氣盾壩盾板與砼側(cè)墻接觸面施工關(guān)系探討

林聿圣

（武夷山市水利局,福建 武夷山 354300）

1 工程概況

武夷山市位于福建省北部閩贛兩省交界處,屬于中亞熱帶地區(qū),是福建省唯一以山命名的一座新型旅游城市,是世界文化和自然“雙遺產(chǎn)”地之一。武夷山市依托其獨(dú)特、稀有、絕妙的自然景觀,通過(guò)改善基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè),大大促進(jìn)了武夷山市旅游業(yè)的發(fā)展。但武夷山境內(nèi)水資源也存在分配不均現(xiàn)象,地處市中心西側(cè)一帶的文化創(chuàng)業(yè)園缺水現(xiàn)象嚴(yán)重,為促進(jìn)文化創(chuàng)業(yè)園區(qū)開(kāi)發(fā)發(fā)展,更好地服務(wù)武夷山的旅游業(yè),2017 年經(jīng)上級(jí)批準(zhǔn)立項(xiàng)建設(shè)武夷山市黃柏溪引調(diào)水工程,以解決文化創(chuàng)業(yè)園區(qū)一帶缺水問(wèn)題。該工程主要建設(shè)內(nèi)容有氣盾壩一座、6 km無(wú)壓引水隧洞1 條和8000 t調(diào)節(jié)池1 座以及配水系統(tǒng)。引水工程總引用流量0.44 m3/s,工程設(shè)計(jì)等別為IV等,主要建筑物按4 級(jí)設(shè)計(jì),項(xiàng)目總投資1.1 億元。引水工程渠首攔河壩采用氣盾壩結(jié)構(gòu),該氣盾壩是福建省第一家引進(jìn)建設(shè)安裝的具有防洪度汛能力可控、過(guò)水高度和運(yùn)行狀態(tài)可持續(xù)控制,施工及管理簡(jiǎn)單,運(yùn)行安全可靠的新型景觀式水工擋水建筑物。該壩過(guò)水寬度37 m,盾板高3.5 m,壩兩端為鋼筋砼側(cè)墻,與氣盾壩連接共同起到擋水抬高水位引溪水入隧洞之作用。2019 年底建成并進(jìn)入運(yùn)行調(diào)試階段。筆者通過(guò)設(shè)計(jì)、研究武夷山市黃柏溪引調(diào)水工程氣盾壩盾板與砼側(cè)墻面兩者之間的關(guān)系,旨在為該工程提供一定的技術(shù)支持,同時(shí)為類似工程中氣盾壩的應(yīng)用起到重要的參考價(jià)值。圖1所示的是氣盾壩設(shè)計(jì)橫斷面示意圖。

圖1 引水系統(tǒng)平面布置圖

2 氣盾壩關(guān)鍵技術(shù)

由圖1可以看出,氣盾壩主要由氣囊、限位繩、盾板、氣動(dòng)控制系統(tǒng)以及鋼筋砼基礎(chǔ)、側(cè)墻等組成,而氣囊、弧形鋼制盾板作為其主要結(jié)構(gòu),其中,弧形鋼制盾板是用來(lái)?yè)跛?氣囊布置在盾板下方,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)盾板的支撐作用,這樣以來(lái)極大程度上提高了結(jié)構(gòu)的性能。相較于傳統(tǒng)的橡膠壩和鋼閘門,氣盾壩具備以下優(yōu)點(diǎn)：

1）利用橡膠氣囊支撐鋼護(hù)板擋水,安全性高,使用壽命長(zhǎng)（30年以上）綜合經(jīng)濟(jì)效益顯著；

2）模塊化設(shè)計(jì),可以簡(jiǎn)化安裝過(guò)程和減少后期維護(hù)；

3）無(wú)需設(shè)置中墩,可連續(xù)延伸閘門橫跨水域,長(zhǎng)度可以設(shè)計(jì)200 m以上,擋水高度10 m以下閘壩可完全倒伏,實(shí)現(xiàn)高效行洪；

