液壓升降壩在汾河干流蓄水工程中的應(yīng)用

任雁彬

（山西省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，山西 太原 030024）

液壓升降壩在汾河干流蓄水工程中的應(yīng)用

任雁彬

（山西省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，山西 太原 030024）

為蓄滯洪水，充分利用雨洪資源，達(dá)到重建河流水系、抬升地下水位、凈化水質(zhì)等目的，擬在汾河干流大堤內(nèi)建設(shè)15座壅水閘壩。對(duì)橡膠壩、液壓升降壩、鋼壩閘三種壩型進(jìn)行比選后，建議蓄水閘壩均采用液壓升降壩，并詳細(xì)地介紹了液壓升降壩的壩型設(shè)計(jì)。

生態(tài)修復(fù)；液壓升降壩；汾河流域

1 工程概述

汾河流域面積39 471 km2，干流全長(zhǎng)716 km，自北向南縱貫6市27縣。20世紀(jì)90年代前，汾河干流未修建起完整、系統(tǒng)的防洪大堤，盆地區(qū)土質(zhì)疏松、抗沖刷能力低，汾河蜿蜒曲折穿行其間，擺幅較大，一般在2～3 km之間，晉中、臨汾段最大擺幅達(dá)1.5 km，運(yùn)城段達(dá)4 km以上，在汾河兩側(cè)形成了大量的河灣濕地水域。

1998年對(duì)汾河中下游河道進(jìn)行了治理，規(guī)劃堤距為250～300 m。由于河道縮窄，河道兩岸的灘涂地被大量開(kāi)發(fā)、利用，導(dǎo)致兩側(cè)的水域濕地面積不足30 km2，減少雨水入滲量1.05億m3，生態(tài)遭到嚴(yán)重破壞，目前河道水質(zhì)為劣Ⅴ類(lèi)。

2 工程布置

2.1 工程布置原則

工程布置遵循不降低原有河道行洪能力的原則；不采用礙洪建筑物的原則；治理工程服從相關(guān)規(guī)劃的原則；充分體現(xiàn)生態(tài)水利的原則；堤內(nèi)蓄水工程建設(shè)依據(jù)“堤內(nèi)服從堤外”。

2.2 工程總體布置

結(jié)合工程建設(shè)任務(wù)及堤外蓄水濕地的布置，在核心區(qū)共布設(shè)液壓升降壩15座，蓄水面積13.5 km2，蓄水量1737萬(wàn)m3，回水長(zhǎng)度60.1 km。其中清徐段共布置5座，蓄水面積3.5 km2，蓄水量346萬(wàn)m3，回水長(zhǎng)度14.1 km；文水、祁縣段共布置4座，蓄水面積3.8 km2，蓄水量500萬(wàn)m3，回水長(zhǎng)度16.5 km；平遙段共布置3座，蓄水面積3.3 km2，蓄水量433萬(wàn)m3，回水長(zhǎng)度12.8 km；介休段共布置3座，蓄水面積2.9 km2，蓄水量458萬(wàn)m3，回水長(zhǎng)度16.8 km。

在每個(gè)堤外蓄水濕地的上游河道堤防修建進(jìn)水閘，在下游河道堤防修建退水閘，利用進(jìn)水閘將洪水引入堤外蓄水濕地，蓄滯洪水，利用下游退水閘再退入河道。滯蓄洪水時(shí)還可增補(bǔ)地下水，凈化水質(zhì)，同時(shí)對(duì)行洪區(qū)進(jìn)行綠化，可建成改善生態(tài)環(huán)境的綠色生態(tài)長(zhǎng)廊。本工程在核心區(qū)總計(jì)修建進(jìn)水閘23座，退水閘14座。

3 壅水閘型式比選

3.1 橡膠壩

工作原理是對(duì)橡膠壩袋充水達(dá)到蓄水。從防洪效果來(lái)看，立壩、塌壩時(shí)間長(zhǎng)，約1～3 h，影響快速截流、蓄水或泄洪；塌壩時(shí)，壩內(nèi)的水體不能完全放空，形成不低于20 cm的壅水高度，再加上基礎(chǔ)宜高于河床20 cm的規(guī)范要求，嚴(yán)重影響泄洪流量。就沖沙性能而言，壩體整體升降，壩前較易淤積，清理困難。從景觀效果看，壩袋易褪色、變形，外形效果較差，壩頂溢流時(shí)，瀑布景觀效果差。壩袋使用壽命10～15年。

壩袋充水需抽提地下水，對(duì)水資源形成浪費(fèi)；壩頂溢流長(zhǎng)時(shí)間超過(guò)50 cm，易出現(xiàn)跨壩事件，需加強(qiáng)汛期的運(yùn)行管理；冬季需塌壩運(yùn)行或壩前鑿冰越冬；壩袋易受外界水沙條件及人為破壞的影響，造成壩袋泄漏，影響正常運(yùn)行。每延米造價(jià)9.1萬(wàn)元。

