對已有破損橡膠壩進行改造設(shè)計的新措施

孫澤仁+張勇

摘要：本文以鞍山市南沙河2#壩改造工程為實例，對現(xiàn)有壩袋已破損、動力設(shè)備銹蝕老化的橡膠壩，在底板結(jié)構(gòu)完好的前提下，采取新壩型技術(shù)，充分利用現(xiàn)有底板進行液壓升降壩改造，從運行安全、易于施工、管理方便等角度進行分析，為今后類似工程提供借鑒經(jīng)驗。

關(guān)鍵詞：南沙河；利用原結(jié)構(gòu)；液壓壩；改造

中圖分類號： TV644 文獻標識碼： A DOI編號： 10.14025/j.cnki.jlny.2018.02.023

1 概況

鞍山市南沙河2#壩壩址位于勝利橋上游約1.1km處，原2#壩為橡膠壩，擋水高度3.3m，壩長160.0m，泄流凈寬158.1m，共分三跨，每跨長52.7m，中墩厚0.95m，壩底板高程較河底高程抬高0.3m，底板高程23.5m，底板順水流方向長9.9m，中墩高程27.9m，邊墩頂高程27.2m，底板寬9.9m，厚0.8m，底板上、下游各設(shè)一道齒墻。壩袋為堵頭式橡膠壩，采用楔塊錨固。上游鋪蓋、下游消力池、下游護坦及兩岸翼墻均為C20鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。

改造前橡膠壩壩袋已破損，啟動設(shè)備銹蝕老化，已無法進行正常擋水。經(jīng)有關(guān)部門檢測，各部位混凝土結(jié)構(gòu)均滿足工程使用要求。鑒于原橡膠壩土建工程結(jié)構(gòu)完好，從節(jié)省投資、縮短工期及降低施工難度等多方面考慮，設(shè)計決定充分利用現(xiàn)有橡膠壩底板及邊墻，即保留現(xiàn)有橡膠壩鋪蓋、堰體、消能設(shè)施及兩岸邊墻，在原消力池底板之上新建液壓升降壩基礎(chǔ)，原底板作為上游防滲鋪蓋，下游消能設(shè)施亦利用原結(jié)構(gòu)。

2 工程改造建設(shè)的可行性與優(yōu)勢

2.1 改造的可行性

經(jīng)檢測，原橡膠壩底板結(jié)構(gòu)完好，繼續(xù)使用亦可滿足工程運行的要求，且原消力池具有1.1m的深度，對其部分改造，余下充分利用，經(jīng)論證分析可達到使用功能要求，改造壩型采用液壓升降壩，其主要由弧形（或平板）壩面板、液壓桿、液壓缸和液壓泵組成，可任意調(diào)節(jié)面板的支撐角度，液壓缸置于活動壩面背面，同時與液壓桿及油管相連，將每扇閘門的液壓油管集中埋置底板混凝土的預留油槽中，油管集中引至控制室，利用集成液壓操作系統(tǒng)回油開關(guān)控制壩面板的起落，實現(xiàn)以底部為轉(zhuǎn)軸的活動壩面板支起或落下，從而達到升壩攔水、降壩行洪的目的。

2.2改造的優(yōu)勢

2.2.1 壩型優(yōu)越 液壓升降壩升起壩面后受力結(jié)構(gòu)呈三角形，力學結(jié)構(gòu)科學，穩(wěn)定性強，使用壽命長；面板為定型制作，密封止水效果好，更換容易，費用低；過流條件好，無需中墩，塌壩后基本與堰頂齊平，可暢泄洪水、泥沙及漂浮物；運行控制靈活方便，可任意改變液壓支撐桿的伸縮，從而達到可以自由調(diào)節(jié)泄流量及上游水位的目的。

2.2.2工程投資少 南沙河2#壩改造工程保留原有橡膠壩土建結(jié)構(gòu)，只進行了原橡膠壩兩處中墩拆除，工程投資少。

2.2.3 施工簡便 施工中只要做好現(xiàn)澆底板與原消力池底板結(jié)合處理及混凝土澆筑等工作，即可達到工程使用要求，施工難度小。

2.2.4 工程范圍小 改造工程主要位于原有消力池斜坡段，在消力池斜坡段部位新建液壓升降壩底板，新建底板順水流方向長度僅十余米，較同規(guī)模攔河壩施工范圍明顯縮小。

2.2.5 工期短 利用原有橡膠壩底板及邊墻，避免了土方開挖、回填及底板混凝土拆除等工序，可大大縮短工期。

2.2.6 運行管理方便 液壓壩升降速度快，行洪前可不考慮原橡膠壩充排水的時間因素，同時閘門啟閉設(shè)備利用集成液壓系統(tǒng)，利用回油開關(guān)集中控制，即使閘門數(shù)量多，也不會增加運行管理難度，更加便于管理運行，可靠度高。