4）鋼護(hù)板可以很好的保護(hù)橡膠氣囊免受冰塊等漂浮物和泥沙、雜物的侵害,延長(zhǎng)氣囊使用壽命（50 年以上）；

5）閘門系統(tǒng)振動(dòng)小,可安裝在任何高度水頭的河流,溢洪道等；

6）容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制,控制水位準(zhǔn)確,運(yùn)行費(fèi)用低；

7）充排系統(tǒng)采用空氣作為充脹介質(zhì),充排時(shí)間短,短時(shí)間內(nèi)可快速塌壩,而且以氣體為動(dòng)力,不存在漏油問(wèn)題,不會(huì)造成水和周圍環(huán)境污染；

8）在突然斷電或控制系統(tǒng)失效情況下,可實(shí)現(xiàn)手工塌壩,安全性能高；

9）可實(shí)現(xiàn)雙向擋水功能,完全可以應(yīng)用在河道入?？谔?；

10）氣盾壩采用了景觀鋼壩,在調(diào)水期間,可以給觀眾呈現(xiàn)出景觀瀑布,不僅完成引水工程,而且給文化創(chuàng)業(yè)園區(qū)增添了一道亮麗的景觀。

然而氣盾壩的好壞,涉及到幾點(diǎn)關(guān)鍵技術(shù)：

①需要根據(jù)引水推移質(zhì)對(duì)盾板產(chǎn)生的沖擊力確定盾板的厚度、強(qiáng)度,除此之外,由于長(zhǎng)時(shí)間會(huì)在盾板上游產(chǎn)生積沙,因此,必須考慮鋼板強(qiáng)度；②長(zhǎng)時(shí)間水流以及泥沙必將對(duì)鋼板產(chǎn)生磨損,因此,需要對(duì)其鋼板進(jìn)行防腐防銹處理；③氣囊作為氣盾壩的動(dòng)力裝置,決定了整個(gè)氣盾壩能否正常運(yùn)行的關(guān)鍵,氣囊成型加工技術(shù),是氣盾壩核心技術(shù)。④氣盾壩單元同步問(wèn)題；⑤盾板兩邊與砼擋墻接觸面的密封性。

2019 年底建成并進(jìn)入運(yùn)行調(diào)試階段。該壩在運(yùn)行調(diào)試期間發(fā)現(xiàn)一些問(wèn)題,比較明顯的包括兩個(gè),即①在氣盾壩在靠近兩端側(cè)墻附近的兩邊盾板與中間盾板在升壩過(guò)程中出現(xiàn)中間快兩邊慢的不同步；②盾板兩邊與砼擋墻接觸面出現(xiàn)滲漏水。在問(wèn)題出現(xiàn)之后進(jìn)行了及時(shí)的改正,經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)廠家、土建施工單位共同商議并多次整改,但效果仍不理想,盾板升塌壩啟閉不同步、兩端接觸面滲漏水問(wèn)題還不能完全解決。

3 原因分析

3.1 設(shè)計(jì)人員缺乏經(jīng)驗(yàn)