3.2 液壓升降壩

工作原理是液壓?jiǎn)㈤]機(jī)直接放在河內(nèi)推動(dòng)閘門(mén)起伏達(dá)到立壩蓄水。從防洪效果看，閘門(mén)采用啟閉機(jī)啟閉，運(yùn)行速度快，一般不超過(guò)5 min即可完成升壩或塌壩，結(jié)構(gòu)上可以完全放倒與河底齊平，可有效保證突發(fā)洪水時(shí)能及時(shí)泄洪。就沖沙性能而言，可分片塌壩、集中排砂，壩體不宜淤積。從景觀效果看，壩頂平整，溢流時(shí)瀑布景觀效果較好，壩后支撐桿件較多，對(duì)整體景觀效果有影響。門(mén)體使用壽命50～60年。

壩頂可長(zhǎng)時(shí)間、大流量的溢流，形成瀑布景觀；冬季立壩運(yùn)行時(shí)，壩體可向下游適當(dāng)傾斜釋放冰推力，管理方便；壩體為鋼筋混凝土預(yù)制板，抗沖擊的能力較強(qiáng)，耐久性好，維護(hù)量??；門(mén)體可單扇啟閉蓄水或行洪、沖砂，運(yùn)行方便；門(mén)體間可相互導(dǎo)流，分段維護(hù)，檢修方便。每延米投資9.5萬(wàn)元。

3.3 鋼壩閘

工作原理是通過(guò)底軸傳導(dǎo)到兩端，兩端靠液壓?jiǎn)㈤]機(jī)推動(dòng)閘門(mén)啟閉。從防洪效果看，壩體對(duì)河道行洪影響小，閘門(mén)臥倒時(shí)與河床齊平，且閘門(mén)開(kāi)啟時(shí)間在2～3 min之內(nèi)完成，對(duì)城市防洪有利。就沖沙性能而言，壩體整體升降，壩前較易淤積，清理困難。從景觀效果看，門(mén)體外形美觀，壩頂平整，溢流時(shí)瀑布景觀效果好，中墩的設(shè)置對(duì)整體景觀效果有影響。門(mén)體使用壽命50～60年。

壩頂可長(zhǎng)時(shí)間、大流量溢流，形成瀑布效果；冬季立壩運(yùn)行時(shí)，壩體可向下游適當(dāng)傾斜釋放水冰推力，管理方便；壩體為熱噴鋅防腐處理的整體鋼結(jié)構(gòu)，耐久性好，維護(hù)量小；啟閉設(shè)備位于岸邊，檢修方便。每延米投資12.8萬(wàn)元。

通過(guò)比較可以看出，無(wú)論從外形景觀效果、使用壽命、防洪影響，還是從技術(shù)含量、利于景觀多樣性等方面，液壓升降壩均占有較大優(yōu)勢(shì)。尤其是本工程需利用攔蓄汛期洪水進(jìn)行涵養(yǎng)水源、補(bǔ)充地下水，防洪壓力大。經(jīng)綜合考慮，蓄水閘壩均采用塌壩迅速，利于沖砂，費(fèi)用較低的液壓升降壩。

4 液壓升降壩結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

汾河干流采用全斷面蓄水，壅水建筑物采用利于調(diào)沙、蓄水、行洪的可升降的液壓升降壩，壩體由多扇串聯(lián)在一起的閘板共同蓄水，單扇閘板長(zhǎng)度6.0 m。液壓升降壩設(shè)備室設(shè)在大堤一側(cè)，內(nèi)設(shè)油泵控制室和值班室。

4.1 液壓升降壩布置及壩高確定

本工程蓄水采用自動(dòng)控制液壓升降壩，兩側(cè)灘面蓄水高度2.0 m，中間主槽蓄水高度根據(jù)其深度分別采用3.5 m，4.0 m，4.5 m和5.0 m。

4.2 液壓升降壩水工設(shè)計(jì)

液壓壩由上游鋪蓋段、液壓壩段、消力池段、海漫段組成，總長(zhǎng)29.3~51.0 m。

4.2.1 上游鋪蓋

液壓升降壩段上游設(shè)有5~7.6 m長(zhǎng)的鋪蓋，采用400 mm厚C25鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，鋪蓋下設(shè)100 mm厚的C15素混凝土墊層。鋪蓋沿河寬方向每15 m設(shè)一道伸縮縫，縫寬2 cm，縫止水采用SD-K快速定位安裝橡膠止水帶。鋪蓋段邊墻采用C25鋼筋混凝土懸臂式擋土墻結(jié)構(gòu)，頂寬0.4 m，底寬3.9 m，臨水側(cè)為直立面，背水側(cè)邊坡1:0.1，邊墻高3.8 m。

