城市景觀鋼壩布置方案的優(yōu)化分析

儲(chǔ)威威

（中國(guó)葛洲壩集團(tuán)股份有限公司勘測(cè)設(shè)計(jì)院，湖北 武漢 430000）

城市景觀鋼壩不僅要滿足傳統(tǒng)的防洪、排澇等要求，還要形成水域、瀑布等景觀，提升城市形象，水閘的功能得到進(jìn)一步的拓展延伸。目前，適用于城市景觀水閘的型式主要有橡膠壩、液壓升降壩、鋼壩閘、傳統(tǒng)閘壩等。鋼壩閘按照啟閉方式不同分為上翻式鋼壩閘、側(cè)開式鋼壩閘、下臥式鋼壩閘等。

橡膠壩相對(duì)價(jià)格較低、施工方便、水體景觀效果好，但受空氣、日照、水作用，易老化且易被尖銳物刺破，泄洪時(shí)間長(zhǎng)，有安全隱患。液壓升降壩結(jié)構(gòu)堅(jiān)固，受洪水沖擊能力強(qiáng)，使用壽命長(zhǎng)，壩型美觀，可形成瀑布效果，但門體中間易被雜物垃圾卡塞。上翻式鋼壩閘利于水體置換和沖淤，操作運(yùn)行方便，但檢修較為困難。側(cè)開式鋼壩閘可封閉大面積孔口，通航凈空不受限制，但是檢修維護(hù)比較困難。下臥式鋼壩閘方便調(diào)節(jié)水位，適應(yīng)性較強(qiáng)，但下部底軸易泥沙淤積。傳統(tǒng)閘壩技術(shù)成熟，操控可靠，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，但中間閘墩高于水面，景觀效果一般。綜上可見，如果采用傳統(tǒng)單一的景觀水閘布置型式，都存在不同程度的局限性。

本文根據(jù)上述閘壩型式的優(yōu)缺點(diǎn)，取長(zhǎng)補(bǔ)短。結(jié)合工程實(shí)例，對(duì)景觀水閘布置方案進(jìn)行優(yōu)化分析。

1 城市景觀鋼壩布置常見問題

1.1 施工導(dǎo)流布置不便問題

景觀鋼壩一般位于城市區(qū)域，閘址兩岸多為城市規(guī)劃范圍，且多為已建市政道路，地下管道復(fù)雜，施工占地面積受限。而鋼壩需干地條件整體安裝調(diào)試，明渠導(dǎo)流方式常常因受到左右岸場(chǎng)地條件限制無法采用，采用圍堰抽水方式成本較高。

1.2 閘前淤積嚴(yán)重問題

城市景觀鋼壩通常是關(guān)閉攔蓄景觀水位，對(duì)于泥砂較多的河流，閘前淤積情況比較嚴(yán)重，影響閘門啟閉，特別是下臥式鋼壩閘，下部底軸易泥沙淤積。

1.3 檢修維護(hù)困難問題

城市景觀鋼壩常設(shè)置于內(nèi)外河交匯處，河口處一般河面較寬，閘的單跨較大，通常不設(shè)置檢修閘門。由于檢修期間沒有過水通道，常規(guī)采用圍堰抽水檢修，工程量較大。

2 布置方案優(yōu)化分析

2.1 工程概況

SY市景觀鋼壩位于該市濕地公園下游河道中，閘址位置位于濕地公園下游河道與外河交匯處上游150 m處。閘址所在河道總長(zhǎng)6.0 km，平均寬度35 m，平均坡降0.32‰，兩岸為城市主干道。該河道流域地勢(shì)北高南低，河流順直，自北向南，順勢(shì)而下，穿越市區(qū)匯入東河。流域上游為丘陵地貌，海拔高度一般在3.0 m～6.0 m，下游屬丘陵和濱海平原地貌。

