城市河道綜合治理中的大型鋼壩閘應用
——以山東淄博為例

王 寧，王金龍，李淑芹

（山東省淄博市水利勘測設計院，255020，淄博）

城市河道綜合治理中的大型鋼壩閘應用
——以山東淄博為例

王 寧，王金龍，李淑芹

（山東省淄博市水利勘測設計院，255020，淄博）

鋼壩閘是一種新型景觀水閘，具有景觀效果好、自動化程度高、使用壽命長等特點。在以往河道景觀蓄水工程建設中，多跨低水頭或單跨高水頭鋼壩閘應用比較廣泛。從項目區(qū)實際出發(fā)，以山東淄博孝婦河綜合治理為例，對多跨高水頭大型鋼壩閘設計過程中需要注意的問題總結探討，為類似工程設計提供參考。

大型鋼壩閘；多跨度；高水頭；孝婦河綜合治理；淄博

一、工程概況

淄博經(jīng)濟開發(fā)區(qū)位于張店區(qū)西部，是1992年經(jīng)山東省人民政府批復建立的外向型工業(yè)加工區(qū)。根據(jù)當前淄博轉(zhuǎn)型升級、跨越發(fā)展的需要，立足“十三五”發(fā)展規(guī)劃，2015年淄博市委、市政府決定重新規(guī)劃建設開發(fā)區(qū)，將其建設成為以健康產(chǎn)業(yè)、機電裝備、電子商務、文化創(chuàng)意為主導的高端產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)、產(chǎn)城融合樣板區(qū)。

孝婦河是淄博市母親河，自南向北從開發(fā)區(qū)中央穿過，綜合治理該段河道對開發(fā)區(qū)經(jīng)濟發(fā)展、環(huán)境改善具有重要作用。開發(fā)區(qū)孝婦河綜合治理工程規(guī)劃將現(xiàn)狀橡膠壩拆除，對河道進行擴挖，形成蓄水湖，湖區(qū)面積約210畝 (1畝=1/15 hm2)，蓄水量約56萬m3。新建擋水建筑物——鋼壩閘位于現(xiàn)狀橡膠壩下游約500m處，設計擋水高度5.5 m，共3跨，單孔凈寬27 m，閘室總寬93 m。河道治理標準為50年一遇，鋼壩閘過流能力為1 285 m3/s，工程規(guī)模屬于大（2）型。從擋水高度及跨度綜合評價，該工程規(guī)模在山東省尚屬首例。

二、閘型比選

根據(jù)工程特點，為增加湖區(qū)景觀效果，新建擋水建筑物對鋼壩閘、氣動盾形閘和橡膠壩進行了比選。各建筑物主要優(yōu)缺點見表1。

通過以上比較可知：鋼壩閘方案具有工程造價較低、使用壽命長、技術較成熟、運行管理方便等優(yōu)點，本工程選用鋼壩閘方案是合適的。

三、工程布置

鋼壩閘是一種新型可調(diào)控溢流壩，適用河道孔口較寬（10～100 m）而水位差比較?。?～6 m）的工況，可形成人工瀑布景觀效果。

鋼壩閘由土建結構、帶固定軸的鋼性壩體、驅(qū)動裝置設備等組成。孝婦河新建鋼壩閘由上游連接段、鋪蓋、閘室、消力池和下游連接段等5部分組成，順水流方向總長100.2 m，其中上游連接段10 m，鋪蓋段20 m，閘室段19 m，消力池段15 m，海漫26 m，防沖槽10.2 m。

鋼壩閘閘室為C30鋼筋混凝土結構，閘室總寬93 m，單孔凈寬27 m，3跨凈寬共81 m。鋼壩閘主軸位于底板中心線上游2.2 m處，閘底板頂高程為27.7 m。閘室上游底板厚3.7 m，下游底板厚2m，其下鋪設0.1m厚C15混凝土墊層。鋼壩閘擋水高度5.5m，由門葉、底轉(zhuǎn)軸、鉸座、防水套埋件、驅(qū)動裝置、底軸止水、門側(cè)止水及鉸座止水等部分組成，驅(qū)動室位于閘墩內(nèi)，底板上下游端部各設寬1m、深1.0m的齒墻。閘墩為箱形結構，內(nèi)設液壓啟閉機，中墩上下游為圓弧結構，半徑為3m，中墩總寬6m，墻厚0.8m，邊墩總寬4.6 m，墻厚0.8m，墻頂高程為34.325m。在邊墩內(nèi)側(cè)設大理石欄桿，高1.1m。

