橡膠壩改擴建工程中若干問題的設計探討

陳維康 潘自恒

(南陽市水利建筑勘測設計院 河南南陽 473000)

1 引言

南陽市中心城區是全市政治、經濟、文化和交通中心,白河自東北至西南穿越而過,為改善城市環境,白河城區段規劃建設了四級橡膠壩,北起南陽大橋,南至南環路大橋,梯級水域連接一體,白河游覽區蓄水長度近 20km,蓄水面積超過 2萬畝,是 “水城”、 “綠城”特色的重要骨干工程,成為城市發展的生態軸、景觀軸、發展軸。

2 建設緣由

白河第二級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,壩袋長度為 70m,總長 370m。工程規模:白河第二橡膠壩工程等別為Ⅲ等,主要建筑物級別為 3級,設計洪水標準為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。

由于第二級橡膠壩北側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；白河第二級橡膠壩工程現狀長度 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。所以必須擴建。

3 主要建設內容

橡膠壩改擴建工程的主要難點是:適應已建工程的特點,不能破壞原有主體工程結構；研究工程水力條件,慎重確定主要建筑物布置形式；充分體現臨水特性,尊重與發掘河流的潛質資源,與白河游覽區兩岸的景觀協調,為南陽 “名片”增輝。

針對這些難點,在白河二壩擴建工程設計中擴建工程的主要建設內容為: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橡膠壩和船閘自動控制工程；⑥景觀工程等。

4 主要設計問題

4.1 通航船閘工程設計

根據河道特點和歷年觀測河道內水生生物的回游特性,考慮減少對河流生態的影響,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、進口段、閘室段、出口段、下游航道等組成。

閘室尺寸:寬度 9.2m,長度 32m。閘門:鋼結構平面人形門 4扇。閥門:鋼結構平板門 4扇。啟閉機:10t液壓直推式啟閉機 4套；1.5t液壓直推式啟閉機 4套。電氣:有觸點程序控制。

設計通航水位:下游通航水位 117.2m,按整平河道設計；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置為綠化區,輔以觀光走廊,實現曲折、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,節約投資,以臺階式連接,增加活動空間,力圖調整呆板、生硬的工程形象。

4.2 供排水系統的一致性改造

原有供水系統采用自來水充壩,因費用較高后改用小型潛水泵臨時抽水充壩,升壩困難；原有控制機組均為手動設備,使用不便。

為減少工程運行費用,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,對供排水系統進行統一改造。

壩袋分 9跨,左右兩側控制壩袋充排水量分別為 6657m3和 5097.4m3。自右岸起編號①～⑨,充排水采用機充、自排和機排相結合的方式。左岸與右岸充排水各安裝 2臺水泵,互為備用。

4.3 新舊壩段的連接處理設計

擴建橡膠壩段與已建橡膠壩段結合部的處理是整個工程建設的關鍵之一,為克服水泥砂漿養生時間過長的不足,經試驗研究比較,將安裝快捷的高強結構膠引入水利工程改造加固,實現快速承載,加快進度的目的。植筋鋼筋直徑有 φ12、φ14、φ30三種,采用取芯鉆孔的方法造孔,對膠體的黏結強度以及膠與鋼和膠與混凝土的黏結強度進行試驗,確定植筋的孔徑、孔深和工序。

經非破壞拉拔試驗,檢驗拔力達到 35～55kN,且鋼筋受力時無滑移。錨桿體作為支撐和拉桿,實現新舊混凝土之間有機結合。

4.4 北延壩段增加垂直防滲工程

白河屬沙質河床,為減少開挖工程量,減少施工期排水,節約工程費用,又切實達到抗滲、防沖的目的,在壩前設置水泥攪拌樁,形成懸掛式抗沖防滲連續幕墻。樁徑 0.6m,樁距 0.4m,有效厚度0.4m,樁長 7.5～8.0m；強度 42.5MPa的水泥摻入量 12%～15%；實測樁位搭接良好,成樁強度7.5MPa,滲透系數 (1.5～9.1) ×10-6cm/s。先期實施后,顯著降低了地下水位,保證主體工程在干地上施工,對于縮短工期,降低施工難度發揮了重要作用,效果良好。

4.5 控制系統自動化設計

通過蝶閥自動控制系統、水位壓力自動測量系統、視頻監視系統和網絡與傳輸系統,采用光纖傳導和無線傳輸相結合,對橡膠壩升降和船閘開啟統一調節,實現完全自動控制。

大屏幕 (LED)顯示系統實現各種信息的發布和展示功能,并與多媒體會議系統相連,實現與監測控制系統的實時互動。

根據需要定時錄像,在因特網上瀏覽實時畫面,實現畫面切換,實現遠程自動測量、遠程控制、遠程視頻監視。

通過橡膠壩升降和船閘開啟統一調節,實現優化調度,工程管理做到準確、快速、可靠,最大限度地利用雨洪資源。

4.6 景觀工程設計

4.6.1 新建控制室設計

控制室為一處小型服務設施,下部為設備層,放置水泵、電機及測壓設備；上部為主要管理層,放置控制柜、起吊設備及管理值班房,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,極富動感。建筑面積 5m×3.3m×6.6m,最大建筑高度 8.5m。結構層適應建筑輪廓,錯層布置辦公室、操作室、休息室,利用建筑空間,增加實用建筑面積。

4.6.2 綠化工程

植物選擇兼顧多樣性和季節性,以箬竹、酢漿草、蔥蘭和紅檵木等配以香樟、棕櫚等進行喬灌搭配、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,形成多樣化區間,并結合形態各異的坐凳、小品,營造親切溫馨、富有情趣的公共活動空間。

爬滿常春藤的混凝土護坡,與建筑及景觀等在色調和風格上相融合,整個外觀上給人以 “自然造物”的印象。

5 結語

通過白河二級橡膠壩改擴建工程,解決了橡膠壩改擴建工程的新老壩段連接、供排水系統的改造、工程景觀和生態等問題。歷經三年的工程實踐證明,主體工程的各項指標達到設計要求,實現新老壩段運行一致,供排水系統同步運行,水工建筑與景觀統一,水利工程的個性化設計與白河游覽區整體風格相互協調,方案創新達到預期效果。