流、圍堰填筑和施工排水

施工導(dǎo)流和圍堰填筑。其中施工排水也是較為關(guān)鍵的，在施工時(shí)，確保基礎(chǔ)施工在無水的條件下施工，保證工程質(zhì)量。

3.2.2 基坑開挖基坑開挖量也較大，主要包括:上游鋪蓋、壩袋段、消力池段和海漫段及防沖槽。

3.2.3 主體混凝土施工

主體混凝土施工主要包括:上游鋪蓋混凝土、壩袋底板混凝土、下游消力池混凝土、左右岸翼墻混凝土以及泵房地下層，總工程量約6 220 m3。根據(jù)各部位的特征以及總體施工規(guī)劃，先澆注壩袋底板混凝土，其次是下游消力池，同時(shí)兼上游鋪蓋及左右岸翼墻混凝土澆注，最后施工泵房?？紤]到工期以及工程質(zhì)量等因素，本工程采用商品混凝土澆注。

3.3 主要施工流程

施工流程包括:壩袋底板混凝土施工、下游消力池混凝土施工、上游鋪蓋混凝土施工、壩袋安裝、左右岸翼墻施工、海漫及防沖槽施工、電氣設(shè)備等控制系統(tǒng)工程7個(gè)部分。

3.3.1 壩袋底板混凝土施工

壩袋底板混凝土施工流程:基礎(chǔ)開挖、上下游齒槽鋼筋制安、模板安裝、混凝土澆注、水平段碎石墊層鋪筑、墊層混凝土澆注、壩袋充排水管道及測壓管管道焊接安裝、鋼筋制安、埋件及止水安裝、模板安裝、混凝土澆注、模板拆除及混凝土養(yǎng)護(hù)。

3.3.2 下游消力池混凝土施工

下游消力池包括斜坡段和水平段，先施工水平段再施工斜坡段消力池水平段施工流程:基礎(chǔ)開挖、上下游齒槽鋼筋制安、模板安裝、混凝土澆注、水平段土工布鋪設(shè)、粗砂鋪設(shè)、碎石鋪設(shè)、墊層混凝土、鋼筋制安、排水管安裝、模板安裝、混凝土澆注、模板拆除及混凝土養(yǎng)護(hù)。

消力池斜坡段施工流程:壩袋底板與消力池水平段的基面鑿毛、止水安裝、鋼筋制安、模板安裝、混凝土澆注、拆模養(yǎng)護(hù)。

3.3.3 上游鋪蓋混凝土施工

上游鋪蓋的混凝土除了沒有預(yù)埋管路之外，其他與壩袋底板混凝土澆注相同。

3.3.4 壩袋安裝

本工程橡膠壩全場149 m，分3 跨，中間設(shè)2個(gè)1米寬中墩。壩袋安裝主要是將壩袋邊緣錨固在預(yù)留的錨固槽內(nèi)。

壩袋安裝程序:壩袋底板及錨固槽和墊板清理、底墊片就位和鋪設(shè)、充排水管道出口水帽焊接安裝、錨固槽止水膠條鋪墊、壩袋就位及安裝、壓板安裝、緊螺栓、充水試驗(yàn)、檢查驗(yàn)收。

3.3.5 左右岸翼墻施工

左右岸翼墻混凝土澆注分墻墩和墻身澆注。

墻墩施工流程:基礎(chǔ)開挖、碎石墊層、墊層混凝土、鋼筋制安、預(yù)埋件安裝(充排水管道等)、模板安裝、混凝澆注、拆模及養(yǎng)護(hù)。

墻身施工流程:基面鑿毛、鋼筋制安、排水管及預(yù)埋件安裝、模板安裝、混凝土澆注、拆模及養(yǎng)護(hù)。

3.3.6 海漫及防沖槽施工

海漫段的施工采用最新的施工工藝:生態(tài)網(wǎng)箱。

生態(tài)網(wǎng)箱的施工流程:基礎(chǔ)開挖、土工布鋪設(shè)、粗砂鋪設(shè)、生態(tài)網(wǎng)箱安裝、裝填塊石、封蓋。

防沖槽為拋石施工。

3.3.7 電氣設(shè)備等控制系統(tǒng)工程

電氣設(shè)備主要包括充排系統(tǒng)以及電纜敷設(shè)。

3.3.7.1 充排水系統(tǒng)充排水系統(tǒng)包括離心水泵及電機(jī)、電動閥門、蝶閥、閘閥和儀表。

3.3.7.2 控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)包括配電柜以及相配套的開關(guān)。

3.3.7.3 電氣設(shè)備的調(diào)試在壩袋以及電氣設(shè)備均達(dá)到運(yùn)行條件的條件下，在業(yè)主和監(jiān)理工程師的許可下，進(jìn)行試運(yùn)行，觀察設(shè)備運(yùn)行情況，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)解決。

4 橡膠壩的運(yùn)行及維護(hù)

橡膠壩是一種用高強(qiáng)力合成纖維植物做受力架，內(nèi)外涂敷合成橡膠作黏結(jié)保護(hù)層的一種具有柔性結(jié)構(gòu)的水工建筑物，它的運(yùn)行和管理相當(dāng)重要。

