王震宇

（長春市水利勘測設計研究院，吉林 長春 130062）

0 引言

合頁活動壩是目前世界領先的活動壩技術。它廣泛應用于農(nóng)業(yè)灌溉、漁業(yè)、船閘、海水擋潮、城市河道景觀工程和小水電站等建設。合頁活動壩力學結構科學、不阻水、不怕泥沙淤積；不受漂浮物影響；在損失極小水量的情況下，就能容易地沖掉上游的漂浮物，使河水清澈；放壩快速，不影響防洪安全；結構堅固可靠，抗洪水沖擊的能力強。它攻克了傳統(tǒng)活動壩型的所有缺點，同時它又具備傳統(tǒng)壩型的所有優(yōu)點；它像橡膠壩一樣緊貼河床不阻水；像翻板壩一樣自動放壩行洪，任意保持水位高度；像水閘一樣堅固耐用。下面就合頁活動壩在城市景觀建設中的應用舉一實例，供大家研究學習。

1 工程概況

長春市城市防洪工程——雙陽河段，位于長春市雙陽區(qū)境內。雙陽河是飲馬河上游左側一級支流，流經(jīng)長春市雙陽區(qū)。石溪河防洪工程屬于雙陽城區(qū)防洪工程的一部分。石溪河是雙陽河的一級支流，其下游河段位于雙陽城區(qū)的西部，基本完成了對該河道的治理，在滿足城區(qū)防洪安全的前提下，攔蓄石溪河水，形成岸青水藍的藍帶綠帶，增強了河道景觀、游覽、休閑功能，能改善新城區(qū)環(huán)境，提高新城區(qū)的建設品位，使之成為新城區(qū)的亮點，使新城區(qū)達到設施完善、環(huán)境優(yōu)美、經(jīng)濟發(fā)達的山水型城區(qū)的建設目標。

根據(jù)城市發(fā)展要求，結合現(xiàn)狀實際，擬建一座壅水建筑物，工程位置位于雙陽區(qū)石溪河小河沿子橋下游410 m處。擋水高度2.3 m，寬度48 m。

2 自然概況

2.1 水文、氣象

雙陽地處寒溫帶大陸性半濕潤季風區(qū)，春季干燥多風，夏季炎熱多雨，秋季涼爽溫差大，冬季寒冷漫長。多年平均氣溫5.1℃，極端最低氣溫-38.4℃，極端最高氣溫36.1℃。多年平均降水量為632.2 mm，降水主要集中在6—9月，為478.7 mm，占全年降水量的75.7%。降水量年際間變化較大，其中1991年降水量（有記錄以來）居于首位，為871.9 mm，1944年最少，僅257.4 mm。暴雨多發(fā)生在7月中旬至8月中旬，發(fā)生機率達68%。雙陽站1991年7月22日雨量為162.9 mm，是有記錄以來最大值。多年平均（20 cm蒸發(fā)器）蒸發(fā)量為1 387.3 mm，4—6月份蒸發(fā)量大，為663.6 mm，占全年蒸發(fā)量48%。多年平均日照為2 529 h。初霜日期一般在9月下旬（23日），終霜期為5月2日，平均無霜期為143 d，封凍期一般在11月中旬到翌年3月下旬，140 d左右。

2.2 地基特性及設計參數(shù)

1）地形地貌及地層巖性。區(qū)域資料及野外地質調查分析，雙陽河支流石溪河地貌形態(tài)單元屬于河谷平原漫灘階地，其巖性河道兩岸漫灘階地主要為第四系粘性土、淤泥質土及砂土組成，具有二元結構特征。

2）地質構造及地震烈度。從區(qū)域地質資料分析，該河谷地形具有西部上升，東部相對下降的地殼變化特征，由于所處大地構造相對穩(wěn)定區(qū)域，因此，區(qū)內構造極不發(fā)育，從工作區(qū)的上游到下游的基巖地質圖上未見有構造帶通過，且新構造運動也沒出現(xiàn)過。據(jù)GB18306-2001《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》（1∶400萬）確定，工作區(qū)地震基本烈度為Ⅶ度區(qū)，地震動峰值加速度為0.10 g。

