跌水消能在人工景觀溢流壩中的應(yīng)用

楊 利

（山西四建集團有限公司，山西 太原 030024）

在大力建設(shè)宜居城市、改善水環(huán)境的同時，對貫通城區(qū)的河流進行大力整治，利用攔洪壩修建城市蓄水景觀。在各類人工景觀溢流壩工程建設(shè)中，最重要的工程部分是壩體消能?，F(xiàn)有壩體消能方式，主要有底流消能、面流消能、挑流消能，但這三種消能方式對下游河道沖刷嚴重，且壩后需設(shè)置復(fù)雜的海曼、消力池、消力戽等水工消能建筑物。因此大同市御河人工景觀溢流壩，采用了跌水消能方式。

1 工程概況

1.1 地理位置

大同市御河流域生態(tài)修復(fù)與保護項目位于御河?xùn)|路以西，十里河與御河交匯處，生態(tài)濕地建設(shè)范圍約6.5 km2，主要內(nèi)容包括河道清淤清障、蓄水建筑及生態(tài)蓄水池、河槽生態(tài)護砌、堤防加固、引水工程、調(diào)水工程、功能濕地、水體生態(tài)修復(fù)、濕地綠化等。

1.2 氣象

大同市區(qū)，屬溫帶大陸性氣候，春季干燥多風(fēng)，冬季寒冷少雪，雨量集中于7—9月，多為局部大雨、暴雨及冰雹，山洪較多。全年主導(dǎo)風(fēng)向為西北風(fēng)和北風(fēng)，夏季主導(dǎo)風(fēng)向是東南風(fēng)，年平均風(fēng)速是3.9 m/s，極大風(fēng)速33.7 m/s。全年平均溫度為6.6℃，一月最冷，溫度平均值-10.9℃，極端最低溫度為-29.1℃，七月最熱，溫度平均值為21.8℃，極端最高氣溫為37.7℃。年平均日照數(shù)達2 753.3 h，年平均無霜期162 d，降水量376.9 mm，蒸發(fā)量2 043.2 mm。該地區(qū)最大凍土深度1.86 m，多年平均河流封凍天數(shù)110 d，解凍天數(shù)135 d。

2 工程設(shè)計

2.1 地質(zhì)條件

根據(jù)勘探資料顯示，工程區(qū)內(nèi)主要地層，有人工填土、第四系全新統(tǒng)沖積粗砂、圓礫、粉質(zhì)黏土等，現(xiàn)將地層由新到老介紹如下。

2.1.1 現(xiàn)代人工堆積

雜填土層組成：包括建筑垃圾及生活垃圾，厚度1.5～2.8 m；

素填土層組成：主要由粉土自然堆填而成，分布河床漫灘表部，厚度1.1～1.8 m。

2.1.2 第四系全新統(tǒng)沖積（Q4al）

砂壤土、粗砂、圓礫、粉質(zhì)黏土、粗砂、粉質(zhì)黏土。

本工程人工景觀溢流壩壩址軸線深度25 m范圍內(nèi)，共分布有7層地層，其中（2）層為第四系全新統(tǒng)沖積堆積（Q4al），巖性為砂壤土，厚度0.5～0.7 m，分布于漫灘表部，屬于開挖部分。（3）層第四系全新統(tǒng)沖積堆積（Q4al），巖性為粗砂，中密至松散，厚度5.30～8.80 m，分布不均，承載力特征值fak=220 kPa。

河水對普通混凝土無腐蝕，對鋼筋混凝土中的鋼筋及對鋼結(jié)構(gòu)具有弱腐蝕性。

2.2 工程布置

人工景觀溢流壩，位于樁號SH 0+464.12處，壩長均為147.8 m，高2.3 m。溢流壩為梯形結(jié)構(gòu)，由上游鋪蓋段、溢流擋墻、消力池段和沖砂閘組成。

上游鋪蓋段為C25 W4 F200鋼筋混凝土，設(shè)計長10.7 m，厚0.3 m。

擋水壩段高2.5 m，溢流壩段高2.3 m，壩頂寬度1.5 m，迎水側(cè)直立，背水側(cè)坡度1∶0.3。壩踵寬度0.8 m，壩趾寬度2.35 m。景觀石安砌于壩后，砌筑成臺階狀，營造自然跌水景觀。

