濱州市西沙河鋼壩閘工程設(shè)計(jì)研究

劉俊剛

(濱州市水利資源開(kāi)發(fā)建設(shè)中心，山東 濱州 256603)

1 工程概況和閘型比選

擬建西沙河節(jié)制閘位于濱州市西沙河與北外環(huán)交叉口下游150m 處，其作用為非汛期攔蓄上游西沙河來(lái)水，并保障主城區(qū)水系水位，汛期迅速開(kāi)閘排泄城區(qū)水系匯集的城市雨洪水。閘前蓄水高度不得高于8.50m，當(dāng)閘前水位超過(guò)8.50m 時(shí)需立即開(kāi)閘泄水。閘址處西沙河設(shè)計(jì)排澇流量91.40m3/s，排澇水位8.50m，河底高程為5.50m，比降1/7000，邊坡1∶3，現(xiàn)狀河底寬31～25m，河口寬38.0m，河口高程9.70m。

閘室設(shè)計(jì)布置為單孔30.0m，壩高3.30m，擋水高度3.00m。閘門(mén)型式比選考慮水力自動(dòng)翻板閘門(mén)、氣動(dòng)盾形閘門(mén)和鋼壩閘門(mén)三種門(mén)型。按照本工程景觀打造要求，綜合分析比較三種方案優(yōu)缺點(diǎn)，見(jiàn)表1。

表1 閘門(mén)型式比選

綜合表1分析，最終采用鋼壩閘門(mén)方案。

2 工程設(shè)計(jì)

2.1 工程總體布置

鋼壩閘門(mén)縱向全長(zhǎng)44m，主要由上游連接段、鋪蓋段、閘室段、消力池段、下游連接段和啟閉機(jī)室組成。鋼壩上、下游采用鋼筋混凝土懸臂擋墻、素混凝土護(hù)坡和素混凝土擋土墻與河道銜接；閘底板、啟閉機(jī)室底板和上下游懸臂擋墻基礎(chǔ)采用鋼筋混凝土灌注樁；閘門(mén)采用1 扇鋼壩閘門(mén)，并配套兩側(cè)液壓式啟閉機(jī)。

2.1.1 上游連接段

上游連接段長(zhǎng)100.0m，底寬由31.0m漸變至30.0m，兩岸通過(guò)20cm厚C35現(xiàn)澆混凝土護(hù)坡與C35素混凝土擋土墻相結(jié)合的方式漸變至現(xiàn)狀河道邊坡。C35素混凝土護(hù)底頂高程5.50m，厚0.4m，護(hù)底下設(shè)一層100mm厚C15素混凝土墊層，端部設(shè)0.4m深齒坎。橫向(垂直河道方向)分四節(jié)，分別設(shè)置0.4m深齒坎。護(hù)底間及護(hù)底與擋土墻間均采用聚乙烯閉孔泡沫板填充，護(hù)底與鋪蓋間采用橡膠止水連接。

2.1.2 鋪蓋段

鋪蓋段長(zhǎng)8.0m，底寬30m，兩側(cè)為C35鋼筋混凝土懸臂擋墻護(hù)岸及啟閉機(jī)室。C35鋼筋混凝土鋪蓋寬28.5～30.0m，鋪蓋頂高程為5.50m，厚0.5m，下設(shè)一層100mm厚C15素混凝土墊層，端部設(shè)0.5m深齒坎。

上游連接段及鋪蓋兩岸為C35鋼筋混凝土懸臂擋墻，懸臂擋墻高度為4.20m，設(shè)計(jì)頂高程為9.70m，懸臂擋墻底板下設(shè)一層100mm厚C15素混凝土墊層，基礎(chǔ)采用φ800的C35鋼筋混凝土灌注樁，樁長(zhǎng)10.0m，單側(cè)擋墻下布設(shè)7根。鋪蓋與鋼壩底板、懸臂擋墻、啟閉機(jī)室側(cè)墻間均采用橡膠止水連接。

2.1.3 閘室段

閘室段長(zhǎng)6.0m，閘孔凈寬30.0m，閘室底板為C35鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，底板頂高程上游為5.50m、下游為4.30m，底板厚1.20m，下鋪設(shè)一層100mm厚C15素混凝土墊層，基礎(chǔ)采用φ800的C35鋼筋混凝土灌注樁，樁長(zhǎng)為10.0m，底板下布設(shè)14根。閘室段兩岸為啟閉機(jī)室，下游為消力池。閘室底板與上游鋪蓋、兩岸啟閉機(jī)室側(cè)墻和下游消力池間采用橡膠止水連接。