氣盾壩屬于引進(jìn)國(guó)外的技術(shù)產(chǎn)品,經(jīng)過(guò)國(guó)內(nèi)生產(chǎn)廠家的技術(shù)消化和不斷鉆研改進(jìn),目前產(chǎn)品技術(shù)已較為成熟,但安裝使用這種壩的工程項(xiàng)目并不多,導(dǎo)致水利行業(yè)設(shè)計(jì)人員對(duì)氣盾壩的結(jié)構(gòu)、性能以及與土建一體化設(shè)計(jì)的情形了解不足,往往設(shè)計(jì)人員只設(shè)計(jì)氣盾壩土建結(jié)構(gòu)部分,氣盾壩的壩體、控制系統(tǒng)及與土建結(jié)合部的預(yù)埋件通常交由氣盾壩生產(chǎn)廠家進(jìn)行二次設(shè)計(jì),忽略了氣盾壩盾板升壩后與兩端砼側(cè)墻起了共同擋水可能會(huì)出現(xiàn)的升塌壩開(kāi)啟不暢和接觸面滲漏水的實(shí)際,往往在設(shè)計(jì)文件中未注明這些方面的細(xì)節(jié)。存在設(shè)計(jì)上的缺陷。因此,造成這一問(wèn)題的主要原因就在于工程施工的氣盾壩存在上述問(wèn)題,導(dǎo)致運(yùn)行調(diào)試期間出現(xiàn)壩端啟閉不暢中間盾板已開(kāi)啟到位、兩端盾板還不能完全開(kāi)啟到位的現(xiàn)象（見(jiàn)圖2）及盾板與砼側(cè)墻接觸面滲漏水。筆者認(rèn)為設(shè)計(jì)人員包括土建設(shè)計(jì)單位人員和生產(chǎn)廠家設(shè)計(jì)人員應(yīng)多交流溝通,為產(chǎn)品設(shè)計(jì)與土建設(shè)計(jì)在細(xì)節(jié)問(wèn)題上設(shè)計(jì)出更完善的細(xì)部結(jié)構(gòu)圖紙文件,便于施工單位施工,防止出現(xiàn)本文提到的不盡人意的隱患[1]。

圖2 武夷山市黃柏溪引調(diào)水工程氣盾壩

3.2 施工過(guò)程不嚴(yán)謹(jǐn)

武夷山市黃柏溪引調(diào)水工程氣盾壩兩端與土建主體工程接觸面采用鋼筋砼墻面,在砼墻體施工時(shí)采用木模板立模,在施工過(guò)程對(duì)模板安裝的垂直度和平整度進(jìn)行嚴(yán)格的測(cè)量制作安裝,砼振搗時(shí)也是小心翼翼,但拆模后仍存在表面凹凸不平和墻體面垂直度不盡人意,造成墻體表面與氣盾壩盾板之間存在局部空隙和在升塌壩啟降過(guò)程中出現(xiàn)局部卡殼,影響氣盾壩升壩和塌壩,在接觸面產(chǎn)生滲漏水,雖經(jīng)事后多方案處理,但仍不能完全做好氣盾壩升塌壩起降自如和接觸面不滲水,這是施工存在的缺陷[2]。氣盾壩安裝流程見(jiàn)圖3。

4 解決方案

針對(duì)武夷山市黃柏溪引調(diào)水工程存在的氣盾壩升塌壩出現(xiàn)的盾板啟閉不自如,盾板與側(cè)墻面在升壩狀態(tài)下產(chǎn)生的滲漏水的問(wèn)題,筆者有幸參與該壩施工建設(shè),調(diào)試期間經(jīng)過(guò)仔細(xì)觀察思考,認(rèn)為有幾種方法可以解決：

（1）設(shè)計(jì)單位設(shè)計(jì)人員應(yīng)不斷地學(xué)習(xí)、吸收新的知識(shí),應(yīng)熟知?dú)舛軌蔚墓δ芙Y(jié)構(gòu)和運(yùn)行模式；認(rèn)真對(duì)氣盾壩壩體與土建主體工程進(jìn)行細(xì)部結(jié)構(gòu)的詳細(xì)設(shè)計(jì),提出具體設(shè)計(jì)方案。

①在施工圖設(shè)計(jì)說(shuō)明內(nèi)容中特別注明施工方法,在氣盾壩運(yùn)行軌跡范圍內(nèi)邊墻要特殊處理,處理方法一是邊墻安裝304不銹鋼板；方法二是貼大理石或花崗巖；方法三是混凝土表面抹光處理后噴涂聚酯涂料。三種方法的初衷就是提高混凝土表面光潔度,減少閘門止封橡膠與邊墻基礎(chǔ)的磨損,同時(shí)保證了止封橡膠和邊墻的貼合緊密,避免出現(xiàn)閘門邊墻止不住水的問(wèn)題。邊墻或在設(shè)計(jì)技術(shù)交底時(shí)特別要求施工單位在施工過(guò)程中要注意的事項(xiàng),可能對(duì)緩解本文提到的不盡人意之處有減輕作用。

