液壓臥倒閘壩在攔河壩工程中的應(yīng)用

袁紅根，田信德

（江西省贛西土木工程勘測設(shè)計(jì)院，江西 宜春 336000）

1 工程概述

江西省宜春市袁州區(qū)溫湯鎮(zhèn)（左岸將公樹下至長峰段）防洪工程位于溫湯鎮(zhèn)溫湯河中游及溫湯河左支下游兩岸。防洪工程范圍為：起點(diǎn)為將公樹下村（溫湯河左支），終點(diǎn)為長峰橋（溫湯河），全長9.0 km。防護(hù)面積4.6 km2，保護(hù)耕地133.3 hm2，保護(hù)人口0.41萬人。長期以來，溫湯鎮(zhèn)受洪水影響，洪澇災(zāi)害頻頻發(fā)生，給當(dāng)?shù)厝嗣裆顜碓S多困難、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來較大損失，嚴(yán)重制約著溫湯鎮(zhèn)國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的進(jìn)一步提高。根據(jù)工程防護(hù)區(qū)內(nèi)的人口數(shù)量、耕地面積、城鎮(zhèn)重要性，按照《水利水電工程等級劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》（SL252-2000），建筑物等別為Ⅲ等，主要建筑物級別為3 級。設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為20年一遇，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為50年一遇。

根據(jù)河道現(xiàn)狀情況調(diào)查，該防洪工程范圍內(nèi)河道彎道多、淤積嚴(yán)重，孤灘眾多，兩岸有阻水灌木等，局部河道過水?dāng)嗝孑^窄，影響洪水安全下泄。本防洪工程內(nèi)現(xiàn)有攔河壩兩座，分別為天沐滾水壩、維景滾水壩。天沐滾水壩混凝土老化嚴(yán)重，堰腳沖刷掏空，存在不同程度破壞，且存在阻水現(xiàn)象。根據(jù)實(shí)際情況，擬定廢除天沐滾水壩。維景滾水壩于2010年建，為抬水工程，為實(shí)用堰結(jié)構(gòu)（內(nèi)為漿砌石，外包混凝土結(jié)構(gòu)）。堰頂高程153.10 m，凈寬62 m，坎高3.1 m，右側(cè)設(shè)一泄洪閘，底高程150.70 m，寬7.5 m。目前，該滾水壩堰前淤塞、阻水嚴(yán)重，嚴(yán)重影響行洪。根據(jù)工程實(shí)際情況，擬定原址拆除重建維景攔河壩。

2 設(shè)計(jì)方案比選

維景攔河壩是一座以抬水為主要目的，增加水面景觀的滾水壩。為了維持溫湯河水面景觀，降低防洪影響，增加河道行洪能力，本次擬對該壩進(jìn)行拆除重建泄洪能力較強(qiáng)攔河閘壩?，F(xiàn)階段攔河閘壩多采用橡膠壩、翻板壩、液壓臥倒閘壩及鋼壩等型式。因溫湯河左支里樹木、樹枝等雜物較多，易造成橡膠壩袋破損，故橡膠壩不適合本工程。本次根據(jù)實(shí)際情況，擬定液壓臥倒閘壩、鋼壩和翻板壩3 種設(shè)計(jì)方案進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比選。

方案Ⅰ（液壓臥倒閘壩）：液壓臥倒閘壩由鋪蓋、閘室、消力池和護(hù)坦組成。閘室主要由預(yù)制鋼筋混凝土面板、液壓缸、支撐桿、底軸及底板組成。液壓臥倒閘壩采用一排液壓缸直頂以最底部為鉸鏈軸的活動(dòng)攔水壩面的背部，同時(shí)增加一排滑動(dòng)支撐桿支撐活動(dòng)壩面的背面，構(gòu)成穩(wěn)定的支撐墩壩。實(shí)現(xiàn)升壩蓄水，降壩行洪的目的。還可以利用壩頂過水，形成人工瀑布的景觀效果。優(yōu)點(diǎn)：臥倒時(shí)能緊貼河床不阻水；通過液壓設(shè)備可保持任意水位高度。閘門通過液壓設(shè)備實(shí)現(xiàn)啟閉，壩面臥倒后，活動(dòng)壩面高出壩基礎(chǔ)40 cm。本方案布置總凈寬60 m，壩高3.1 m。壩體坐落在基巖上，其縱斷面詳見圖1、平面布置圖見圖2。

