河道修復(fù)工程中液壓壩結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與優(yōu)化

魏綠英

(江西信江水利電力勘察設(shè)計(jì)有限公司，江西 上饒 334600)

從城市建設(shè)發(fā)展的角度來說，河流本身具有調(diào)節(jié)供水、排澇減災(zāi)、徐水灌溉等多種功能。近年來，城市的發(fā)展越來越注重生態(tài)環(huán)境的修復(fù)和建設(shè)，河流作為城市生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，也需要及時(shí)修復(fù)，才能夠更好的發(fā)揮其在促進(jìn)城市建設(shè)發(fā)展中的作用。對(duì)河道修復(fù)工程中液壓壩結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與優(yōu)化進(jìn)行分析，能夠?yàn)楹拥佬迯?fù)工程的施工建設(shè)提供借鑒的經(jīng)驗(yàn)。

1 液壓壩

1.1 液壓壩的結(jié)構(gòu)組成

液壓壩是當(dāng)前常用于河道修復(fù)工程和河道景觀工程的一種液壓混凝土升降壩，能夠有效滿足擋水和泄水兩種功能。液壓壩本身是依據(jù)自卸汽車力學(xué)原理建設(shè)的，是一種新型的活動(dòng)壩，建成后的液壓壩能夠讓河道形成寬闊的水面，在改善河流河道效果的同時(shí)，也能夠?qū)Ω纳坪拥乐苓叺纳鷳B(tài)和人文環(huán)境起到有效的作用。一般情況下，液壓壩主要包括弧形壩面、液壓桿、支撐桿、液壓缸、液壓泵站以及油路系統(tǒng)等部分[1]。為了能夠保證液壓壩的施工質(zhì)量，壩面材料需要選擇鋼筋混凝土，壩面設(shè)計(jì)的各項(xiàng)參數(shù)需要以液壓壩施工場(chǎng)地應(yīng)用的擋水水頭、壩體等來確定。單扇的壩板標(biāo)準(zhǔn)寬度為6 m，壩高依據(jù)河道修復(fù)工程的實(shí)際要求，需要在1.5～6 m的范圍之內(nèi)。液壓桿、液壓缸、支撐桿等裝置都是能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)壩體升降進(jìn)行控制的必要裝置見圖1?，F(xiàn)階段，在施工建設(shè)液壓壩的過程中，已經(jīng)可以應(yīng)用液壓控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)對(duì)液壓升降壩的遠(yuǎn)程控制。

圖1 液壓壩

1.2 液壓壩的性能特點(diǎn)

液壓壩在實(shí)際應(yīng)用中，主要能夠體現(xiàn)出以下幾個(gè)方面的特點(diǎn)：液壓升降壩能夠滿足較大的跨度要求，且因?yàn)樵O(shè)計(jì)建造的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，結(jié)構(gòu)本身也具有較高的穩(wěn)定性，因而能夠滿足大部分河道修復(fù)工程的應(yīng)用要求；液壓升降壩主要采用的是液壓傳動(dòng)的方式，整個(gè)過程都能夠通過液壓系統(tǒng)來進(jìn)行控制，因而能夠呈現(xiàn)出更高的自動(dòng)化程度；液壓壩在設(shè)計(jì)建造中需要盡可能的完全貼近河床，在實(shí)際應(yīng)用中不僅能夠滿足暢泄洪水的要求，還能夠沖刷掉河流上游堆積的泥沙、卵石等物質(zhì)，依靠升降壩能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)上下游水量的靈活處理；在建成液壓壩之后，壩面門前能夠因?yàn)樾钏纬蓪掗煹乃?，而門頂?shù)囊缌鬟€可以形成瀑布，在呈現(xiàn)出良好的景觀效果的同時(shí)，也能夠達(dá)到修復(fù)河道、改善河流生態(tài)環(huán)境的目的；鋼筋混凝土本身具有良好的耐久性，在設(shè)計(jì)建造液壓壩的過程中，確保鋼筋混凝土的性能能夠達(dá)到要求，就可以在一定程度上保證水壩的建設(shè)質(zhì)量[2]。除此之外，由于液壓壩的結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，能夠省略以往在閘門施工中消耗的閘墩、金屬結(jié)構(gòu)埋件等方面的資金成本，施工周期也更短。

