覆蓋式液壓壩在河道生態整治工程中的應用

◎ 陳佳 中鐵二十三局集團第二工程有限公司

1.前言

隨著社會的發展進步，城市和鄉村現代化發展的步伐不斷加快，河道在原有的防洪、排澇、調蓄、灌溉等基本功能外，不斷被賦予美化環境、水體凈化、調節生態等新功能。水壩等重要的防洪、調蓄構筑物被廣泛應用，與土石壩、圬工壩、橡膠壩、翻板壩等傳統壩型相比較，覆蓋式液壓壩作為近年來新興的一種壩型，它不僅保留了其他傳統壩型的基本優點，還克服了傳統壩型的許多不足。覆蓋式液壓壩在結構方面更加科學合理，由多扇可以單獨控制的壩門組合實現全河道擋水，單扇啟閉、多扇啟閉和全河道啟閉相結合，擁有非常優越的調洪、泄洪能力。由于覆蓋式液壓壩升降方便控制，不受泥沙、河流漂浮物等影響，使得河道維護工作更加便捷。

2.液壓壩的結構原理

覆蓋式液壓壩壩體是由液壓泵站及管路、液壓油缸、支撐桿、弧形壩門、背部護板等結構組成，采用自卸汽車翻斗的力學原理，不但具有良好的擋水功能，還具有非常優越的調洪、泄水能力。壩體擋水結構以弧形壩門的底部作為旋轉軸，采用液壓油缸直接支頂弧形壩門的背部，結合折疊支撐桿支撐活動壩門構成穩定的支撐墩壩結構形式，再以自卸汽車翻斗的力學原理，通過液壓泵站調節液壓缸內油壓來實現弧形壩門的開啟和關閉，達到升壩擋水和降壩泄洪等功能。同時，覆蓋式液壓壩不僅可以通過單扇啟閉、多扇啟閉和全河道啟閉相結合，以應對不同流量的調洪、泄洪要求；還可以通過角度傳感器來控制每扇弧形壩門的開啟角度，以實現不同高度的降壩效果，調節河道上游水位，達到精準控制。

圖1 液壓壩蓄水漫流

3.液壓壩的特點

3.1 壩體結構簡單、成本較低、易于施工

壩門即可采用鋼筋混凝土結構，也可采用鋼結構，以適應不同施工條件和工期安排。壩體結構斷面較小，自重較輕，受地質條件影響較小，基礎寬度只需要比壩門高度略寬即可。因此，覆蓋式液壓壩材料消耗量小，施工工藝簡單，壩體對地基承載能力要求低，雖然液壓系統較為復雜，但總體建設成本較低，施工也較為便捷。

圖2 液壓壩降壩排水

3.2 水利條件優越

覆蓋式液壓壩施工完成基本保持原河床，能夠實現整河道升降壩條件，升壩擋水效果良好，降壩行洪條件優越，能夠有效排泄上游堆積泥砂和漂浮物。相對于傳統水壩和橡膠壩來說，液壓壩的過流能力更大，有效泄洪量也更大，同時可以通過調節壩高溢流和單扇啟閉壩門來控制上游水位和泄洪量。特別適用于傳統水壩和橡膠壩不宜建造的多樹、多砂、多石等條件復雜地區的河道。

3.3 施工簡單、工期較短

覆蓋式液壓壩適應大跨度河流，受地質條件制約較小，減輕了地基處理的工作量，壩體自重較輕、圬工結構較少，施工便捷。液壓泵站及管路、液壓油缸、支撐桿、弧形壩門、背部護板等金屬結構均可以采用工廠化集中加工，有利于實現專業化、工廠化、標準化作業，同時金屬結構加工可以與防滲墻、壩基礎、邊墩和翼墻等結構同步施工，有效的縮短了施工工期。

3.4 低水頭擋水、應用廣泛

覆蓋式液壓壩屬于低水頭擋水構筑物，既可以攔蓄水位，又可以單扇啟閉壩門形成流水通道，還可以通過調節壩門角度溢流形成人工瀑布。所以，覆蓋式液壓壩不但適用于水利調節、蓄水、行洪及農田灌溉等基礎水利功能，還適用于河道景觀提升、船閘、漁業和水電站等工程建設，應用非常廣泛[1]。