方案Ⅱ（鋼壩）：鋼壩由閘室、消力池和海漫組成。閘室主要由平板鋼性壩體、固定底軸、驅(qū)動(dòng)裝置設(shè)備及底板組成。鋼壩是一種特殊結(jié)構(gòu)的閘壩形式，它沒有底門槽和側(cè)門槽，是門葉圍繞底軸心旋轉(zhuǎn)的結(jié)構(gòu)。上游止水壓在圓軸上，當(dāng)壩豎起或倒下時(shí)，止水不離圓軸的表面，始終保持密封止水狀態(tài)；側(cè)面止水同樣的原理，止水面始終不離開側(cè)胸墻（不銹鋼埋件或大理石），由于它可以設(shè)計(jì)得比較寬，可以省去數(shù)孔閘墩，增加行洪斷面，所以不僅結(jié)構(gòu)簡單，還可以節(jié)省土建投資。鋼壩可以立壩蓄水，臥壩行洪排澇的目的，還可以利用壩頂過水，形成人工瀑布的景觀效果。優(yōu)點(diǎn)：臥倒時(shí)能緊貼河床不阻水；通過液壓設(shè)備可保持任意水位高度。缺點(diǎn)：造價(jià)很高；由于跨度較大，可能因地基不均勻沉降而門體變形，導(dǎo)致難以啟閉。閘門由兩端的液壓設(shè)備帶動(dòng)固定軸實(shí)現(xiàn)啟閉。壩面倒下后，活動(dòng)壩面高出壩基礎(chǔ)10 cm。本方案布置總凈寬60 m，壩高2.7 m。壩體坐落在基巖上，其縱斷面詳見圖3。

圖1 液壓臥倒閘壩縱斷面圖

圖2 液壓臥倒閘壩平面布置圖

圖3 鋼壩縱斷面圖

方案Ⅲ（翻板壩）：翻板閘壩由閘室、消力池和護(hù)坦組成。閘室主要由預(yù)制鋼筋混凝土面板、支腿、支墩、轉(zhuǎn)動(dòng)鉸及底板組成，利用水力和重力的平衡原理，通過閘前水位的變化而引起作用于閘門上水壓力的變化，從而實(shí)現(xiàn)閘門的自動(dòng)啟閉。運(yùn)行原理為：當(dāng)上游來水量加大，門頂上游水位抬高，動(dòng)水壓力對支點(diǎn)的力矩大于門重和摩阻力對支點(diǎn)的力矩時(shí)，閘門自動(dòng)抬升開啟到一定傾角，直到在該傾角下動(dòng)水壓力對支點(diǎn)的力矩等于門重對支點(diǎn)的力矩，達(dá)到該流量下的新平衡，當(dāng)上游來水量減少到一定程度，使門重對支點(diǎn)的力矩大于動(dòng)水壓力和摩阻力對支點(diǎn)的力矩時(shí)，閘門可自行回到一定傾角，達(dá)到該流量下的平衡。優(yōu)點(diǎn)：造價(jià)較低；可任意保持水位高度；無需專人管理、無需管理用房和配套設(shè)備。缺點(diǎn)：阻水礙洪；易被漂浮物卡塞或上游淤積而不能自動(dòng)翻板而影響防洪安全，洪水過后，翻板門再關(guān)上時(shí)易被異物卡住，造成大量漏水。本方案布置總凈寬60 m，壩高2.7 m。壩體坐落在基巖上，其縱斷面詳見圖4。

3 種方案主要工程量及造價(jià)比較詳見表1。

由表1 可知，方案Ⅲ相對造價(jià)最低，方案Ⅱ相對造價(jià)最高。考慮到河流為山溪性河流，雜物、樹枝等漂浮物較多，方案Ⅲ易出現(xiàn)漂浮物堵塞問題。而且本程位于風(fēng)景區(qū)內(nèi)，結(jié)合總體規(guī)劃，考慮到美觀和已運(yùn)行效果，經(jīng)濟(jì)等因素，推薦方案Ⅰ，即采用液壓臥倒閘壩結(jié)構(gòu)型式。