1.3 液壓壩工作基本原理

液壓壩在實(shí)際的工作中，主要是將液壓缸作為壩面的背部，液壓桿作為支撐板面背部的裝置，這樣就能夠組成一個(gè)具有較高穩(wěn)定性的支撐墩壩結(jié)構(gòu)，滿足升壩攔水、降壩行洪的功能要求；液壓壩整體主要是通過液壓系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)控制的，解鎖裝置主要由小液壓缸和限位支撐桿組成，應(yīng)用解鎖裝置能夠擋住支撐桿上可以自由滾動(dòng)的活動(dòng)構(gòu)件[3]。當(dāng)支撐桿發(fā)揮作用時(shí)，液壓桿就會(huì)停止，通過支撐桿和液壓桿之間的相互交換，能夠有效減少液壓壩整體的應(yīng)用時(shí)間，從而延長(zhǎng)液壓壩的使用壽命。除此之外，液壓壩在工作的過程中，還能夠通過安裝的液壓感應(yīng)裝置來對(duì)液壓系統(tǒng)進(jìn)行控制。這樣能夠最大程度的減少人力對(duì)整個(gè)液壓壩和液壓系統(tǒng)的監(jiān)管和控制，自動(dòng)根據(jù)供水的漲落來實(shí)現(xiàn)面板的自動(dòng)升降。

2 河道修復(fù)工程中液壓壩結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和優(yōu)化的具體分析

在河道修復(fù)工程中設(shè)計(jì)液壓壩結(jié)構(gòu)，能夠有效實(shí)現(xiàn)對(duì)河流水量的調(diào)節(jié)控制、改善河流生態(tài)環(huán)境的目的?；谝簤簤卧趯?shí)際應(yīng)用中體現(xiàn)出來的優(yōu)勢(shì)，在對(duì)河道修復(fù)工程中的液壓壩結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)和優(yōu)化時(shí)，主要可以從以下幾個(gè)方面來進(jìn)行分析。

2.1 液壓壩的選用

液壓壩的壩高能夠根據(jù)河道的大小和水位的調(diào)節(jié)情況來調(diào)整，因而在選用液壓壩的過程中，可以結(jié)合河道修復(fù)工程的實(shí)際情況，在明確工程現(xiàn)場(chǎng)的洪水位、正常蓄水位、回水長(zhǎng)度、蓄水量等數(shù)據(jù)信息之后，結(jié)合水利工程的施工技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，確定好液壓壩施工需要應(yīng)用的材料類型和設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)[4]。例如，位于山西省大同市天鎮(zhèn)縣的南洋河屬于海河流域永定河水系，依據(jù)南洋河的流域面積、洪峰流量等數(shù)據(jù)，確定南洋河修復(fù)工程的設(shè)計(jì)洪峰流量為733 m3/s，工程當(dāng)?shù)氐哪昶骄舭l(fā)量為1 777.9 mm，蓄水池的年蒸發(fā)量在31萬 m3左右，洪水?dāng)y帶泥沙導(dǎo)致南洋河的清水渠淤積厚度達(dá)到0.5～2.8 m左右。

在選用液壓壩的過程中，還需要注意結(jié)合城市規(guī)劃的具體要求，將河道治理與生態(tài)環(huán)境建設(shè)結(jié)合起來。一般情況下，選用液壓壩的鋼筋混凝土等級(jí)為C25，在必要的情況下還需要通過建設(shè)混凝土擋土墻的方式來滿足液壓壩和河道修復(fù)工程的施工建設(shè)要求。

