水利工程治理項目中合頁壩工程設計淺談

劉慧明

(靈丘縣農業綜合開發辦公室，山西 靈丘 034400)

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水利工程治理項目中合頁壩工程設計淺談

劉慧明

(靈丘縣農業綜合開發辦公室，山西 靈丘 034400)

合頁壩也是攔水閘的一種，兼具擋水與泄水功能。合頁壩壩型美觀、投資低、適用范圍非常廣，而且堅固可靠，維護費用較低，在水利工程中得到了較為廣泛的應用。龍祥公園水利工程治理的主要任務是防洪、蓄水美化，該工程中包括合頁壩兩座。筆者結合工作實踐對該合頁壩工程設計作了簡要探討。主要內容包括總體工程布置、土建設計、防滲排水設計、消能防沖設計以及其他配套設計等。

合頁壩；水利工程；工程治理；抗洪能力

0　引　言

活動壩是近些年出現的一種攔水閘，在水利建設工程中得到了越來越多的應用。合頁壩也是攔水閘的一種，是自卸汽車力學原理與水工結構型式相結合的新型活動壩，主要是通過液壓缸對壩面進行支撐來實現升壩擋水或者降壩行洪，兼具擋水與泄水功能。合頁壩壩型美觀、投資低、適用范圍非常廣，而且堅固可靠，維護費用較低，在水利工程中得到了較為廣泛的應用。

1　合頁壩的特點

1.1建造成本低，壩型美觀

壩面一般采用的是鋼筋混凝土的結構，建造簡單，液壓系統方便。壩面可噴涂色彩和圖案，能夠進行活動調節，在上游水量達到一定程度還可以形成瀑布水簾，作為景觀觀賞。

1.2結構堅固，抗洪能力強

在壩面升起能夠形成力學結構較為科學穩定的支撐墩壩結構，無需在河流中再設置任何支撐墩等進行阻水。對于行洪過水、沖砂和排漂浮物等都具有較好的效果。且在豐水期河床上視線開闊，不會對防洪造成影響，不會對航運帶來影響。

1.3維護簡便，成本較低

合頁壩無需專門設置人員進行駐守管理。在雨季洪水漲至設置高度后，通過浮標的控制即可實現放壩行洪(自動放壩功能要定期的進行檢查和維護，確保應對洪水時的響應能夠及時有效)。合頁壩放壩迅速，能夠實現無重力放壩，在沒有電的條件下也可以安全行洪。

1.4具有非常廣闊的應用空間

合頁壩壩面材料一般運用的是低碳合金鋼，堅固穩定，受力條件良好，能夠抵御絕大多數的洪水、砂石和其它大型漂浮物的沖擊，對于寒冷冰凍地區尤為適用。對于壩頂寬度不足的重力壩、弧度很大的雙曲拱壩都可以在上面建設合頁壩；合頁壩不受泥沙以及漂浮物的影響，放壩速度快，不會影響防洪的安全，因而在水利工程中應用非常廣泛[1]。

2　工程概況

某市龍祥公園水利工程治理的主要目標是防洪和蓄水美化。對于防洪而言，是要通過疏浚河道、新建堤防，從而消除兩岸堤防中存在的安全隱患，來滿足東河兩百年一遇的防洪設計要求。對于蓄水美化而言，則是要通過對河道的整治治理并進行設壩蓄水，從而將河道的生態環境進行良好的改善，為市民及兩岸居民提供一個休閑娛樂、親水戲水的平臺，徹底改善人居環境和生態環境[2]。該治理工程的任務首先是滿足該市的防洪要求和河道行洪要求，其次本著“以人為本”的設計理念，對河道進行治理，本次綜合治理工程總長1180 m。

河道樁號0+000～0+600段：①河道疏浚600 m，②新建洪水渠堤防599 m，③新建防汛搶險道路549 m，④濕地面積1.07萬 m2。

河道樁號0+600～1+180段：①河道疏浚580 m，②新建堤防1120 m，③新建防汛搶險道路1182 m，④合頁壩兩座，⑤蓄水池防滲1.68萬 m2。下文主要對合頁壩的工程設計作了簡要探討。

3　合頁壩工程總體布置

本次設計在蓄水段共布置有2座合頁壩。1#合頁壩布置在樁號0+900處，壩長30 m，壩高2.00 m，蓄水長度250 m，尾水高0.50 m；2#合頁壩布置在樁號1+150處，壩長30 m，壩高2 m，蓄水長度250 m，尾水高0.50 m。根據基礎埋深、穩定計算等綜合比較，鋼壩基礎底板長度確定為3.80 m，采用C25鋼筋混凝土底板，厚度為1.90 m，底板下鋪設厚0.10 m的C15素混凝土墊層和0.40 m碎石墊層。