消力池采用0.5 m厚鋼筋混凝土底板，消力池段長14 m，池深0.5 m。消力池底部設(shè)置排水管，底板下部設(shè)置反濾層。

泄水閘順?biāo)鞣较蜷L度8 m，邊墩厚0.8 m，閘底板厚度0.8 m。設(shè)置檢修閘槽和2 m×2.5 m工作閘門，閘室上下游各設(shè)圓弧形導(dǎo)流墻。啟閉機架橋高度3.3 m，機架橋頂部寬度3.5 m，四周設(shè)1.2 m高不銹鋼欄桿，機架橋上游設(shè)人行交通橋，兩側(cè)設(shè)1.2 m高不銹鋼欄桿，交通橋軸線與溢流壩軸線齊平。

由于地基承載力不夠，本次設(shè)計基礎(chǔ)換填沙礫石2 m深。

2.3 景觀工藝

混凝土溢流壩：溢流壩采用梯形實用堰，堰高2.5m，缺口段堰高2.3 m，頂部寬1.5 m，上游垂直，下游坡向上游1∶0.3。壩踵寬度0.8 m，壩趾寬度2.35 m，如圖1所示。

圖注：1.混凝土梯形結(jié)構(gòu)；2.自然景觀石；3.上游鋼筋混凝土鋪蓋；4.下游消力池；5.漿砌鵝卵石；6.混凝土墊層；7.φ32錨固鋼筋；8.植筋；9.止水片；10.M7.5砂漿

下游坡漿砌景觀石：漿砌景觀石階梯布置，借鑒自然河流跌水消能模式，營造自然跌水氛圍。

壩頂漿砌卵石：壩頂采用厚15 cm的漿砌卵石蓋頂，營造淳樸的自然河道景觀。

3 施工方案

工藝流程：測量放線→土方開挖→基礎(chǔ)聯(lián)合驗收→基礎(chǔ)換填→墊層混凝土施工→鉆孔→基礎(chǔ)錨固鋼筋的安裝→壩體混凝土工程→止水、預(yù)埋件安裝→植筋→漿砌景觀石施工→金屬結(jié)構(gòu)及機電設(shè)備安裝→完工驗收。

3.1 測量放線

采用全站儀進行測量放線。按照先整體后局部原則，將基準(zhǔn)點引至壩體左側(cè)，按施工方案先放出開挖邊線，開挖過程中及時測量坡度及坡腳位置，開挖至基坑標(biāo)高時，首先放出壩體軸線，再逐步放出壩址、壩踵邊線，施工過程中及時復(fù)線和糾偏。

3.2 土方開挖

開挖采取“自上而下，分層開挖，先岸坡后基槽的”的原則。先清除表土，做好基坑周邊的防排水工作，有效避免河槽中水流進入基坑。隨后由1 m3挖掘機配合裝載機挖土并裝車、10 t自卸汽車運輸，將多余土方運至指定棄土場。挖至距建基面20 cm后，采用人工開挖，開挖至設(shè)計標(biāo)高。

3.3 基礎(chǔ)聯(lián)合驗收

初步驗收：當(dāng)基坑開挖至建基面后，需用白灰撒出邊線，準(zhǔn)備好驗收所需資料并自檢合格后上報監(jiān)理進行驗收。初步驗收合格后，再由建設(shè)單位組織施工單位、設(shè)計單位、監(jiān)理單位、建設(shè)單位、勘察單位進行聯(lián)合驗收，經(jīng)驗收合格后進行下一道工序的施工。

3.4 基礎(chǔ)換填

基礎(chǔ)換填采用3∶7灰土，壓實系數(shù)不小于0.97，灰土按配比在存土場拌合后運至壩基攤鋪，虛鋪厚度0.30 m，攤鋪好后，隨即夯實碾壓。本工程大面采用22 t壓路機碾壓，壓路機壓不到的部位采用蛙式打夯機進行夯壓。碾壓遵循先兩側(cè)后中間、先靜壓后振動的方式進行碾壓，灰土碾壓回填采用整體分層，不進行分段施工。回填至設(shè)計標(biāo)高驗收合格后，按照圖紙尺寸要求將基面挖成企口形狀。