②氣盾壩生產(chǎn)廠家在設(shè)計(jì)盾板與側(cè)墻接觸面止水設(shè)計(jì)成L型止封橡膠見(jiàn)圖3。L型止封橡膠一邊安裝于閘門面板邊緣,另一邊因止封橡膠的角度作用與特殊處理過(guò)側(cè)墻緊密貼合。

圖3 L型止封橡膠示意圖

③為保證氣盾閘門面板的順利啟降和止封效果,閘門面板與邊墻的間隙設(shè)計(jì)成20 cm,間隙過(guò)寬止封橡膠不能很好的與邊墻貼合,邊墻部位會(huì)漏水；過(guò)窄閘門面板與邊墻有可能產(chǎn)生干涉,閘門不能正常升降。閘門面板間隙合理即可防止邊墻滲漏水,同時(shí)保證閘門充排氣時(shí)升降自如,也能很好地解決本文中提到的不盡人意之隱患[3]。

（2）施工單位人員要有高度的工程施工質(zhì)量意識(shí),在各施工環(huán)節(jié)、施工工藝等方面提前意識(shí)到可能存在的工程質(zhì)量缺陷并提出應(yīng)對(duì)解決方案加以實(shí)施。如武夷山市黃柏溪引調(diào)水工程砼側(cè)墻在施工時(shí)采用鋼模板立模和精準(zhǔn)測(cè)量、安裝并加強(qiáng)模板支撐剛度,防止模板移位變形,對(duì)本文提到的不盡人意之隱患可能會(huì)完全消除或大部分消除；同時(shí)在施工過(guò)程中嚴(yán)格按照施工設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)將公差控制在合理范圍內(nèi),如混凝土過(guò)墻的平整度公差3 mm,兩個(gè)閘墩間,距離主錨栓中心線150 cm范圍內(nèi)的混凝土表面平整度為6 mm,且每英尺范圍內(nèi)變化不超過(guò)3 mm。為了嚴(yán)格控制誤差,禁止混凝土從較高位置澆筑。

5 結(jié)語(yǔ)

在社會(huì)的不斷發(fā)展中,國(guó)家對(duì)水利事業(yè)的關(guān)注度越來(lái)越高,并投入大量資金,各類水利工程項(xiàng)目不斷建設(shè),安全、環(huán)保、生態(tài)以及施工簡(jiǎn)單的一些新型產(chǎn)品新型施工工藝項(xiàng)目也不斷地被應(yīng)用到水利建設(shè)項(xiàng)目上。水利工程建設(shè)項(xiàng)目,不但要安全,還要生態(tài)、環(huán)保,并結(jié)合當(dāng)?shù)刈匀缓腿宋木坝^融入美觀元素,氣盾壩主要由氣囊、限位繩、盾板、鋼筋砼擋墻等組成,其中,氣囊體積小,這樣以來(lái)大大降低了充氣、排氣時(shí)間,可在短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)塌壩,氣盾壩能夠在汛期實(shí)現(xiàn)快速塌壩,可實(shí)現(xiàn)過(guò)水高度和運(yùn)行狀態(tài)可持續(xù)控制,施工及管理簡(jiǎn)單,運(yùn)行安全可靠等優(yōu)點(diǎn),不僅完成引水工程,而且給文化創(chuàng)業(yè)園區(qū)增添了一道亮麗的景觀。但是氣盾壩建成后若達(dá)不到設(shè)計(jì)美觀效果,將會(huì)出現(xiàn)壩頂（盾板頂）升壩后成不了一條直線、盾板兩端接觸面滲水等問(wèn)題。本文針對(duì)運(yùn)行過(guò)程中存在的問(wèn)題提出相應(yīng)的解決方法,通過(guò)設(shè)計(jì)、研究武夷山市黃柏溪引調(diào)水工程氣盾壩盾板與砼側(cè)墻面兩者之間的關(guān)系,旨在為該工程提供一定的技術(shù)支持,同時(shí)為類似工程中氣盾壩的應(yīng)用起到重要的參考價(jià)值。