2.1.4 消力池段

消力池段長(zhǎng)10.0m，底寬30.0m，兩岸接啟閉機(jī)室及新建C35鋼筋混凝土懸臂擋墻。消力池采用C35鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，消力池底板頂高程為4.30m，厚0.50m，下游端設(shè)反濾層，泄水管采用φ50 PVC管，末端設(shè)置800mm厚消力池坎，頂部高程為5.50m。消力池下設(shè)一層100mm厚C15素混凝土墊層，端部設(shè)0.5m深齒坎。消力池與啟閉機(jī)室側(cè)墻、鋼壩底板間采用橡膠止水連接。消力池與懸臂擋墻、下游海漫間均采用聚乙烯閉孔泡沫板填充。

2.1.5 下游連接段

下游連接段由8.0m長(zhǎng)海漫段及2.0m長(zhǎng)拋石防沖槽段組成，底寬30.0～25.0m。C35素混凝土海漫頂高程5.50m，厚0.4m，護(hù)底下設(shè)一層100mm厚C15素混凝土墊層，端部設(shè)0.4m深齒坎。海漫橫向(垂直河道方向)分四節(jié)，分別設(shè)置0.4m深齒坎。海漫后為2.0m長(zhǎng)拋石防沖槽段，厚1.0m，寬26m。下游拆除原砌石擋土墻,保留下部0.5m高部分,在河道底寬30m處重新澆筑2.5m高C35素混凝土擋土墻，與下游渡槽連接，左岸擋土墻長(zhǎng)88m，右岸的長(zhǎng)90m，墻頂高程8.5m，為保證安全，墻頂設(shè)置花崗巖欄桿。擋土墻間隔10.0m設(shè)置一道伸縮縫，縫寬2cm，采用閉孔泡沫板填充。下游連接段各縫間均采用聚乙烯閉孔泡沫板填充。

2.1.6 啟閉機(jī)室

啟閉機(jī)室為C35鋼筋混凝土空箱結(jié)構(gòu)，長(zhǎng)13.20m，寬3.70m，除迎水側(cè)側(cè)墻厚800mm外，其余側(cè)墻均厚600mm，底板厚1200mm，底板頂高程為4.30m，底板中間部位臨水側(cè)設(shè)置800mm×800mm×800mm集水坑；頂板厚150mm，頂板頂高程為9.70m，頂板上鋪設(shè)一層100mm厚的彩色混凝土防水地面；分為蓋板段和固定段，蓋板段分布在啟閉機(jī)室中段，由9塊2880mm×990mm×150mm的C40鋼筋混凝土蓋板組成，固定段分布在啟閉機(jī)室上下游，其寬度為2.80m，在上游固定段背水側(cè)設(shè)置400mm×400mm的排氣孔，在下游固定段背水側(cè)設(shè)置400mm×400mm的進(jìn)氣孔，在下游固定段臨水側(cè)設(shè)置1000mm×1000mm的人孔，人孔上設(shè)C40鋼筋混凝土蓋板；啟閉機(jī)室內(nèi)設(shè)置鋼爬梯、防爆燈具、負(fù)壓風(fēng)機(jī)排氣扇、自動(dòng)抽排濕裝置、集水井自動(dòng)抽排水裝置等，啟閉機(jī)室內(nèi)設(shè)有驅(qū)動(dòng)裝置基座和鎖定梁裝置基座，并在迎水側(cè)擋墻預(yù)留孔口，具體尺寸以廠(chǎng)家提供的尺寸為準(zhǔn)。啟閉機(jī)室內(nèi)設(shè)小型潛水泵排水。

2.2 工程電氣設(shè)計(jì)