3.5 墊層混凝土施工

墊層厚度10 cm，現(xiàn)場采用商品混凝土進行澆筑，從左岸開始向右岸澆筑，分7段澆筑，左、右岸壩段為23.9 m，中間壩段均為20 m?；炷翝仓^程中應(yīng)及時進行振搗、收面。澆筑完成后及時進行覆膜養(yǎng)護，養(yǎng)護時間不少于一周。

3.6 鉆孔

墊層澆筑養(yǎng)護7 d后進行鉆孔，采用直徑為36 mm的風(fēng)鉆，梅花型放線，鉆孔，間距1.5 m，孔深1 m。

3.7 基礎(chǔ)錨固鋼筋安裝

先行清孔，后將植筋膠注入孔內(nèi)，將直徑32 mm螺紋鋼置于孔內(nèi)；錨固長度1 m，外漏長度0.8 m。

3.8 壩體混凝土工程

壩體混凝土工程包括鋼筋工程、模板工程、混凝土澆筑、止水安裝、伸縮縫處理等。

壩體混凝土分段長度與墊層相同劃分為7個壩段澆筑，左、右岸壩段為23.9 m，中間壩段均為20 m，總長147.8 m，采用跳倉法澆筑，先澆筑奇數(shù)壩段，后澆筑偶數(shù)壩段。

高度方向分四次澆筑，第一層澆筑至與下游消力池頂板齊平，第二層澆筑至與上游鋪蓋齊平，第三、四次澆筑至頂板標(biāo)高。

3.9 止水、預(yù)埋件安裝

止水采用50 cm寬，2 mm厚的銅止水，采用小鋼筋彎頭對稱布置于止水兩側(cè)，達到固定止水同時保護止水不受破壞的目的，預(yù)埋件采用二次澆注的施工方法達到準(zhǔn)確安裝的效果。

3.10 植筋

在本工程施工景觀石砌筑中，施工人員受建筑工程填充墻施工中植筋工藝的啟發(fā)，在混凝土壩體中植入14的鋼筋，在景觀石安砌過程中壓入砂漿層，使得壩體與景觀石結(jié)合更牢固，經(jīng)該工程實踐，取得了良好的拉結(jié)效果。

3.11 漿砌景觀石施工

景觀石安砌采用坐漿法施工，施工中用12 t起重機配合裝載機及人工進行安砌，砂漿采用M 7.5的干混砌筑砂漿，景觀石采用天然石材，通過試砌，達到協(xié)調(diào)美觀的效果，形成人工跌水臺階，達到和諧美觀的人工景觀溢流壩。

3.12 金屬結(jié)構(gòu)及機電設(shè)備安裝

土建工程完成后進行閘門、啟閉機的安裝工作，本工程采用定型鑄鐵閘門及配套啟閉機設(shè)備。

4 技術(shù)優(yōu)勢

在溢流壩施工過程中，立足于實用性、創(chuàng)新性，采用的跌水消能方式，在人工景觀溢流壩建設(shè)中優(yōu)勢明顯：

（1）混凝土壩底板增設(shè)錨桿，加強了壩體與地基的整體性，減小了壩體體積。

（2）壩后植筋，埋設(shè)于景觀石的灰縫中，增強了壩體與景觀石的聯(lián)結(jié)，提高了穩(wěn)定性。

（3）景觀石砌筑成臺階狀，形成跌水瀑布，提高了城市景觀效應(yīng)。

（4）景觀石與混凝土薄壩結(jié)合成一個有機整體，形成了新型的重力壩結(jié)構(gòu)體系，節(jié)約了投資，縮短了工期。

（5）壩后景觀石砌筑成臺階狀，水流通過跌水消能，減少了對下游河道的沖刷。

5 結(jié)語

溢流壩保留了自然風(fēng)光，營造了靈動的風(fēng)景和幽靜的自然景觀，為人們遠離喧囂的都市生活、愉悅心情，提供了休憩空間。該技術(shù)目前獲得發(fā)明專利一項，科技成果登記（重大成果）一項，企業(yè)級工法一項。