3 工程布置情況

南沙河2#壩是基于原有橡膠壩鋪蓋、堰體及下游消力池底板之上進行的液壓壩改造工程，改造后攔河壩順水流方向長度共計70.3m，其中：上游防沖槽段2.0m，上游鋪蓋段14.9m（包括：原鋪蓋5.0m，原閘室段底板9.9m），堰體段12.9m，消力池段13.5m，下游海漫防沖槽段27.0m。軸線總長度共計160.0m，擋水高度3.3m，單扇閘門寬度50.0m，共計32扇閘門，底板采用兩孔一聯(lián)，即單塊底板寬度10.0m，分縫澆筑，縫寬2cm，縫間采用瀝青木板填縫并設(shè)置651型橡膠止水帶。新建液壓升降壩底板位于原消力池斜坡段部位，新建底板厚度1.4m，順水流方向長度12.9m，其中水平段8.0m，斜坡段4.9m，斜坡段坡比采用1∶3.5。閘門轉(zhuǎn)軸中心線距離新建底板上游邊緣5.6m，每扇壩面板下游側(cè)設(shè)有2根液壓升降桿，間距2.5m，液壓油管采用兩層鋼絲編織的高壓軟管，內(nèi)徑16mm，每個油缸連接一根高壓油管，單扇閘門共用2根油管，油管根數(shù)共計64根，埋設(shè)于面板后預留油管槽中，邊墻處油管槽采用開槽處理，每條液壓油管經(jīng)預留油槽集合形成油管束引至液壓泵，油管槽采用二期混凝土回填，液壓泵布置于左岸現(xiàn)有橡膠壩管理房內(nèi)。

4 工程功能復核

4.1 過流能力計算

由于液壓升降壩在塌壩運行時基本無擋水設(shè)施，采用平底閘堰流公式進行過流能力計算，得出南沙河發(fā)生設(shè)計洪水時：泄洪流量1221m3/s，對應設(shè)計洪水位26.8m；發(fā)生校核洪水時：泄洪流量1895m3/s，對應校核洪水位28.26m。南沙河2#壩過流能力滿足設(shè)計規(guī)范要求。

4.2 滲流穩(wěn)定計算

攔河壩設(shè)計堰頂高程23.5m，壩址處河床高程23.2m，正常蓄水位為26.5m。發(fā)生最大滲流坡降時為上下游水位差值最大，2#壩在上游最大蓄水高度及下游無水條件下滲流坡降最大，即上游蓄水位26.5m，下游水位23.2m時，以此作為地基滲流穩(wěn)定計算的控制工況。

采用改進阻力系數(shù)法進行計算，得水平段最大滲透坡降0.064，出口段最大滲透坡降0.149，小于地基允許水平滲透坡降0.25，允許出口滲透坡降0.50。

4.3 閘室穩(wěn)定計算

根據(jù)工程布置，取10m長單聯(lián)長度作為受力單元進行閘室穩(wěn)定計算。由于2#壩未縮窄行洪斷面，行洪時上下游水位幾近齊平，無水平水壓力。因此，行洪時無需驗算抗滑穩(wěn)定、基底壓應力，穩(wěn)定計算只需計算完建期、最高擋水位及地震三種工況。

根據(jù)穩(wěn)定計算成果，地基應力及抗滑穩(wěn)定系數(shù)均滿足穩(wěn)定性要求。

4.4 消能工尺寸復核

由于2#壩未縮窄行洪斷面，行洪時上下游水位幾近齊平，消能工尺寸復核工況選擇2#壩在最大蓄水高度，逐漸塌壩條件下進行計算，按照壩面板與豎直面分別呈夾角20°、35°、50°、65°四種工況進行復核。

根據(jù)消能工計算成果可以看出，2#壩消力池長度13.5m，池深1.1m，海漫防沖槽長度27.0m，防沖槽深1.5m，滿足消能防沖要求。

5 工程運行情況

自工程運行蓄水后，在鞍山市南沙河河道內(nèi)蓄起一片人工水面，形成景觀蓄水水面達40hm2，最大蓄水水深3.3m，自運行后無事故發(fā)生，各扇閘門均可順利升降，啟閉自如，攔河壩經(jīng)歷了多次洪水考驗，運行狀況良好。

工程建成后，進一步改善了鞍山市南沙河的兩岸景觀和自然環(huán)境，形成了河道兩岸局部小氣候，推進了生態(tài)宜居的城市生活圈的建設(shè)，為市區(qū)內(nèi)帶狀水上公園的建設(shè)奠定了良好基礎(chǔ)，給城市居民提供了休閑娛樂、健身的好去處，有效提高當?shù)鼐用竦纳钯|(zhì)量并推進生態(tài)和諧河道的建設(shè)。

6 結(jié)語

本文介紹了鞍山市南沙河2#壩在充分利用原有橡膠壩底板的基礎(chǔ)上，進行的液壓升降壩改造工程。相比于同壩型、同規(guī)模的新建工程，大大降低了工程投資，縮短了工期，同時，液壓升降壩操作更加便捷，節(jié)省了運行管理費用。

南沙河2#壩改造工程運行后取得了良好的生態(tài)效益和社會效益，可為以后類似的景觀攔河壩改造工程提供寶貴的借鑒經(jīng)驗。endprint