桑干河固定橋生態(tài)蓄水工程設(shè)計(jì)方案

郝海蛟

（1.太原理工大學(xué)，山西 太原 030024；2.山西省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，山西 太原 030024）

桑干河固定橋生態(tài)蓄水工程設(shè)計(jì)方案

郝海蛟

（1.太原理工大學(xué)，山西 太原 030024；2.山西省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，山西 太原 030024）

桑干河是永定河上游一級(jí)支流，桑干河生態(tài)治理為改善京西地區(qū)生態(tài)環(huán)境、保障生態(tài)安全、實(shí)現(xiàn)京津冀一體化發(fā)展具有重要意義和巨大的推動(dòng)作用。桑干河固定橋生態(tài)蓄水工程是永定河綜合治理與生態(tài)修復(fù)的一項(xiàng)子工程。

生態(tài)修復(fù)；生態(tài)蓄水；攔河閘；桑干河

1 工程概況

固定橋生態(tài)蓄水工程，是永定河綜合治理與生態(tài)修復(fù)項(xiàng)目山西段，桑干河干流規(guī)劃的10處生態(tài)蓄水工程之一。項(xiàng)目位于山西省大同縣吉家莊鄉(xiāng)吉家莊村東北，桑干河干流大同段固定橋上游100 m處，距大同縣城22 km。主要建設(shè)內(nèi)容包括主河槽攔河閘1座，長(zhǎng)456 m、高3.0 m；灘地滾水壩1座，長(zhǎng)90 m、高4.0 m；主河槽生態(tài)護(hù)岸和堤防加固7.236 km；管理站1處，建筑面積650 m2。項(xiàng)目實(shí)施將形成濕地水面243 hm2，其中主河槽91 hm2、右岸堤外152 hm2，總蓄水量242萬(wàn)m3。

2 工程現(xiàn)狀

工程所在桑干河河道現(xiàn)狀，存在河流污染嚴(yán)重、地表徑流量持續(xù)減少、地下水超采嚴(yán)重、水資源開(kāi)發(fā)利用不合理、河道斷流、河床沙化、濕地面積萎縮、河道兩側(cè)植被覆蓋率低、水土流失及人為設(shè)障現(xiàn)象十分嚴(yán)重、河灘地種植侵占河道等諸多問(wèn)題，對(duì)河流生態(tài)造成極大影響。

3 工程設(shè)計(jì)內(nèi)容

3.1 工程總布置

固定橋生態(tài)蓄水工程，蓄水水位963.0 m，蓄水面積243萬(wàn)m2，蓄水量242萬(wàn)m3。攔河建筑物由主河槽攔河閘和右岸灘地滾水壩組成，其中攔河閘長(zhǎng)456 m，右岸灘地滾水壩長(zhǎng)90 m。加固改造主槽右側(cè)防洪堤，利用其將蓄水濕地劃分為具有不同功能的主槽泄洪區(qū)（兼顧蓄水）和右岸灘地蓄水區(qū)。

主河槽在汛期為主要泄洪通道，受下游固定橋橋孔寬度420 m的限制，右岸灘地已非主要行洪區(qū)，攔河建筑物采用混凝土滾水壩。為滿(mǎn)足右岸灘地蓄水要求，在防洪堤上修建進(jìn)水閘1孔，進(jìn)水閘將灘地蓄水濕地與主河槽蓄水濕地連通，非汛期閘門(mén)打開(kāi)，兩者貫通蓄水，汛期關(guān)閉閘門(mén)，利用主河槽承擔(dān)泄洪排沙任務(wù)，避免泥沙進(jìn)入灘地，保持灘地常蓄水位。在滾水壩下部布置1孔排水閘連通灘地與下游河道，用于右岸灘地水量的調(diào)節(jié)和置換。由于灘地蓄水面積較大，汛期受洪水影響較小，可根據(jù)蓄水深度不同，在灘地蓄水濕地配種濕地植物和水生植物，以達(dá)到凈化水質(zhì)，改善水生態(tài)環(huán)境，提升景觀效果的作用

3.2 攔河閘設(shè)計(jì)

攔河閘布置在主河槽，跨河寬度456 m。順?biāo)鞣较?，攔河閘分別由上游護(hù)底、鋪蓋、閘室、消力池、海漫5部分組成，總長(zhǎng)55 m。

閘室長(zhǎng)度10 m，為分離式C25鋼筋混泥土結(jié)構(gòu)。閘門(mén)上游底板頂面高程與河床齊平為960.0 m，下游底板高程下降0.5 m，為959.5 m，底板厚2.0 m。閘門(mén)采用底橫軸轉(zhuǎn)動(dòng)翻板閘門(mén)，為方便液壓油路管的鋪設(shè)和檢修，在液壓缸下游的底板內(nèi)布設(shè)油路管槽。攔河閘邊墩采用C25鋼筋混凝土直墻結(jié)構(gòu)，與底板澆成整體，頂高程為964.0 m。攔河閘由76扇串聯(lián)在一起的閘板共同擋水，閘板總長(zhǎng)456 m，單扇閘板寬度6.0 m，擋水高度3.0 m。攔河閘由設(shè)在左岸岸墻和閘室右側(cè)隔墻上攔河閘控制室控制啟閉。