從液壓壩的具體應(yīng)用類型來說，液壓臥倒壩是液壓壩施工建設(shè)中一種較為常見的類型。這種壩型能夠整合以往河道治理中應(yīng)用的橡膠壩和傳統(tǒng)鋼閘門的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，從本質(zhì)上來說，是對(duì)以上兩種壩型的不斷優(yōu)化和升級(jí)。這種壩型在實(shí)際的應(yīng)用過程中，不僅能夠呈現(xiàn)出完全倒伏的效果，還具有更高的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

2.2 液壓壩的施工

(1)預(yù)埋件安裝。在對(duì)液壓壩進(jìn)行施工的過程中，首先需要確保預(yù)埋件的安裝質(zhì)量。在做好預(yù)留槽的清理工作之后，需要對(duì)預(yù)埋件和混凝土的結(jié)合面進(jìn)行鑿毛操作。一般情況下，為了能夠保證安裝的預(yù)埋件符合實(shí)際的施工技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和要求，需要應(yīng)用分組獨(dú)立校核的方式，讓各道工序在實(shí)際施工作業(yè)中能夠相互獨(dú)立，避免因施工作業(yè)的沖突而出現(xiàn)誤差。在完成安裝作業(yè)之后，需要對(duì)預(yù)埋件進(jìn)行復(fù)核定位，確保預(yù)埋件的安裝質(zhì)量。在安裝預(yù)埋件的過程中如果存在接頭錯(cuò)位的情況，可以通過緩坡處理的方式來進(jìn)行糾正，對(duì)于一些出現(xiàn)凹坑的部分則需要及時(shí)進(jìn)行補(bǔ)焊磨光。

(2)混凝土二次澆筑。在安裝好預(yù)埋件的5～7 d之內(nèi)，需要澆筑二期混凝土來保證液壓壩結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。拌合和振搗混凝土的過程中，需要避免跑模，確保澆筑混凝土的密實(shí)度。在拆模之后，需要及時(shí)對(duì)預(yù)埋件進(jìn)行再次的檢測(cè)，確?；炷恋臐仓叽绶弦簤簤谓Y(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求和標(biāo)準(zhǔn)。針對(duì)混凝土澆筑作業(yè)中可能存在的誤差問題，一般需要應(yīng)用誤差消除補(bǔ)償?shù)姆绞?，將施工作業(yè)的誤差控制在合理的范圍之內(nèi)。

(3)液壓壩門施工。液壓壩與以往應(yīng)用的平面閘門有著明顯的區(qū)別，在對(duì)液壓壩進(jìn)行施工的過程中，需要結(jié)合河道修復(fù)工程現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，事先計(jì)算出液壓壩的結(jié)構(gòu)受力情況。例如，在對(duì)液壓壩的靜力進(jìn)行計(jì)算時(shí)，主要應(yīng)用到以下公式：

P=ρgh

(1)

式中：P為靜水壓強(qiáng)，ρ為水的密度，G為工程當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣?，h為水深。

對(duì)液壓壩的結(jié)構(gòu)受力情況進(jìn)行計(jì)算，能夠判斷出在發(fā)生洪水之后，設(shè)計(jì)的液壓壩是否能夠符合工程的實(shí)際建設(shè)要求。

在明確液壓壩施工設(shè)計(jì)的相關(guān)數(shù)據(jù)之后，就可以開始液壓壩門的施工。液壓壩的壩面在實(shí)際施工中通常需要采取場(chǎng)內(nèi)成型的方式，在現(xiàn)場(chǎng)需要做好壩面的澆筑養(yǎng)護(hù)工作。不僅在安裝之前對(duì)相關(guān)材料的質(zhì)量進(jìn)行仔細(xì)檢查，在安裝時(shí)還需要做好壩面主支承部件的安裝調(diào)試工作，在安裝和焊接完畢之后也需要進(jìn)行校正。在安裝壩面的過程中，一般需要讓所有的主支承面能夠呈現(xiàn)在同一個(gè)平面上，并注重對(duì)誤差的審核和檢查。在安裝壩面之后，還需要對(duì)壩面進(jìn)行靜平衡的試驗(yàn)，讓壩面的安裝施工能夠符合工程的施工建設(shè)要求。