工程主要任務(wù)是通過修建景觀水閘攔蓄上游來水，在濕地公園形成穩(wěn)定的景觀水面，在河道內(nèi)形成瀑布景觀，促進(jìn)水體循環(huán)，改善濕地公園生態(tài)環(huán)境。根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，工程新建水閘主要建筑物級(jí)別3級(jí)，次要建筑物級(jí)別4級(jí)，水閘防洪標(biāo)準(zhǔn)為100年一遇，設(shè)計(jì)過閘流量取228.5 m3/s（P=1%）。工程景觀水位2.0 m，設(shè)計(jì)洪水位4.6 m，擋水高度1.2 m。

經(jīng)過方案比選，鋼壩由于其布置緊湊，結(jié)構(gòu)堅(jiān)固可靠，運(yùn)行靈活，景觀效果好等優(yōu)點(diǎn)，本工程方案擬采用鋼壩方案（下臥式鋼壩閘）。傳統(tǒng)的單一鋼壩布置方案中，從左岸至右岸依序布置有左岸控制室、鋼壩、右岸控制室。從上游至下游依次布置有上游連接段、護(hù)底段、鋪蓋段、鋼壩段、消力池段、海漫段、下游連接段。鋼壩過水凈寬35.0 m，左右控制室設(shè)置在兩側(cè)，寬3.5 m，總寬42 m。針對(duì)上述城市景觀鋼壩在布置中存在的痛點(diǎn)問題，本文對(duì)單一鋼壩布置方案進(jìn)行了優(yōu)化。

2.2 “鋼壩+節(jié)制閘”優(yōu)化方案介紹

“鋼壩+節(jié)制閘”方案中，從左岸至右岸依序布置有左岸控制室、鋼壩、右岸控制室、節(jié)制閘及啟閉機(jī)房。從上游至下游依次布置有上游連接段、護(hù)底段、鋪蓋段、閘室段、消力池段、海漫段、下游連接段。水閘設(shè)計(jì)總長(zhǎng)87 m，其中，上游連接段20 m，護(hù)底段10 m，鋪蓋段5 m，鋼壩及節(jié)制閘段10 m，消力池段14 m，海漫段25 m，下游防沖槽段3 m。

2.2.1 上游連接段

為使上游擋墻及護(hù)坡與現(xiàn)狀河道平順連接，在上游連接段20 m范圍內(nèi)進(jìn)行護(hù)坡。護(hù)底高程0.8 m，鋪蓋段長(zhǎng)5 m，兩岸設(shè)懸臂式翼墻。

為了減小泥沙對(duì)水閘的影響，在水閘進(jìn)水口設(shè)置導(dǎo)沙坎。導(dǎo)沙坎采用C25混凝土結(jié)構(gòu)，頂寬0.4 m，底寬0.8 m，導(dǎo)沙丁坎與水流方向成70°交角，導(dǎo)沙順坎與水流方向成40°交角，導(dǎo)沙坎高度取水深的50%，凈高0.9 m。

2.2.2 閘室段（鋼壩+節(jié)制閘）

閘室段全長(zhǎng)10.0 m，總寬41.6 m，由鋼壩和節(jié)制閘組成。

鋼壩布置在左岸，過水凈寬30.0 m，采用鋼壩（下臥式鋼壩閘）。鋼壩底板長(zhǎng)10.0 m，底板頂高程1.1 m，閘門平放段頂高程0.3 m。兩側(cè)分別設(shè)控制室，控制室長(zhǎng)10.0 m，寬3.5 m，頂高程4.6 m。

節(jié)制閘布置在右岸，為單孔閘門，過水凈寬3.0 m，兩側(cè)閘墩寬0.8 m，采用直升平板閘門。節(jié)制閘底板長(zhǎng)10.0 m，底板頂高程0.8 m。節(jié)制閘上部設(shè)啟閉機(jī)房，長(zhǎng)4.6 m，寬4.6 m，高4.2 m。