閘室前設(shè)500 mm厚C25鋼筋混凝土鋪蓋，鋪蓋上游設(shè)15 m長(zhǎng)500 mm厚格賓石籠護(hù)底。鋪蓋、護(hù)底兩岸設(shè)C25鋼筋混凝土懸臂式翼墻和格賓石籠護(hù)坡。

閘室后接消力池，消力池長(zhǎng)10 m，池后設(shè)0.5 m梳流坎，底板高程959.5 m。消力池底板采用C25鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，厚500 mm。消力池下游設(shè)15 m長(zhǎng)、0.5 m厚格網(wǎng)石籠海漫。

攔河閘閘門(mén)型式為底橫軸轉(zhuǎn)動(dòng)翻板閘門(mén)，為保護(hù)閘門(mén)在冬季不被凍冰壓力破壞，設(shè)計(jì)選用配套新型免維護(hù)氣泡發(fā)生器的氣泡防冰系統(tǒng)。在攔河閘上游設(shè)置1套氣泡防冰系統(tǒng)，對(duì)液壓壩上游進(jìn)行防冰。

3.3 滾水壩設(shè)計(jì)

滾水壩布置在主河槽右側(cè)灘地上，總長(zhǎng)90 m，為C25混凝土結(jié)構(gòu)開(kāi)敞式實(shí)用堰。堰頂高程與液壓壩頂高程相同為963.0 m，建基面高程959.0 m，壩高為4.0 m，堰頂寬度1.0 m，基礎(chǔ)寬度6.0 m。滾水壩上游面鉛直，下游溢流面坡比1∶1。滾水壩上游設(shè)5.0 m長(zhǎng)、0.5 m厚格網(wǎng)石籠護(hù)底，下游設(shè)長(zhǎng)5.0 m、厚0.5 m的C25混凝土護(hù)坦，護(hù)坦下游設(shè)長(zhǎng)10 m、厚0.5 m格網(wǎng)石籠海漫。

3.4 基礎(chǔ)處理

攔河閘和滾水壩地基為不良級(jí)配砂，存在液化問(wèn)題和滲漏問(wèn)題，地基液化處理采用振沖擠密砂石樁，樁徑1.0 m，樁間距2.5 m，等邊三角形布置。

本工程為生態(tài)蓄水工程，蓄水深度較小，工程對(duì)地基滲漏量并無(wú)較高的要求，設(shè)計(jì)采用水泥土攪拌樁防滲墻，防滲墻底部深入低液限粘土層1.0 m，設(shè)計(jì)防滲墻有效厚度為0.3 m。

3.5 生態(tài)護(hù)岸（堤）設(shè)計(jì)

為了保護(hù)主河槽左側(cè)灘地上的66.67 hm2黃花菜種植基地，設(shè)計(jì)對(duì)地面高程低于964.0 m的種植基地新建生態(tài)護(hù)岸進(jìn)行防護(hù)，生態(tài)護(hù)坡采用工程開(kāi)挖料填筑，頂高程964.0 m，背水面坡不做防護(hù)，迎水面坡防護(hù)水面以下采用格賓石籠，水面以上采用土石籠袋防護(hù)。對(duì)地面高程高于964.0 m的岸坡削補(bǔ)至穩(wěn)定坡度后進(jìn)行防護(hù)，攔河閘上游岸坡水面以下采用格賓石籠防護(hù)，水面以上采用土石籠袋防護(hù)，攔河閘下游岸坡采用土石籠袋防護(hù)。為了防止順沖及基礎(chǔ)凍融和淘刷，坡腳設(shè)格賓石籠護(hù)腳。

右側(cè)灘地現(xiàn)有防洪堤一座，總長(zhǎng)度4.351 km，堤頂高程962.8～967 m。改造后右岸堤防堤頂高程不低于964.0 m，為滿(mǎn)足蓄水區(qū)運(yùn)行管理和交通要求，堤頂寬度取6 m，堤頂鋪設(shè)混凝土路面。主槽迎水面堤坡已有混凝土板防護(hù)，保留現(xiàn)有混凝土護(hù)坡結(jié)構(gòu)不拆除，對(duì)局部破損部位進(jìn)行修復(fù)，堤防培厚加高在主槽背水面實(shí)施，堤防填筑材料采用工程開(kāi)挖。蓄水區(qū)內(nèi)，防護(hù)水面以下采用格賓石籠，水面以上采用土石籠袋防護(hù)；蓄水區(qū)外采用土石籠袋防護(hù)。為了防止水流順沖及基礎(chǔ)凍融和淘刷，堤腳設(shè)格賓石籠防護(hù)。