4.1 預(yù)防橡膠壩的損壞

4.1.1 要預(yù)防人為破壞造成的損壞

橡膠壩容易受到尖利和有尖角物體的損壞，在容易遭受到由于無知或惡意破壞而造成的嚴(yán)重的重復(fù)損傷的地方不應(yīng)安裝橡膠壩。通過筑起柵欄把靠近橡膠壩的地面隔護(hù)起來，可以減少上述情況的發(fā)生?；?qū)⑾鹉z壩設(shè)置在被封閉起來的區(qū)域內(nèi)，進(jìn)入該區(qū)域的通路只限于允許出入的工作人員。

4.1.2 預(yù)防洪水過后的殘骸造成的損壞

由于洪水過后遺留的各種殘骸，諸如民用設(shè)施與建筑材料這類尖利的物體很可能對壩體的上游面造成損傷。微小處的漏氣易于修復(fù)，然而，如果漏氣面積很大，例如建筑物的碎石造成的漏氣，修復(fù)起來比較困難。

4.1.3 預(yù)防充排水(氣)過程造成的損壞

充排水(氣)期間，橡膠壩體可能會由于緊靠壩下游面的尖利物體所刺破。

4.1.4 磨損造成的損傷壩體的振動、壩與河床以及與兩岸的摩擦，以及漂浮的各種垃圾都可能導(dǎo)致壩的摩損。

4.2 運(yùn)行及管理措施

4.2.1 科學(xué)調(diào)度洪水，減少橡膠壩磨損機(jī)會

根據(jù)橡膠壩工程特點(diǎn)，洪水初期＜1 500 m3/s時(shí)，應(yīng)盡量采用兩側(cè)調(diào)節(jié)閘泄洪，因其底板低，泥沙易被沖刷至下游，可減少橡膠壩前淤積，遇較大洪水流量超過1 500 m3/s時(shí)一定要塌壩泄洪，這樣可以加大泄洪能力，也有利于沖砂排淤。泄量一旦＜1 500 m3/s，就可啟用調(diào)節(jié)閘泄洪，騰出時(shí)間立即檢查橡膠壩看其沖刷磨損情況，必要時(shí)可及早對沙石進(jìn)行清理打撈，以確保橡膠壩繼續(xù)行洪時(shí)安全，每年汛后要對橡膠壩徹底檢查一遍，并將壩底及錨固槽的沙石清除干凈。

4.2.2 壩袋運(yùn)行組合以同起同落為宜

在為壩袋充排水(氣)時(shí)，最好同時(shí)蓄壩或塌壩，這樣可使壩頂溢流單寬流量減少，避免下游集中水流沖刷，保證河床穩(wěn)定。

4.2.3 采取措施減輕風(fēng)浪冰凍對壩袋的影響

風(fēng)浪對壩袋產(chǎn)生的不利因素主要有3 點(diǎn):

1)風(fēng)浪造成壩袋劇烈振動、拍打現(xiàn)象具有長時(shí)間往復(fù)破壞作用。

2)風(fēng)浪對壩體產(chǎn)生附加作用力，并可使壩袋內(nèi)壓力增大。

3)風(fēng)浪增加了對壩體的沖擊力，會使壩的的錨固力加大。目前消去波浪的破壞作用尚無根本的措施，但可在風(fēng)浪到來之時(shí)降低壩高，減少對壩袋的影響。

橡膠壩冬季需正常蓄水，而每年在12月份下旬水面會封冰，最大厚度可達(dá)2 cm，持續(xù)時(shí)間較長，同時(shí)壩袋內(nèi)也會結(jié)冰。

為防止冰壓對壩袋的影響，可采取了如下措施:

1)結(jié)冰期間不允許調(diào)節(jié)壩高，上游來水可通過壩頂溢流或調(diào)節(jié)閘調(diào)節(jié)，盡量保持水位不變，避免冰面對壩袋的壓力。同時(shí)壩頂溢流還可減薄壩前結(jié)冰的厚度。

2)在化冰期間注意觀察，防止發(fā)生冰塊對壩袋的摩擦、刺破事故。

4.2.4 加強(qiáng)汛前汛后檢查觀測

對橡膠壩運(yùn)行必須經(jīng)常進(jìn)行檢查觀測，并作好詳細(xì)記錄，如果發(fā)生異常跡象，要分析原因，及時(shí)采取措施。

5 結(jié)語

橡膠壩僅作為生態(tài)治理的其中一種水工建筑物，但是在生態(tài)治理工程中有它獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn):結(jié)構(gòu)簡單、造價(jià)低、節(jié)省材料，施工期段，管理方便、維護(hù)費(fèi)用小且靈活方便。遼河干流橡膠壩的修筑，將會達(dá)到改善遼河生態(tài)，造福百姓，有較高的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。

［1］中國水利水電科學(xué)研究院.SL227—98 橡膠壩技術(shù)規(guī)范［S］.北京:中國水利水電出版社，1999.