對已有破損橡膠壩進行改造設計的新措施

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，對現有壩袋已破損、動力設備銹蝕老化的橡膠壩，在底板結構完好的前提下，采取新壩型技術，充分利用現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驗。

關鍵詞：南沙河；利用原結構；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鋼筋混凝土結構。

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

2 工程改造建設的可行性與優勢

2.1 改造的可行性

經檢測，原橡膠壩底板結構完好，繼續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，可任意調節面板的支撐角度，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回油開關控制壩面板的起落，實現以底部為轉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改造的優勢

2.2.1 壩型優越 液壓升降壩升起壩面后受力結構呈三角形，力學結構科學，穩定性強，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節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構，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 施工中只要做好現澆底板與原消力池底板結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，同時閘門啟閉設備利用集成液壓系統，利用回油開關集中控制，即使閘門數量多，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，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。閘門轉軸中心線距離新建底板上游邊緣5.6m，每扇壩面板下游側設有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，油管根數共計64根，埋設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有橡膠壩管理房內。

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施，采用平底閘堰流公式進行過流能力計算，得出南沙河發生設計洪水時：泄洪流量1221m3/s，對應設計洪水位26.8m；發生校核洪水時：泄洪流量1895m3/s，對應校核洪水位28.26m。南沙河2#壩過流能力滿足設計規范要求。

4.2 滲流穩定計算

攔河壩設計堰頂高程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定計算的控制工況。

采用改進阻力系數法進行計算，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 閘室穩定計算

根據工程布置，取10m長單聯長度作為受力單元進行閘室穩定計算。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定、基底壓應力，穩定計算只需計算完建期、最高擋水位及地震三種工況。

根據穩定計算成果，地基應力及抗滑穩定系數均滿足穩定性要求。

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，自運行后無事故發生，各扇閘門均可順利升降，啟閉自如，攔河壩經歷了多次洪水考驗，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境，形成了河道兩岸局部小氣候，推進了生態宜居的城市生活圈的建設，為市區內帶狀水上公園的建設奠定了良好基礎，給城市居民提供了休閑娛樂、健身的好去處，有效提高當地居民的生活質量并推進生態和諧河道的建設。

6 結語

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上，進行的液壓升降壩改造工程。相比于同壩型、同規模的新建工程，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驗。endprint