橡膠壩改擴(kuò)建工程中若干問題的設(shè)計(jì)探討

陳維康 潘自恒

(南陽市水利建筑勘測(cè)設(shè)計(jì)院 河南南陽 473000)

1 引言

南陽市中心城區(qū)是全市政治、經(jīng)濟(jì)、文化和交通中心,白河自東北至西南穿越而過,為改善城市環(huán)境,白河城區(qū)段規(guī)劃建設(shè)了四級(jí)橡膠壩,北起南陽大橋,南至南環(huán)路大橋,梯級(jí)水域連接一體,白河游覽區(qū)蓄水長(zhǎng)度近 20km,蓄水面積超過 2萬畝,是 “水城”、 “綠城”特色的重要骨干工程,成為城市發(fā)展的生態(tài)軸、景觀軸、發(fā)展軸。

2 建設(shè)緣由

白河第二級(jí)橡膠壩工程位于白河大橋上游110m,與白河大橋平行。原有工程壩高 3.5m,共分5段,壩袋長(zhǎng)度為 70m,總長(zhǎng) 370m。工程規(guī)模:白河第二橡膠壩工程等別為Ⅲ等,主要建筑物級(jí)別為 3級(jí),設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為20年一遇。50年一遇洪水洪峰流量 6500m3/s,20年一遇洪水洪峰流量 5730m3/s。

由于第二級(jí)橡膠壩北側(cè)依靠白河大橋引橋擋水,白河大橋重建后,則壩的北端無法擋水；白河第二級(jí)橡膠壩工程現(xiàn)狀長(zhǎng)度 370m,而該處的河道寬度約 650m,縮窄河道行洪寬度近 300m,成為行洪的 “瓶頸”；水毀遺留工程未徹底治理,存在工程隱患。所以必須擴(kuò)建。

3 主要建設(shè)內(nèi)容

橡膠壩改擴(kuò)建工程的主要難點(diǎn)是:適應(yīng)已建工程的特點(diǎn),不能破壞原有主體工程結(jié)構(gòu)；研究工程水力條件,慎重確定主要建筑物布置形式；充分體現(xiàn)臨水特性,尊重與發(fā)掘河流的潛質(zhì)資源,與白河游覽區(qū)兩岸的景觀協(xié)調(diào),為南陽 “名片”增輝。

針對(duì)這些難點(diǎn),在白河二壩擴(kuò)建工程設(shè)計(jì)中擴(kuò)建工程的主要建設(shè)內(nèi)容為:①橡膠壩北延工程；②新建通航船閘工程；③新建北岸控制室；④原有橡膠壩水毀工程維修加固；⑤橡膠壩和船閘自動(dòng)控制工程；⑥景觀工程等。

4 主要設(shè)計(jì)問題

4.1 通航船閘工程設(shè)計(jì)

根據(jù)河道特點(diǎn)和歷年觀測(cè)河道內(nèi)水生生物的回游特性,考慮減少對(duì)河流生態(tài)的影響,增加河道游覽娛樂功能,船閘布置在橡膠壩右端。航道式船閘由引航段、進(jìn)口段、閘室段、出口段、下游航道等組成。

閘室尺寸:寬度 9.2m,長(zhǎng)度 32m。閘門:鋼結(jié)構(gòu)平面人形門 4扇。閥門:鋼結(jié)構(gòu)平板門 4扇。啟閉機(jī):10t液壓直推式啟閉機(jī) 4套；1.5t液壓直推式啟閉機(jī) 4套。電氣:有觸點(diǎn)程序控制。

設(shè)計(jì)通航水位:下游通航水位 117.2m,按整平河道設(shè)計(jì)；上游最高通航水位 120.7m。

在船閘隔流墻和上下閘首的上部設(shè)置為綠化區(qū),輔以觀光走廊,實(shí)現(xiàn)曲折、變化的效果；下閘首以下適用河道水深的具體情況降低高度,節(jié)約投資,以臺(tái)階式連接,增加活動(dòng)空間,力圖調(diào)整呆板、生硬的工程形象。

4.2 供排水系統(tǒng)的一致性改造

原有供水系統(tǒng)采用自來水充壩,因費(fèi)用較高后改用小型潛水泵臨時(shí)抽水充壩,升壩困難；原有控制機(jī)組均為手動(dòng)設(shè)備,使用不便。

為減少工程運(yùn)行費(fèi)用,利用上游水資源充足的條件,在左右岸控制室的上游分建集水井作為供水水源,對(duì)供排水系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一改造。

壩袋分 9跨,左右兩側(cè)控制壩袋充排水量分別為 6657m3和 5097.4m3。自右岸起編號(hào)①～⑨,充排水采用機(jī)充、自排和機(jī)排相結(jié)合的方式。左岸與右岸充排水各安裝 2臺(tái)水泵,互為備用。

4.3 新舊壩段的連接處理設(shè)計(jì)