(4)液壓系統(tǒng)安裝。液壓系統(tǒng)在液壓壩中應(yīng)用最主要的目的，就是保證液壓壩能夠?qū)崿F(xiàn)同步的升降。而為了滿足這一要求，在安裝液壓系統(tǒng)的過程中，通常需要應(yīng)用管路并聯(lián)的方式。在敷設(shè)管道的過程中，需要依據(jù)事先對(duì)液壓壩施工建設(shè)計(jì)算得到的相關(guān)參數(shù)，確定好管道敷設(shè)的排列走向和布置方式，保證管道的敷設(shè)能夠?qū)哟畏置鳌Ｔ诎惭b管道之后，就可以將液壓元件、閥塊、閥架等連接起來。在安裝好液壓系統(tǒng)之后，一般需要在試運(yùn)行之前對(duì)管道進(jìn)行清洗，為液壓系統(tǒng)的正常運(yùn)行做好充足的準(zhǔn)備。

(5)PLC控制總成安裝與調(diào)試。PLC控制系統(tǒng)是能夠與液壓系統(tǒng)相結(jié)合，對(duì)整個(gè)液壓壩進(jìn)行控制的重要系統(tǒng)。在安裝PLC控制總成的過程中，通常需要事先結(jié)合河道修復(fù)工程當(dāng)?shù)氐乃臈l件和行洪要求來編制具體的PLC程序，并在液壓壩試運(yùn)行之后，依據(jù)相關(guān)的參數(shù)來對(duì)PLC程序中的相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行調(diào)整，減少PLC程序和控制系統(tǒng)運(yùn)行中存在的偏差，保證系統(tǒng)的運(yùn)行和控制效果。

2.3 液壓壩的應(yīng)用效果

從技術(shù)層面來看，液壓壩在施工建設(shè)中應(yīng)用的鋼閘門能夠滿足所有河流的河道形式，不需要對(duì)河道進(jìn)行改造，且壩面和壩體的整體結(jié)構(gòu)都具有較高的穩(wěn)定性；液壓壩的壩面主要應(yīng)用的是鋼結(jié)構(gòu)，與以往應(yīng)用的橡膠壩相比，使用壽命更長(zhǎng)，相應(yīng)的維護(hù)成本也比較低；借助液壓系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)液壓壩的有效控制，不僅能夠體現(xiàn)操作的靈活性，也能夠通過自動(dòng)化的控制來減少人力，保障人員的生命安全和泄洪安全；液壓壩本身的壩型也更加優(yōu)美，能夠在自由調(diào)節(jié)壩頂高度的同時(shí)，呈現(xiàn)出更優(yōu)美的河流景觀。而從效益的層面來看，液壓壩是河道修復(fù)工程中的重要組成部分，在滿足修復(fù)河道要求的同時(shí)，也能夠通過對(duì)河流的生態(tài)修復(fù)來改善地表河流水系的生態(tài)系統(tǒng)，對(duì)于改善當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境質(zhì)量、保護(hù)生物多樣性等方面都具有重要的作用。

3 結(jié)語

綜上所述，科學(xué)的設(shè)計(jì)和優(yōu)化液壓壩結(jié)構(gòu)，對(duì)提高河道修復(fù)工程的施工建設(shè)質(zhì)量具有重要的作用。河道修復(fù)工程是生態(tài)修復(fù)工程中一種非常重要的工程類型，從河道治理和蓄水壩設(shè)計(jì)建造的角度，以液壓壩結(jié)構(gòu)來提高河道修復(fù)工程的施工建設(shè)質(zhì)量水平，不僅能夠充分發(fā)揮河流在促進(jìn)城市建設(shè)發(fā)展中的作用，還能夠通過河道修復(fù)來達(dá)到改善城市環(huán)境、促進(jìn)生態(tài)建設(shè)等方面的作用。