廣州某河道引調水工程蓄水氣盾閘設計

李旭

（廣州市水務規劃勘測設計研究院有限公司，廣東 廣州 510640）

氣盾閘，也稱氣動鋼盾橡膠壩，是一種新型的擋水結構，是綜合橡膠壩、鋼板壩二者之長的新型水工建筑物。氣盾壩吸收了傳統活動壩型之精華，摒棄了傳統活動壩型之不足，具有結構簡單，過水高度和運行狀態持續可控；擋水和過水能力更高；充排時間短，運行管理簡單；使用壽命超長，綜合效益高；對基礎的適應性高；景觀效果佳等特點。

由于氣盾閘具備結構簡單，運行管理簡單、景觀效果佳等特點，較以往橡膠壩、混凝土閘壩體景觀效果好，建設周期短，可適用于城市景觀水體及水環境調蓄水工程。

1 工程概況

本工程位于烏涌流域，為烏涌主涌的一條支流，河涌全長約2.96km，流域面積1.35km，坡降0.82‰。流域內地勢平坦，主要以建成區為主，地面高程基本在7～10m 左右。上游發源于城中村，河涌基本為明涌，部分河段已被覆蓋為暗渠，河道寬度4～12m，河道堤岸基本整治完畢，主要為混凝土或漿砌石結構。

河涌上游山水受廣園路阻隔，旱季上游無活水源；下游僅部分區域進行了截污，流域內排水系統部分仍為合流制，雨天合流管道溢流，隨溢流而出的污染物沉積河道，形成內源污染，進一步加劇河涌污染。水體黑臭已嚴重影響附近居民的生產生活，無法滿足附近居民親水樂水的需要。

為解決河涌日常旱季無水，且水質較差水動力不足的問題，擬利用上游排渠作為引水通道，引烏涌水進行補水。工程計劃沿線設置節制閘及蓄水閘4 座，并對主河道全段進行清淤疏浚。

根據《防洪標準》及《水閘設計規范》中的規定，本工程等別為Ⅳ等，主要建筑物級別為4 級，排澇標準為20年一遇。

2 工程設計

2.1 方案對比

為確保明涌景觀水體環境美觀，攔蓄水建筑物布置應在滿足河涌防洪排澇要求的同時，應盡可能使得河涌保持景觀水位，因此攔蓄水建筑物選型尤為重要。因此選取幾種常見蓄水建筑物進行對比。

結合工程實際情況，綜合考慮投資、施工難易程度和運行管理等方面因素，選擇在近河涌下游設置閘體；考慮周邊環境及居住區等因素，設置氣盾閘過流條件好，施工工期較短，運行管理相對便利。

氣盾閘設置閘寬8 米，景觀水位6.4 米，閘底高程4.6。閘室前設鋼筋砼鋪蓋，閘后設消力池、海漫等構筑物。具體參數見表2。

表1 攔蓄水建筑物選型對比表

表2 氣盾閘建設前后20年一遇水面線成果對比

3 水力計算

3.1 過流計算

計算公式采用《水閘設計規范》（SL265-2001）公式，因hs/H0 ≥0.9，故按高淹沒度堰流公式計算。

本工程閘底高程為4.4m，堤頂高程為8m。本次過流驗算按其最不利工況進行復核驗算，即遭遇20年一遇洪水位情況。

表3 水閘過流能力計算成果

經計算可知，本工程氣盾閘布置滿足P=5%設計洪峰流量要求。

3.2 抗滲穩定計算

根據SL265-2001《水閘設計規范》，采用改進阻力系數法計算閘基各滲流要素。按最不利工況進行復核：水閘產生最大水頭差2.1 米（排空狀態）。

水閘的滲流可劃分為9 個區域進行計算，計算簡圖如下所示。

圖1 滲流計算簡圖

表4 滲透坡降計算表

3.3 整體穩定及基底應力計算

按《水閘設計規范》（SL265-2001）的規定，閘室穩定應滿足下列要求：各計算工況下閘底平均基底壓力不大于地基允許承載力，最大基底應力不大于地基允許承載力的1.2 倍；基底應力的最大值與最小值之比不大于規定的允許值；沿閘基底面的抗滑穩定安全系數不小于規定的允許值。

根據本工程氣盾閘運行情況，擬定氣盾閘水位組合情況如下：

表5 氣盾閘穩定計算水位組合表

表6 氣盾閘穩定計算及閘室基底應力計算表

經計算，水閘抗浮、抗滑穩定滿足規范要求，基底應力滿足天然地基承載力要求，基底不均勻系數滿足規范要求。考慮氣盾閘現狀河床為淤泥細砂，為使其基底壓應力分布均勻，減少基礎沉降，防止地震液化，擬采用Ф600 高壓旋噴樁處理，同時提高地基土抗滲能力。

4 工程運行調度方式

在日常（旱天） 運行情況下，黃埔東路氣盾閘在運行時需結合烏涌水閘做好聯合調度，三戽涌基本無水時開始立壩運行，進行補水，由于烏涌涌口設有水閘，需控制外涌水位不高于5.8m，避免外江高潮位上溯，待需要換水時則利用落潮期，結合烏涌水閘運行進行塌壩排水。

日常結合上游補水，調節景觀水位保持在6.1～6.7m，控制氣盾閘上最高壅水不超過30cm，以避免氣盾閘發生振動，影響結構穩定性，并保證上游排水不受影響。若上游來水較少，河道流動性較差，則通過排氣使氣盾閘倒伏，降低特定水位高度，形成水景觀及水面流動性效果。

由于引水期間，周邊農田現狀地面高程較低，可能出現渠道水位高于農田的情況，因此引水期間需選取引水灌溉和農田退水合適時機，方可打開引水和排水口，避免因引水造成內澇。

5 結論

作為流域調補水的重要建構筑物，氣盾閘運行管理簡單，與周邊城市水環境結合度較好；鋼護板可保護氣囊免被河道大件垃圾破壞，過洪能力較好，不阻水，適用于未完成分流改造的蓄水段河流域；建設周期短，安全性能較好，適用于城市景觀水體及水環境調蓄水工程，為有水位調控要求及部分水動力較弱的河道調補水方案設計可提供一定借鑒。