4.2.2 液壓升降壩段

灘地液壓升降壩基礎(chǔ)設(shè)計(jì)：灘地液壓升降壩高度為2.0 m，其基礎(chǔ)采用標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)、工廠預(yù)制、現(xiàn)場(chǎng)組裝方案。根據(jù)閘板預(yù)埋件和油管路的布置，以及液壓升降壩的穩(wěn)定要求，閘底板設(shè)計(jì)厚度1.5 m，順?biāo)鞣较蜷L(zhǎng)5.5 m。相應(yīng)單扇6.0 m寬的閘底板擬采用兩塊預(yù)制，為了保持閘底板的整體性，結(jié)合啟閉設(shè)備二期預(yù)埋件的布置，每塊預(yù)制塊寬度取為2.55 m，中間預(yù)留0.9 m的后澆帶。

主槽液壓升降壩基礎(chǔ)設(shè)計(jì)：根據(jù)液壓升降壩的布置位置，15座液壓升降壩主槽的壩高分別為3.5 m，4.0 m，4.5 m和5.0 m，其底板采用現(xiàn)澆方案，為C25鋼筋混凝土筏式基礎(chǔ)，基礎(chǔ)頂面與河床齊平。根據(jù)基礎(chǔ)內(nèi)液壓裝置埋設(shè)要求，主槽壩底板厚度分別為1.9 m，2.0 m，2.1 m和2.3 m。

根據(jù)壩體坍落寬度和上、下游施工檢修要求，在順?biāo)鞣较颍装彘L(zhǎng)度分別為8.0 m，9.5 m，10.0 m和11.0 m。根據(jù)液壓升降壩面板分幅寬度，順壩長(zhǎng)方向底板分縫長(zhǎng)度12.0 m。

主槽與灘地液壓升降壩之間設(shè)寬1.0 m的隔墩，高度4.5~6.0 m，采用C25鋼筋混凝土擋土墻結(jié)構(gòu)，與底板澆成整體。

壩體設(shè)計(jì)：壩體由多扇閘板串聯(lián)組成，單扇寬度6 m。結(jié)合本工程的水沙條件，閘板采用較為經(jīng)濟(jì)的鋼筋混凝土薄壁結(jié)構(gòu)。每扇閘板后均布置支撐桿兩根、液壓桿兩根，液壓桿間距1.6 m，支撐桿間距4.2 m。壩體面板底部以鉸鏈軸固定在壩的基礎(chǔ)上，以背面液壓桿的伸縮帶動(dòng)面板作扇形上、下升降，支撐桿支撐面板的正常擋水。

4.2.3 消力池段

消力池段緊鄰液壓壩段下游布置，與液壓壩段以1∶4斜坡連接，平段池長(zhǎng)8~15 m，深0.5 m。消力池底板厚500 mm，采用C25鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。消力池沿河寬方向每20 m設(shè)一分縫。消力池底板設(shè)有排水孔。

消力池段邊墻采用C25鋼筋混凝土懸臂擋土墻結(jié)構(gòu)，頂寬0.5 m，底寬3.95 m，臨水側(cè)為直立面，背水側(cè)邊坡1∶0.1，邊墻高4.3 m。

4.2.4 海漫段

消力池段下游設(shè)10～20 m長(zhǎng)格網(wǎng)石籠海漫，厚0.5 m。海漫段邊墻采用C25鋼筋混凝土懸臂式擋土墻結(jié)構(gòu)，高0.5～3.5 m，頂寬0.5 m，底寬3.65～3.95 m，臨水側(cè)為直立面，背水側(cè)邊坡1∶0.1。

根據(jù)地勘資料，液壓壩基礎(chǔ)坐落在粉砂和低液限粉土上，本工程地質(zhì)區(qū)為液化場(chǎng)地?？紤]壩閘閘孔較寬，孔間止水對(duì)地基的不均勻變形要求較為嚴(yán)格，針對(duì)地基土的特性及壩基抗?jié)B穩(wěn)定要求，為滿足地基承載力、消除地基震動(dòng)液化，地基處理措施如下：

為滿足壩基礎(chǔ)施工的要求，考慮防滲體系的可靠性，結(jié)合地基土的特性，壩體段采用圍封處理地基液化，并兼作防滲墻的形式，即垂直河道方向設(shè)兩（三）道垂直防滲墻（多軸攪拌水泥土地連墻）伸入相對(duì)不透水層0.5 m，深4～21 m；與順河道方向間距6 m的水泥土地連墻形成網(wǎng)格狀圍封結(jié)構(gòu)。圍封結(jié)構(gòu)上部換填500 mm厚碎石墊層。

5 結(jié)論

工程建成后，能充分發(fā)揮液壓壩建設(shè)成本低、使用壽命長(zhǎng)、塌壩迅速，利于沖砂、景觀效果顯著等特點(diǎn)，使液壓壩在汾河流域生態(tài)修復(fù)工程中發(fā)揮更大的作用。對(duì)恢復(fù)河道水域，增強(qiáng)地下水的補(bǔ)給，擴(kuò)大河道水域面積，增強(qiáng)河道水質(zhì)的自然修復(fù)能力，改善水質(zhì)有很大幫助。

TV644

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1004-7042（2017）01-0040-02

任雁彬（1982-），男，2006年畢業(yè)于山西農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)業(yè)水利工程專業(yè)，工程師。

2016-11-12；

2016-12-25