4　合頁壩土建工程設計

4.1壩段土建設計

根據基礎埋深、穩定計算等綜合比較，鋼壩基礎底板長度確定為3.80 m，采用C25鋼筋混凝土底板，厚度為1.90 m，底板下鋪設厚0.10 m的C15素混凝土墊層和0.40 m碎石墊層。在順水流方向，根據閘門高度和上下游施工檢修要求確定底板長度，壩高2 m時，長度為3.80 m。

4.2防滲排水設計

根據《水閘設計規范(SL265—2001)》，考慮防沖、防滲、穩定等要求，在合頁壩上游設鋼筋混凝土防滲面板，長度為15 m，厚度0.70 m，面板下設0.10 m厚的砂墊層，砂墊層下鋪設土工膜。防滲面板與壩底板連接處做防滲處理[3]。因該工程蓄水段采用水平防滲，合頁壩上游防滲面板與合頁壩底板、消力池與下游防滲面板間設橡膠止水帶。1#壩的消力池接2#壩水平防滲，2#壩的消力池接下游原河道。

4.3消能防沖設計

4.3.1消能設計

1)斷面形式：由于工程段河道縱坡較陡，整個治理段河道需要調整高差2.50 m，從樁號0+900布置1道跌水，跌差1.50 m， 2#合頁壩陡坡段跌差為1.00 m。

初步擬定采用斜坡式跌水，陡坡坡降為1:4，陡坡與消力池均采用矩形斷面，底寬與上游壩體等同。

2)消力池水力計算：消力池水力計算的目的是確定消力池的池深和池長。主要計算公式為：

d=σh2-(h下+△Z)

L自=9.5hC(F1-1)(1.0

L=0.75L自

(1)

計算結果見表1。

表1　消能計算結果表

經計算1#、2#消力池長16 m，池深0.60 m。

4.3.2消力池底板厚度

消力池厚度按照《水閘設計規范》附錄B公式(2)和(3)計算：

抗沖：

(2)

抗浮：

(3)

式中：t為消力池底板始端厚度，m；△H′為壩泄水時的上、下游水位差，m；k1為消力池底板計算系數，可采用0.15～0.20；k2為消力池底板安全系數，可采用1.10～1.30；U為作用在消力池底板底面的揚壓力，kPa；W為作用在消力池底板頂面的水重，kPa；Pm為作用在消力池底板上的脈動壓力，kPa，其值可采取躍前收縮斷面流速水頭值的5%；通常計算消力池底板前半部的脈動壓力區“+”號，計算消力池底板后半部的脈動壓力時取“-”號；γb為消力池底板的飽和重度，kN/m3。

計算得到消力池底板厚度0.70 m。

4.3.3防沖設計

根據結構防沖要求及洪水泥沙沖刷分析，對于2#鋼壩下游的防沖工程，由水閘設計經驗公式計算海漫長度：

(4)

式中：Lp為海漫長度，m；qs為消力池末端單寬流量，m3/s· m；ks海漫長度計算系數；△H′為上、下游水位差，m。

經計算，海漫長度需要15 m，本工程在消力池下游設15 m長的兩側鉛絲石籠1 m厚、10 m長的一層鉛絲石籠0.50 m厚的海漫，海漫后設長8 m、深1.50 m，上游邊坡1:2，底寬2 m的防沖槽。

4.4配電室及值班室設計

1#、2#合頁壩控制室管理房設置在河道堤防左側各設一座控制室，規格采用統一設計面積均為9 m2。

4.5控制與觀測系統設計

為了保證合頁壩安全高效利用，實時監控閘門處水流情況，實現全自動管理與監控，在合頁壩布置相應的監控設備。

5　結　語

本工程中蓄水段共布置有2座合頁壩，壩段土建設計、防滲排水設計、消能防沖設計均結合了公園實際情況，在滿足防洪的基礎上也能達到蓄水美化的功效，從而改善河道的生態環境，給居民提供親水、休閑的空間，徹底改善兩岸的人居環境。另外也為同類項目合頁壩工程的建設提供了很好的參考和借鑒。

[1]唐福康,張成.淺談碾壓混凝土大壩施工技術[J].廣西水利水電，2011(05)：45-46.

[2]王震宇.合頁活動壩在城市景觀建設中的應用[J].東北水利水電，2013(06)：99-102.

[3]劉宇.山區河流上小型攔河閘壩設計的探索[J].水利建設與管理，2013(06)：32-34.

1007-7596(2016)07-0073-02

2016-06-12

劉慧明(1969-)，男，山西靈丘人，工程師。

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