鋼壩閘工程主要涉及蓄水、景觀等功能，根據(jù)工程用電負(fù)荷重要性，確定工程用電負(fù)荷為三級(jí)負(fù)荷。工程用電由市電供應(yīng)，電源由每座鋼壩閘附近10kV架空線(xiàn)路引接至附近，每座閘供電線(xiàn)路長(zhǎng)度按0.5km計(jì)，附近配備箱式變電站為鋼壩閘、液壓?jiǎn)㈤]機(jī)及照明生活等供電。變壓器選用干式變壓器，配套高低壓變配電設(shè)備。根據(jù)負(fù)荷計(jì)算情況選擇80kVA干式變壓器一臺(tái)，并配套相應(yīng)的高低壓配電柜。高壓系統(tǒng)選用HXGN17-12型系列高壓環(huán)網(wǎng)柜。低壓配電屏采用GGD2系列低壓成套開(kāi)關(guān)柜。高壓側(cè)跌落保險(xiǎn)選用PRWG1-10FW-100/20-6.3型，避雷器選用Y5WS-12.7/50W型。機(jī)旁控制箱采用XL-21型。10kV高壓電纜選用YJV22型銅芯交聯(lián)聚乙烯絕緣鎧裝電力電纜。低壓電纜采用YJV22型銅芯鎧裝交聯(lián)聚氯乙烯絕緣護(hù)套電力電纜。

2.3 閘門(mén)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)按照“安全可靠、經(jīng)濟(jì)實(shí)用、實(shí)時(shí)迅速、先進(jìn)成熟、易擴(kuò)展升級(jí)”的基本原則，采用先進(jìn)成熟、完全開(kāi)放的分層系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)配置和設(shè)備選擇要方便硬件和功能的后期擴(kuò)展，達(dá)到“無(wú)人值守，少值班”的目標(biāo)。在監(jiān)控中心可以通過(guò)監(jiān)測(cè)軟件系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的運(yùn)行情況，并集成視頻監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)的視頻圖像，可實(shí)時(shí)顯示監(jiān)控計(jì)算機(jī)界面，為用水調(diào)度、閘門(mén)監(jiān)控、數(shù)據(jù)顯示及圖形監(jiān)控提供了最現(xiàn)代化的手段。利用光纜和屏蔽雙絞線(xiàn)實(shí)現(xiàn)水位和輸水流量的遠(yuǎn)程監(jiān)控。監(jiān)控中心通過(guò)視頻遠(yuǎn)程監(jiān)控閘門(mén)。在遠(yuǎn)程控制狀態(tài)下，可對(duì)轄區(qū)內(nèi)的閘門(mén)狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控并監(jiān)測(cè)其整個(gè)啟閉過(guò)程。監(jiān)控中心可把每個(gè)測(cè)點(diǎn)指定在地圖位置，雙擊地圖測(cè)點(diǎn)，彈出詳細(xì)閘門(mén)界面，界面集成閘門(mén)信息和視頻，通過(guò)音頻設(shè)備，可向該閘門(mén)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行喊話(huà)。除此之外，開(kāi)發(fā)基于手機(jī)APP的閘門(mén)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)，本地管理員可以通過(guò)手機(jī)APP對(duì)鋼壩閘進(jìn)行遠(yuǎn)程控制和狀態(tài)監(jiān)測(cè)，閘門(mén)監(jiān)控器可將閘機(jī)數(shù)據(jù)與后臺(tái)云端聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的預(yù)測(cè)性維護(hù)以及全生命周期管理。該監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)和無(wú)線(xiàn)廣播系統(tǒng)架構(gòu)見(jiàn)圖1、圖2。

2.4 閘門(mén)及啟閉設(shè)備配置

閘門(mén)及啟閉設(shè)備鋼壩閘配套1扇30.0m×3.30m鋼壩閘門(mén)，選用2臺(tái)集成式液壓?jiǎn)㈤]機(jī)驅(qū)動(dòng),型號(hào)為QRWY-2×1250kN-4.35m，啟閉機(jī)容量2×1250kN，并由鋼壩閘廠(chǎng)家配套閘門(mén)控制柜(帶遠(yuǎn)傳及自動(dòng)控制系統(tǒng)，同時(shí)需實(shí)現(xiàn)啟閉機(jī)室自動(dòng)抽排濕、集水井內(nèi)自動(dòng)抽排水)，并配套防爆燈具。為利于工程順利實(shí)施，鋼壩閘安裝配件、預(yù)埋件、預(yù)埋鋼板、插筋、防爆燈具、自動(dòng)抽排濕裝置、自動(dòng)抽排水裝置，均由鋼壩閘廠(chǎng)家配套供應(yīng)。

圖1 監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)示意

圖2 無(wú)線(xiàn)廣播系統(tǒng)架構(gòu)示意

3 施工組織設(shè)計(jì)