表1 擋水建筑物方案比選

四、大型鋼壩閘設計要點及心得

1.閘基基礎處理設計

根據(jù)地質(zhì)勘探報告，新建鋼壩閘地段土層共有8層，設計底板高程位于第四層細砂層，中等透水，施工中易受擾動，對鋼壩閘基礎不利。由于設計底板下砂層厚度在1～3 m間，為防止閘基產(chǎn)生滲透破壞，在距離鋼壩閘底板上游3 m處及鋼壩閘上游齒墻底，設兩道水泥土攪拌樁防滲墻，水泥土攪拌樁直徑0.8 m，間距0.5 m，防滲高度17 m。

除了進行防滲處理，還應特別注意大型鋼壩閘底板的分縫，需要核算中控室及側(cè)控室底板的沉降差，對基礎進行沉降處理。經(jīng)計算，兩塊底板的不均勻沉降差為1.2 cm，超過鋼壩主軸間隙5 mm的要求，運行中會對底軸產(chǎn)生破壞，因此對地基進行了水泥土攪拌樁處理。水泥土攪拌樁樁直徑0.5 m，設計底高程同防滲底高程，要求樁身水泥土無側(cè)限抗壓強度標準值不小于1.5 MPa，閘基地基承載力要求不低于160kPa。

2.控制大體積混凝土水化熱產(chǎn)生的溫度裂縫

鋼壩閘閘室上游底板厚3.7 m，下游底板厚2m，為大體積混凝土結構。由于受到水泥水化熱集中釋放的影響，混凝土內(nèi)部溫升較快，當內(nèi)外溫差較大時，會產(chǎn)生溫度裂縫，影響結構安全和正常使用。為了控制底板產(chǎn)生溫度裂縫，在閘室底板和控制室混凝土中摻加氧化鎂膨脹劑，氧化鎂膨脹劑在水化過程中產(chǎn)生體積膨脹，補償水泥基材料的收縮，是防止混凝土收縮開裂的有效措施。另外，為降低水化熱，施工中可采取布設冷卻管、夜間施工等方式。

3.鋼壩閘液壓啟閉機的布置

鋼壩閘靠液壓啟閉機啟閉，目前主要有兩種布置形式。一種是布置在底板前端，利用拉力使閘門擋水，一種是布置在底板后端，利用推力使閘門擋水。啟閉機軸受拉時不易使壓桿失穩(wěn)，受壓時不易漏油。對于大型水閘，由于啟閉力比較大，液壓啟閉機宜布置在底板后端，以推力為主。

4.鋼壩閘止水布置

底板止水布置：為防止底板間產(chǎn)生滲透破壞，在底板分縫處采用了T3型紫銅止水和652型三元乙丙橡膠止水兩種止水。由于鋼壩閘閘室底板順水流方向不等厚，施工中應尤其注意止水的布置。在底板厚度變化處，止水位置也應相應變化，止水不得截斷。

控制室壁板止水布置：本閘擋水高度5.5m，控制室頂高程高于正常蓄水位1.1m，控制室后端最大高度達8.4 m，控制室壁澆筑混凝土時很難一次成型，為防止二次澆筑時造成控制室壁滲漏，設計在控制室壁內(nèi)設鋼止水。

5.采用景觀手段，增加景觀效果

對于大型鋼壩閘，受鋼壩閘設備布置影響，會造成中控室及側(cè)控室厚度大，對河道景觀產(chǎn)生一定影響。為與湖區(qū)周邊景觀相協(xié)調(diào)，在景觀設計上下功夫，如在墩頂設景觀平臺、景觀造型等，閘墩采用彩色混凝土等，在視覺上減小大體積控制室對景觀的不利影響。

6.完善觀測、監(jiān)測設施

為保證大型鋼壩閘安全運行，在設計中安裝自動化監(jiān)測系統(tǒng)，包括水位標尺、測壓管等。

五、結 語

鋼壩閘是一種新型景觀水閘，近年在河道治理過程中的應用日益廣泛。經(jīng)過幾代產(chǎn)品的更新改進，鋼壩閘優(yōu)點日益突出。通過淄博開發(fā)區(qū)孝婦河綜合治理工程中的設計實踐，總結了大型鋼壩閘設計中的難點及重點，希望能為類似多跨度、高水頭鋼壩閘設計提供有益參考。

責任編輯 鄭 爽

Application of large steel bar brake in comprehensive harness of city river courses——a case study of Zibo in Shandong Province//

Wang Ning,Wang Jinlong,Li Shuqin

Steel bar brake is a new kind of landscape water gate that not only creates a nice scenery but also has features of highly-automatic and a long service life.In the construction of traditional water storage works as a scenery along the river course,it prefers to use steel bar brakes with multi-span low heador single span high head.By doing case study on Xiaofu River in Zibo of Shandong Province,a summary of key areas need to be emphasized during the design of multi-span high head and large steel bar brake are discussed,so as to provide experiences for other similar projects.

large steel bar brake;multi-span;high head;comprehensive harness of Xiaofu River;Zibo

TV663+TV85

：B

：1000-1123（2017）08-0048-02

2017-02-17

王寧，工程師。