壩軸線附近斜跨右岸灘地現(xiàn)存1條廢棄高灌渠堤，在距離主河槽90 m左右處與壩軸線相交，堤頂高程964.8～965.2 m。高灌渠堤為攔河建筑的一部分，為確保蓄水安全，對(duì)其進(jìn)行加固，根據(jù)蓄水位確定改造長(zhǎng)108 m。堤防培厚采用工程開(kāi)挖料，堤坡放緩至穩(wěn)定坡度1∶2.5。迎水面堤坡防護(hù)水面以下采用格賓石籠，水面以上采用土石籠袋防護(hù)。背水面堤坡采用土石籠袋防護(hù)。護(hù)坡基礎(chǔ)采用格賓石籠。

3.6 啟閉機(jī)房設(shè)計(jì)

固定橋生態(tài)蓄水工程攔河閘由76扇底橫軸轉(zhuǎn)動(dòng)翻板閘門(mén)組成，設(shè)計(jì)分左右岸兩臺(tái)油泵獨(dú)立操作，每臺(tái)控制38扇閘門(mén)。左右岸啟閉機(jī)房布置在攔河閘兩端，內(nèi)設(shè)油泵室、控制室、配電室等。啟閉機(jī)室頂高程968.0 m高于河道20年一遇泄洪水位965.52 m。

啟閉機(jī)房基礎(chǔ)利用液壓壩左右兩岸側(cè)墻空箱，通過(guò)排架柱和框架結(jié)構(gòu)支撐上部啟閉機(jī)房，啟閉機(jī)房為磚混和玻璃墻帷幕組合結(jié)構(gòu)，在側(cè)面布置上下鋼梯，并考慮右岸堤防工具車(chē)交通通行要求，空箱頂高程為964.0 m，啟閉機(jī)房頂高程968.0 m。啟閉機(jī)房長(zhǎng)20 m，寬8.5 m，總面積約170 m2。內(nèi)部采取玻璃墻隔斷。

3.7 安全監(jiān)測(cè)

外部變形觀測(cè)包括的閘壩豎向位移觀測(cè)和垂直壩軸線的水平位移觀測(cè)，根據(jù)液壓壩閘室結(jié)構(gòu)布置變形標(biāo)點(diǎn)。閘室總長(zhǎng)459 m，左、右邊墩外側(cè)設(shè)空箱式岸墻與左岸坡和右側(cè)滾水壩連接，閘底板設(shè)分縫，共分24塊獨(dú)立底板和2塊帶邊墩的L型底板。根據(jù)底板可能發(fā)生的變形，在每塊獨(dú)立底板上、下游兩端沿底板中心線各設(shè)1個(gè)標(biāo)點(diǎn)。在L型底板上沿底板對(duì)角線在上、下游兩端各設(shè)1個(gè)標(biāo)點(diǎn)，其中上游標(biāo)點(diǎn)設(shè)在邊墩上端。在兩岸空箱式擋墻頂部沿?fù)鯄?duì)角線兩端各設(shè)1個(gè)標(biāo)點(diǎn)。共設(shè)變形標(biāo)點(diǎn)56個(gè)，標(biāo)點(diǎn)兼作水平位移和沉降觀測(cè)測(cè)點(diǎn)。在兩岸沿觀測(cè)點(diǎn)的延長(zhǎng)線各布置2個(gè)工作基點(diǎn)和2個(gè)校核基點(diǎn)，在液壓壩2～3 km范圍內(nèi)布設(shè)2個(gè)水準(zhǔn)點(diǎn)。共設(shè)工作基點(diǎn)4個(gè)，校核基點(diǎn)4個(gè)，水準(zhǔn)基點(diǎn)2個(gè)。豎向位移采用精密水準(zhǔn)法測(cè)量，橫向水平位移采用視準(zhǔn)線法測(cè)量。

滲流量觀測(cè)，在邊墩的上游側(cè)布置水位標(biāo)尺來(lái)觀測(cè)水位，通過(guò)水位觀測(cè)，根據(jù)“水位—流量”關(guān)系推求過(guò)閘流量。

4 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)流域內(nèi)存在的問(wèn)題，結(jié)合《永定河綜合治理與生態(tài)修復(fù)總體方案》對(duì)桑干河流域進(jìn)行了綜合規(guī)劃，通過(guò)一系列的工程措施和綜合治理措施，保證流域內(nèi)河道持續(xù)向綠色、健康的方向逐步改善，使固定橋生態(tài)蓄水工程充分發(fā)揮涵養(yǎng)水源、補(bǔ)充地下水、凈化水質(zhì)的作用。

TU991.34

C

1004-7042（2017）10-0028-02

郝海蛟（1987-），男，太原理工大學(xué)水利水電工程專(zhuān)業(yè)研究生在讀。

2017-08-12；

2017-09-26