擴(kuò)建橡膠壩段與已建橡膠壩段結(jié)合部的處理是整個(gè)工程建設(shè)的關(guān)鍵之一,為克服水泥砂漿養(yǎng)生時(shí)間過長(zhǎng)的不足,經(jīng)試驗(yàn)研究比較,將安裝快捷的高強(qiáng)結(jié)構(gòu)膠引入水利工程改造加固,實(shí)現(xiàn)快速承載,加快進(jìn)度的目的。植筋鋼筋直徑有 φ12、φ14、φ30三種,采用取芯鉆孔的方法造孔,對(duì)膠體的黏結(jié)強(qiáng)度以及膠與鋼和膠與混凝土的黏結(jié)強(qiáng)度進(jìn)行試驗(yàn),確定植筋的孔徑、孔深和工序。

經(jīng)非破壞拉拔試驗(yàn),檢驗(yàn)拔力達(dá)到 35～55kN,且鋼筋受力時(shí)無滑移。錨桿體作為支撐和拉桿,實(shí)現(xiàn)新舊混凝土之間有機(jī)結(jié)合。

4.4 北延壩段增加垂直防滲工程

白河屬沙質(zhì)河床,為減少開挖工程量,減少施工期排水,節(jié)約工程費(fèi)用,又切實(shí)達(dá)到抗?jié)B、防沖的目的,在壩前設(shè)置水泥攪拌樁,形成懸掛式抗沖防滲連續(xù)幕墻。樁徑 0.6m,樁距 0.4m,有效厚度0.4m,樁長(zhǎng) 7.5～8.0m；強(qiáng)度 42.5MPa的水泥摻入量 12%～15%；實(shí)測(cè)樁位搭接良好,成樁強(qiáng)度7.5MPa,滲透系數(shù) (1.5～9.1) ×10-6cm/s。先期實(shí)施后,顯著降低了地下水位,保證主體工程在干地上施工,對(duì)于縮短工期,降低施工難度發(fā)揮了重要作用,效果良好。

4.5 控制系統(tǒng)自動(dòng)化設(shè)計(jì)

通過蝶閥自動(dòng)控制系統(tǒng)、水位壓力自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)、視頻監(jiān)視系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)與傳輸系統(tǒng),采用光纖傳導(dǎo)和無線傳輸相結(jié)合,對(duì)橡膠壩升降和船閘開啟統(tǒng)一調(diào)節(jié),實(shí)現(xiàn)完全自動(dòng)控制。

大屏幕 (LED)顯示系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)各種信息的發(fā)布和展示功能,并與多媒體會(huì)議系統(tǒng)相連,實(shí)現(xiàn)與監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)互動(dòng)。

根據(jù)需要定時(shí)錄像,在因特網(wǎng)上瀏覽實(shí)時(shí)畫面,實(shí)現(xiàn)畫面切換,實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程自動(dòng)測(cè)量、遠(yuǎn)程控制、遠(yuǎn)程視頻監(jiān)視。

通過橡膠壩升降和船閘開啟統(tǒng)一調(diào)節(jié),實(shí)現(xiàn)優(yōu)化調(diào)度,工程管理做到準(zhǔn)確、快速、可靠,最大限度地利用雨洪資源。

4.6 景觀工程設(shè)計(jì)

4.6.1 新建控制室設(shè)計(jì)

控制室為一處小型服務(wù)設(shè)施,下部為設(shè)備層,放置水泵、電機(jī)及測(cè)壓設(shè)備；上部為主要管理層,放置控制柜、起吊設(shè)備及管理值班房,其中辦公、管理、生活等功能齊全。建筑處理上采用曲線棚板景觀造型,立面整體玻璃幕墻,極富動(dòng)感。建筑面積 5m×3.3m×6.6m,最大建筑高度 8.5m。結(jié)構(gòu)層適應(yīng)建筑輪廓,錯(cuò)層布置辦公室、操作室、休息室,利用建筑空間,增加實(shí)用建筑面積。

4.6.2 綠化工程

植物選擇兼顧多樣性和季節(jié)性,以箬竹、酢漿草、蔥蘭和紅檵木等配以香樟、棕櫚等進(jìn)行喬灌搭配、多品種搭配,分別組合成特色各異的單元,再搭配游園曲徑、花架、花壇、雕塑、景石、膜式亭等硬景,形成多樣化區(qū)間,并結(jié)合形態(tài)各異的坐凳、小品,營(yíng)造親切溫馨、富有情趣的公共活動(dòng)空間。

爬滿常春藤的混凝土護(hù)坡,與建筑及景觀等在色調(diào)和風(fēng)格上相融合,整個(gè)外觀上給人以 “自然造物”的印象。

5 結(jié)語

通過白河二級(jí)橡膠壩改擴(kuò)建工程,解決了橡膠壩改擴(kuò)建工程的新老壩段連接、供排水系統(tǒng)的改造、工程景觀和生態(tài)等問題。歷經(jīng)三年的工程實(shí)踐證明,主體工程的各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到設(shè)計(jì)要求,實(shí)現(xiàn)新老壩段運(yùn)行一致,供排水系統(tǒng)同步運(yùn)行,水工建筑與景觀統(tǒng)一,水利工程的個(gè)性化設(shè)計(jì)與白河游覽區(qū)整體風(fēng)格相互協(xié)調(diào),方案創(chuàng)新達(dá)到預(yù)期效果。