4.液壓壩在河道生態整治中的應用

4.1 工程概況

西安市閻良區石川河生態整治工程位于西安市東北部，石川河是黃河支流渭河的支流，發源于陜西省銅川市耀州區，經由銅川市耀州區，渭南市富平區，西安市閻良區、臨潼區匯入清河。本工程的主要內容：河道疏挖工程、護岸及路基工程、液壓壩、生態濕地蓄水區、內循環泵站等。Z2液壓壩位于河道中心線樁號Z5+710處，壩高3.0m，設36扇閘門，單扇閘門寬6m，總凈寬216m。Z3液壓壩位于河道中心線樁號Z7+000處，壩高4.0m，設20扇閘門，單扇閘門寬6m，總凈寬120m。

4.2 液壓壩結構及布置

覆蓋式液壓壩主要由壩基礎、防滲墻、鋪蓋、消力池、海漫、邊墩、翼墻、弧形壩門、折疊支撐桿、背板、液壓啟閉系統等結構組成。弧形壩門采用鋼結構形式，壩門底部利用預埋螺栓與基礎固定連接，通過液壓泵站調節液壓油缸伸縮桿帶動壩門以支座為旋轉軸轉動，從而實現壩門開啟和關閉效果，達到升壩擋水、降壩排洪等基礎水利功能。覆蓋式液壓壩具體結構布置見圖3和圖4。

圖3 液壓壩平面布置圖

圖4 液壓壩縱向剖面圖

Z 2 液壓壩壩高3m，總凈寬216m，主要結構由上游鋪蓋，壩體段（包含防滲墻、壩基礎、弧形壩門等金屬結構）、消力池、海漫段組成，順水流方向總長104.7m。壩體采用多扇弧形壩門板排列組成，每扇壩門兩側均安裝高強橡膠條用于壩門與壩門之間、壩門與邊墩不銹鋼止水板之間止水防滲，每扇弧形壩門尺寸均為3m×6m，共設36扇弧形壩門，壩門板采用Q235弧形面板，每扇弧形壩門背部均設置兩根折疊支撐桿、一塊折疊金屬背板、兩根液壓桿。壩基礎順水流方向長度為10m，采用C30鋼筋混凝土筏板結構，門前底板頂面與上游河床齊平，壩體段邊墩與邊聯段底板澆筑成整體。壩體段上游設有10m長鋪蓋，鋪蓋采用C30鋼筋混凝土結構，厚0.5m，下設10cm厚C15素混凝土墊層。下游消力池采用下挖式消力池并在末端設置消力坎，池深0.75m，設計長度15m。消力池段下游設40m長海漫，采用0.5m厚格賓石籠柔性海漫，下設15cm粒徑小于4cm的礫石、15cm厚粗砂墊層及一層300g/m2土工布作為反濾層。海漫段后接防沖槽，槽頂寬5.7m，底寬2m，池深1m，內填塊徑大于40cm的拋石。液壓泵站用電負荷為三級，電壓等級為低壓，電源來源為供電系統+發電機組兩種，控制方式為現場控制+遠程控制接口[2]。

4.3 河道生態整治功能的實現

本工程采用較小的河道縱坡，利用既有河道地形整修景觀微地形，盡可能減少施工建設對沿線生態環境的破壞，通過覆蓋式液壓壩攔河蓄水，結合河道縱坡和景觀微地形形成上游生態系統。施工完成后的河道生態系統由表流濕地、淺水區、深水區三部分組成，根據河道縱坡、景觀微地形和覆蓋式液壓壩頂部高程相結合，人為將河道劃分為適宜各種水生植物、水生動物和微生物的生存環境，通過表流濕地挺水植物、淺水區浮葉植物、深水區沉水植物和生態水草形成水生植物群落，暖季型和冷季型混種的種植模式，形成穩定的“水下森林”凈水系統。結合水生動物群落和復氧曝氣系統模擬自然水體的水生態系統組成，構建由水生植物（生產者）—水生動物（消費者）—微生物（分解者）組成的水生態系統，利用物質及能量的轉換，以及后期人工對水生植物的維護控制，實現水體的凈化。

5.結束語

綜上所述，覆蓋式液壓壩是一種較先進的新興壩型，屬于水利技術比較簡易的活動壩技術。其力學原理簡單，啟閉控制便捷，不受泥砂淤積和漂浮物等河道等常見問題影響，不僅能夠實現全河道啟閉泄洪，還能夠調節開啟角度在損失極小水量的情況下排泄上游漂浮物，從而達到清潔水面的效果。液壓壩采用非常成熟的自卸汽車翻斗力學原理，抗洪水沖擊能力強、降壩速度快，即克服了傳統活動壩的缺點，又具有傳統壩型的所有優點，可以廣泛應用在河道生態整治、景觀提升、農田灌溉、漁業、海水擋潮、船閘和水電站等工程建設中。