2.2.3 下游連接段

消力池長(zhǎng)14 m，寬37.3 m。底板設(shè)排水孔，下設(shè)反濾層，兩岸設(shè)懸臂式擋墻。海漫長(zhǎng)25.0 m，寬37.3 m。護(hù)底段長(zhǎng)25 m。防沖槽長(zhǎng)3 m，深1.6 m，兩岸設(shè)護(hù)坡。

圖1 優(yōu)化方案布置圖

2.3 優(yōu)化方案分析

基于單一鋼壩布置方案在實(shí)際應(yīng)用中存在一定局限性，“鋼壩+節(jié)制閘”方案與單一鋼壩布置方案比較，主要優(yōu)化內(nèi)容是：①改變單一的鋼壩布置型式，在右岸增設(shè)節(jié)制閘。節(jié)制閘過水凈寬3.0 m，兩側(cè)閘墩寬0.8 m，總寬4.6 m，節(jié)制閘上部設(shè)啟閉機(jī)房。在控制室頂部平臺(tái)和節(jié)制閘平臺(tái)靠河一側(cè)增設(shè)欄桿，形成城市觀景休閑平臺(tái)；②在上游連接段增設(shè)導(dǎo)沙坎。導(dǎo)沙丁坎與水流方向成70°交角，導(dǎo)沙順坎與水流方向成40°交角，導(dǎo)沙坎高度取水深的50%，凈高0.9 m。將泥沙淤積順利導(dǎo)入節(jié)制閘渠道中排到下游；③在右岸控制室上游增加圓弧形導(dǎo)墻，圓弧形半徑1.75 m。引導(dǎo)水流平順度過。

優(yōu)化方案主要解決的問題有：①解決施工導(dǎo)流布置不便問題。結(jié)合本工程實(shí)際特點(diǎn)，采用分期導(dǎo)流，由分期圍堰擋水。一期先施工節(jié)制閘段，利用束窄后的原河床導(dǎo)流；二期施工鋼壩段，利用已建成的節(jié)制閘段作為過流通道；②一定程度上解決閘前淤積嚴(yán)重問題。由于導(dǎo)沙坎的設(shè)置，會(huì)減少泥沙在鋼壩底軸淤積。在運(yùn)行期，可不定期開啟節(jié)制閘門沖沙，方便排出淤積泥沙；③解決檢修困難問題。鋼壩主要軸件埋于水下，日常維護(hù)和保養(yǎng)較為困難，本優(yōu)化方案在檢修期，只需在上游和中間閘墩分別設(shè)置橫向圍堰和縱向圍堰，利用節(jié)制閘作為過流通道，即可方便快速地創(chuàng)造出干地檢修條件，方便鋼壩檢修。減少了抽水費(fèi)用支出，降低檢修成本；④有效縮短鋼壩凈跨。由于鋼壩對(duì)地基要求較高，單跨越大，抗基礎(chǔ)變形能力越差，壩體扭曲變形的安全隱患越大。凈跨縮短可以從一定程度上降低安全隱患。

3 結(jié)語(yǔ)

景觀鋼壩由于其立門可以蓄水，臥門可以排澇，調(diào)控水位靈活方便，壩頂溢流可以形成瀑布景觀，使用壽命長(zhǎng)等諸多優(yōu)點(diǎn)，在城市河道整治中的應(yīng)用一定會(huì)越來越廣泛。而“鋼壩+節(jié)制閘”優(yōu)化方案能一定程度上解決單一鋼壩布置方案中的痛點(diǎn)問題，再通過對(duì)節(jié)制閘的啟閉機(jī)房進(jìn)行建筑方案設(shè)計(jì)，并結(jié)合當(dāng)?shù)匚幕厣?，兼顧與河道兩岸環(huán)境的協(xié)調(diào)統(tǒng)一，使景觀鋼壩成為城市中一道靚麗的風(fēng)景。