鋼壩閘在黑河溝水環(huán)境治理工程的應(yīng)用與探索

2013-09-19 09:06:28尚常清崔瑞香

水利技術(shù)監(jiān)督 2013年3期

尚常清崔瑞香

（1.吉林省四平市水利勘測設(shè)計(jì)研究院，吉林四平 136000； 2.北京市首都規(guī)劃設(shè)計(jì)工程咨詢開發(fā)公司，北京市 100045）

鋼壩學(xué)術(shù)名稱為底軸驅(qū)動翻板閘門，是一種能夠?qū)崿F(xiàn)雙向擋水、靈活啟閉、閘門開度無級可調(diào)、方便調(diào)度、工程隱蔽、無礙防汛和通航，改善河道景觀的新型閘門。它不僅結(jié)構(gòu)簡單，節(jié)省土建投資，而且可以立門蓄水，臥門行洪排澇，適當(dāng)開啟調(diào)節(jié)水位，還可以利用閘門門頂過水，形成人工瀑布的景觀效果。

黑河溝又稱門頭溝或黑水河，位于門頭溝區(qū)東南部，起源于官廳村南絕石梁，經(jīng)東店街、東辛房，穿過門城鎮(zhèn)入永定河。現(xiàn)狀河道過水?dāng)嗝妾M小，上游河道兩岸房屋建筑密集，植被凌亂，多數(shù)堤防防洪標(biāo)準(zhǔn)較低，河道構(gòu)筑物壅水、阻水現(xiàn)象嚴(yán)重，門頭溝黑河溝已遠(yuǎn)不能滿足城市防洪排水要求。本次治理起點(diǎn)為圈門橋上游約50m處（樁號0+000），治理終點(diǎn)為河灘橋（樁號4+100），治理總長4.1km。

1 節(jié)制閘位置及標(biāo)準(zhǔn)

新建節(jié)制閘位于門頭路橋～河灘橋之間，河灘橋上游84m處，即樁號4+016為閘門位置。節(jié)制閘為3級建筑物，按20年一遇洪水設(shè)計(jì)，50年一遇洪水校核。20年一遇設(shè)計(jì)洪峰流量218m3/s，設(shè)計(jì)洪水位104.45m；50年一遇校核洪峰流量306m3/s，校核洪水位104.90m。

2 地質(zhì)條件

根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)鉆探資料，地層巖性由上至下敘述如下。

（1）卵漂石填土：雜色，稍密～中密，表層松散，稍濕，級配差，以大粒徑為主，含砂量少，夾雜少量磚塊、灰渣、植物根系。地表出露最大粒徑約50cm。局部地段該層下部分布有雜填土層①1，成份以粉質(zhì)粘土為主，夾卵礫石、生活垃圾、橡膠等，揭露雜填土厚度1.1m。

分布于場區(qū)近地表，局部厚度較大，其物理力學(xué)性質(zhì)差異較大。

（2）卵漂石：雜色，稍濕，中密～密實(shí)，亞圓形，根據(jù)地表出露情況，最大粒徑約50cm，中砂充填，含量約5%～20%，級配較好。該層上部粒徑大，鉆進(jìn)時(shí)易出現(xiàn)塌孔現(xiàn)象，動探擊數(shù)大于50擊。

該層內(nèi)摩擦角經(jīng)驗(yàn)值φ=32°～34°。重型動力觸探擊數(shù)大于50擊，承載力標(biāo)準(zhǔn)值fka大于300kPa。該層上部鉆進(jìn)時(shí)易出現(xiàn)塌孔現(xiàn)象，漏漿嚴(yán)重。

該層滲透系數(shù)較大，滲透系數(shù)經(jīng)驗(yàn)值10-1～10-2cm/s，具強(qiáng)透水性。由滲漏引起的滲透變形破壞類別為管涌型，依據(jù)相關(guān)規(guī)范，及結(jié)合經(jīng)驗(yàn)數(shù)值，建議允許水力比降值為J允許＝0.15。

漂卵石層與基礎(chǔ)混凝土的摩擦系數(shù)可采用0.5。

場區(qū)標(biāo)準(zhǔn)凍土深度為0.80m。

3 閘型比選

黑河溝節(jié)制閘位于河道樁號4+016處，現(xiàn)狀河底寬度為30m。本閘屬新建工程，水閘設(shè)計(jì)功能為非汛期滿足河道上游景觀蓄水，汛期排泄河道洪水。

閘室設(shè)計(jì)布置為單孔開敞式，閘孔凈寬30.0m。底檻高程102.7m，上游正常蓄水位104.7m，閘門設(shè)計(jì)高度2.0m。閘門型式比選考慮氣動盾形閘門、水力自動翻板門及鋼壩閘門三種門型。