3.1 施工導(dǎo)流

西沙河鋼壩閘施工時(shí)，擬在閘址上下游，各設(shè)置1道圍堰，頂寬2.0m，上游圍堰高3m，長(zhǎng)42m，邊坡1∶2，下游圍堰高2.0m，長(zhǎng)38m。西沙河左岸，開(kāi)挖導(dǎo)流溝，溝深2.0m，邊坡1∶2，底寬5.0m。為確?；A(chǔ)無(wú)水施工，保證工程質(zhì)量和工程的順利施工，施工排水采用深井排水，井深20m，間距15m，沿基坑周邊布設(shè)。

3.2 混凝土施工

a.模板項(xiàng)目要嚴(yán)格達(dá)到強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。模板保持平整，板與板接縫緊密且無(wú)泄漏，確保結(jié)構(gòu)的外觀表面美觀，線(xiàn)條平順，符合設(shè)計(jì)要求。

b.混凝土工程應(yīng)按設(shè)計(jì)要求嚴(yán)格控制各部位高程、平面位置、幾何尺寸，按規(guī)范要求控制施工質(zhì)量。

c.閘門(mén)槽二期混凝土施工：組織專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員，成立由測(cè)量組、預(yù)埋件組、鑿毛組、模板組和澆筑混凝土組組成的施工隊(duì)伍，保證門(mén)槽的施工質(zhì)量，實(shí)行專(zhuān)人負(fù)責(zé)、責(zé)任明確、相互配合的工作制度。鑿出第一階段的混凝土預(yù)留槽，并調(diào)直第一階段混凝土中的預(yù)埋鋼筋，去除表面碎屑。埋件運(yùn)達(dá)作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)后，檢查部件的外部尺寸是否符合設(shè)計(jì)要求，并檢查部件組裝位置的安裝標(biāo)記是否是同一組門(mén)槽的，防止不屬同套的埋件組裝到一起。門(mén)槽的第二階段混凝土施工按照以下步驟進(jìn)行：鑿毛→測(cè)量、布置，確定埋件安裝位置→安裝埋件→設(shè)置腳手架→安裝并加強(qiáng)模板→混凝土澆筑→拆除模板并養(yǎng)護(hù)。

3.3 閘門(mén)啟閉機(jī)安裝

該工程金屬結(jié)構(gòu)，包括工程的閘門(mén)、閘門(mén)埋件及啟閉機(jī)等，全部由取得生產(chǎn)許可證的廠(chǎng)家統(tǒng)一加工制造，運(yùn)至工地后采用汽車(chē)吊吊裝。工作閘門(mén)吊裝前，對(duì)門(mén)槽、底檻等部位進(jìn)行徹底清理，準(zhǔn)備好吊裝器具、輔助吊點(diǎn)，并進(jìn)行吊裝前技術(shù)交底。啟閉機(jī)安裝的主要程序包括：準(zhǔn)備施工→安裝預(yù)埋件→測(cè)量放樣→安裝→單機(jī)調(diào)試→帶閘門(mén)的連接測(cè)試→驗(yàn)收。啟閉機(jī)安裝完成后，在未連接閘門(mén)的情況下，會(huì)空載運(yùn)行，必須檢查每個(gè)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的安裝情況。將啟閉機(jī)連接到閘門(mén)，當(dāng)閘門(mén)不受水壓時(shí)，閘門(mén)進(jìn)行開(kāi)關(guān)閉合運(yùn)行。檢查每個(gè)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)是否正常，閘門(mén)開(kāi)度指示器的顯示是否正確以及限位開(kāi)關(guān)是否正確操作。在電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)和運(yùn)行時(shí)，同時(shí)測(cè)量電流和電壓值的變化。測(cè)試工作重復(fù)三次。

4 結(jié) 語(yǔ)

綜上所述，鋼壩閘是一種新型擋水結(jié)構(gòu)，在濱州地區(qū)應(yīng)用極少，與傳統(tǒng)的橡膠壩相比，不容易發(fā)生老化，兼具蓄水和排澇的雙重功能。文章主要對(duì)景觀鋼壩閘在城區(qū)河道中的設(shè)計(jì)應(yīng)用進(jìn)行詳細(xì)分析和探究，在景觀鋼壩閘實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，還需要結(jié)合工程實(shí)際特點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)和施工，才能夠保證鋼壩閘應(yīng)用達(dá)到預(yù)期效果。