圖4 翻板壩縱斷面圖

表1 3 種方案主要工程量及造價(jià)比較表

3 液壓臥倒閘壩工程設(shè)計(jì)布置

液壓臥倒閘壩由鋪蓋、閘室、消力池和護(hù)坦組成。均坐落在基巖上，總凈寬60 m，壩高3.1 m。結(jié)合實(shí)際現(xiàn)狀底高程，壩基頂高程取150.00 m，正常蓄水位為153.10 m 壩基采用現(xiàn)澆C20 鋼筋砼結(jié)構(gòu)，邊墻采用6.4 m 高C20 砼衡重式擋墻，頂寬0.5 m，頂高程為154.40 m，迎水面鉛直。閘室前設(shè)2 m 長C20 砼鋪蓋。閘室下游設(shè)5 m 長消力池，結(jié)合閘門基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)取池深0.84 m，底板采用厚0.5m的C20 鋼筋砼結(jié)構(gòu)，邊墻采用5.34 m高C20 砼衡重式擋墻結(jié)構(gòu)，頂寬0.5 m，頂高程154.40 m，迎水面鉛直，墻背設(shè)置Φ50PVC 排水管，管進(jìn)口端均鋪反濾250 g/m2土工布。消力池下游設(shè)5 m 長0.3 m 厚C20 砼護(hù)坦。閘室主要由預(yù)制鋼筋混凝土面板、液壓缸、支撐桿、底軸組成。閘門門體采用C30 預(yù)制鋼筋混凝土，每套閘門尺寸（寬×高×厚）：6 m×3.1 m×0.40 m，共制作10 套，配套液壓設(shè)備為QPPY-Ⅱ-2×100KN 液壓啟閉機(jī)（10 套），液壓缸間距為1.5m；支撐桿（Φ76／Φ40）共20 只，每套閘門所配套兩只支撐桿間距為4.5 m；底軸直徑為273 mm，壁厚27 mm，通過預(yù)埋鋼板固定在底板上；并配置泵站一座，兼做管理房。

4 液壓臥倒閘壩特點(diǎn)

4.1 結(jié)構(gòu)堅(jiān)固可靠、使用壽命長

結(jié)構(gòu)簡單，易于建造；升起壩面后，形成一個(gè)穩(wěn)定的支撐墩壩結(jié)構(gòu)，一個(gè)固定的三角支撐，力學(xué)結(jié)構(gòu)較科學(xué)，抗洪水沖擊的能力較強(qiáng)。壩面向下游傾斜15°，水的流態(tài)明確，使用壽命較長。

4.2 泄洪能力強(qiáng)

活動(dòng)壩面放倒后，達(dá)到無壩一樣的泄洪效果。因此，即使遇到特大洪水，也不會(huì)對它造成損壞。行洪過水、沖砂、排漂浮物效果都好，特別適用于多砂、多石、多樹、多竹的河流，還可以做到任意調(diào)節(jié)壩高溢流，可控制上游水位和泄流量。

4.3 施工簡單

施工工期短，和傳統(tǒng)閘壩相比減少了閘墩、大量金屬結(jié)構(gòu)埋件及閘門啟閉設(shè)備，混凝土工程量少，從而節(jié)約了大量資金。

4.4 可自動(dòng)化控制

可采用浮標(biāo)開關(guān)控制，操作液壓系統(tǒng)，達(dá)到無人管理，洪水暴漲超過設(shè)定水位，自動(dòng)放壩行洪，也可用電腦遠(yuǎn)程控制壩面升降。

4.5 壩形美觀

壩體可以采用弧形設(shè)計(jì)。壩面可噴色彩、文字、圖案?；顒?dòng)壩面高度可隨意調(diào)節(jié)。上游有漂浮物時(shí)，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(shí)形成瀑布景觀，可供游人觀賞。

5 結(jié)語

對本工程采用液壓臥倒閘壩的設(shè)計(jì)方案，不僅可起到抬水目的，而且可美化城市環(huán)境、增加城市風(fēng)光帶、有效改善生態(tài)人文環(huán)境，實(shí)現(xiàn)了水利樞紐與城市環(huán)境的和諧統(tǒng)一?，F(xiàn)本工程已開工建設(shè)，工程經(jīng)實(shí)際安全運(yùn)行后可進(jìn)一步推廣應(yīng)用。

［1］華東水利學(xué)院，水工設(shè)計(jì)手冊（第六卷）：泄水與過壩建筑物［M］.北京：水利電力出版社，1982.

［2］雷 勇，田信德，等.江西省宜春市袁州區(qū)溫湯鎮(zhèn)防洪工程初步設(shè)計(jì)報(bào)告［R］.江西省贛西土木工程勘測設(shè)計(jì)院，2012.