根據(jù)本工程景觀要求，綜合分析比較氣動盾形閘門、水力自動翻板閘門及鋼壩閘門的優(yōu)缺點(diǎn)，閘門型式采用鋼壩閘門。

表1 閘門型式比選表

3.1 主要設(shè)計(jì)特點(diǎn)

鋼壩閘門為多主梁焊接結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)動支承設(shè)在門葉底部，當(dāng)閘門豎起或倒下時(shí)，門葉圍繞底軸心旋轉(zhuǎn)；閘門允許門頂溢流，形成人工瀑布的景觀效果；可以局部開啟，調(diào)節(jié)上游水位；倒下時(shí)，門葉與上游閘底板處于同一高程，泄洪時(shí)不阻水。

鋼壩閘門方案，由于單孔凈寬可以達(dá)到30.0m，無需設(shè)置中間閘墩，泄水時(shí)對流態(tài)有利，又能達(dá)到通透的視覺效果，滿足景觀要求。鋼壩閘門檢修時(shí)，采用在低水位時(shí)搭建臨時(shí)圍堰擋水的方式。

3.2 啟閉設(shè)備

鋼壩閘門采用液壓啟閉機(jī)控制，液壓啟閉機(jī)容量及行程由鋼壩閘門廠家配套提供。液壓啟閉機(jī)主要包括1座液壓站、2支液壓缸、1套電氣控制裝置等設(shè)備。2支液壓缸分別安裝在左、右岸閘墩內(nèi)，液壓缸的活塞桿端部通過支臂裝置等與閘門底軸相連接，活塞桿的伸縮帶動閘門底軸旋轉(zhuǎn)，控制閘門啟閉。液壓站及電氣控制裝置等設(shè)備設(shè)置在岸邊管理房內(nèi)。

液壓啟閉機(jī)現(xiàn)地控制，預(yù)留遠(yuǎn)控接口，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方自動化控制。

3.3 防冰設(shè)計(jì)

冬季運(yùn)行時(shí)，閘前破冰采用壓縮空氣射流法，選用空氣壓縮機(jī)等配套設(shè)施，在閘前冰層之間以壓縮空氣射流吹開一條不結(jié)冰的水域，防止冰的凈壓力作用到閘門上。

空氣壓縮機(jī)及控制裝置等設(shè)備安裝在岸邊管理房內(nèi)。

4 鋼壩閘設(shè)計(jì)

在常水位以下時(shí)，閘門關(guān)閉。當(dāng)洪水期時(shí)，液壓啟閉機(jī)控制閘門打開，閘門下翻進(jìn)行泄洪。

工程總體布置根據(jù)功能需要和閘址地形、地質(zhì)、水流及運(yùn)用條件而確定，力爭做到緊湊、合理、經(jīng)濟(jì)、協(xié)調(diào)、美觀。閘軸線選擇與河道中心線正交，考慮閘門型式的設(shè)計(jì)，閘門底板盡量減少分縫。為滿足工程管理和運(yùn)用的要求，在閘室左右岸設(shè)置地下啟閉機(jī)設(shè)備室，整體景觀外形美觀大方，經(jīng)濟(jì)實(shí)用。

本次設(shè)計(jì)為1孔鋼壩閘門，閘孔總凈寬30.0m。閘順?biāo)飨蚩傞L68.77m，其中上游連接段長20m，閘室段11m，下游連接段37.77m。

設(shè)計(jì)閘底板高程102.70m，上游正常蓄水位104.70m，閘門頂高程為104.70m。

上游連接段為長20m鋼筋混凝土鋪蓋，厚度為0.4m，兩側(cè)為C20重力式混凝土擋土墻，頂高程為105.60m，進(jìn)口處與河道擋墻順接。

閘室段長度11m，底板為C25鋼筋混凝土厚1.80mm，兩側(cè)為C25鋼筋混凝土箱式擋墻，箱式擋墻厚0.80m。

消力池段長15m，池深0.5m，底板為C25鋼筋混凝土厚0.60m，消力池池底高程為101.50m，末端設(shè)梅花狀排水孔，排水孔底部設(shè)反濾及排水體，消力池上游側(cè)采用1：4的斜坡段與閘室段連接。

海漫為水閘的防沖刷部分，該段與消力池段共同承擔(dān)消能防沖要求，設(shè)置22.77m長的鋼筋混凝土海漫，厚度為0.40m，垂直水流方向?qū)挾扔?0m變?yōu)?6.71m寬；下游與設(shè)計(jì)河道的0.2m厚現(xiàn)澆素混凝土板連接。兩岸采用C20素混凝土重力式擋土墻結(jié)構(gòu)型式，墻頂寬0.50m，頂高程為105.00m，出口擋墻與河道岸墻順接。