3）水文地質條件?？辈靺^(qū)地下水為粘性土上層滯水以及砂層中孔隙潛水，局部粘性土較厚有微承壓水存在。水質多屬重碳酸鈣鎂型水，一般對混凝土基礎及鋼筋無腐蝕性。水位隨季節(jié)受石溪河水位制約，潛水與河水具有水力聯(lián)系，成互補關系。

3 主要建筑物

此次設計內容為擬在主河道樁號1+126位置設置一處攔河閘，設計河底高程為206.69 m，河道上口寬59.0 m，一級岸頂高程209.55 m，日常蓄水位為209.00 m，主河道護岸邊坡比 1∶2，堤防內邊坡比 1∶2.5，設計水位（P=2%）為209.80 m，設計流量（P=2%）為 246 m3/s（主河道部分）、3 m3/s（灘地部分），現(xiàn)狀堤防高程左側為212.04 m、右側為212.01 m。

根據(jù)SL252-2000《水利水電樞紐工程等級劃分及洪水標準》和SL265—2001《水閘設計規(guī)范》及有關規(guī)范確定建筑物級別及洪水標準如下：此次攔河閘工程等級為Ⅲ等，建筑物級別為3級，洪水標準為50年一遇；臨時建筑物為5級，施工期洪水為5年一遇。

此次工程主要建筑物為攔河閘，結合兩岸及周邊現(xiàn)狀，現(xiàn)擬定鋼壩閘和合頁活動壩閘兩種設計方案。

3.1 鋼壩方案

攔河鋼壩閘閘室凈寬41 m，共2孔，每孔凈寬20.5 m，閘中墩寬度7 m（內置啟閉裝置），邊墩寬度3.8 m（內置啟閉裝置），墩頂高程212.00 m。采用2扇鋼閘門，4臺集成式液壓啟閉機控制閘門開度，啟閉機安放在中墩及邊墩內，中墩內設2臺，邊墩內設1臺。閘門擋水高度2.3 m，為直立型式，閘門全開時水平，以底軸為支撐，每孔布置7只支鉸。驅動裝置每孔裝置容量2×1 250 kN，配套功率2×30 kW。

攔河鋼壩閘底板高程206.70 m，縱向長度62.78 m，由8 m長鋪蓋段、14.6 m長閘室段、12.68 m消力池段、27.5 m長海漫段組成。

3.2 合頁活動壩方案

攔河合頁活動壩閘孔凈寬48 m，共8扇閘門，單扇閘門尺寸6.0 m×2.0 m，墩頂高程209.55 m。通過液壓泵站采用自動控制，可人為調節(jié)閘門開度。

閘門擋水高度2.3 m，為弧型式，壩體結構采用弧形預制混凝土壩面，閘門全開時水平，用液壓缸直頂以底部為軸的活動攔水壩面的背部，實現(xiàn)升壩攔水、降壩行洪的目的，每孔壩面背部設4只支鉸。

閘底板高程206.70 m，縱向長度56.28 m，由8 m長鋪蓋段、7.0 m長閘室段、13.78 m消力池段、27.5 m長海漫段組成。

3.3 方案選定

壩型選擇方案比較見表1。

表1 壩型方案比較表

通過上述兩個方案的比較，從景觀效果和對地基要求以及施工等方面考慮，兩者沒有太大區(qū)別，但從投資方面考慮，合頁活動壩閘方案投資最省，故此次設計擋水建筑物采用合頁活動壩閘方案。

4 擋水建筑物

合頁活動壩由進口鋪蓋段，閘室段，消力池段及海漫段等組成。

1）進口鋪蓋段，采用鋼筋混凝土U型槽結構。底板高程為206.69 m。鋪蓋段長8.0 m，凈寬46.73～48.30 m，兩側懸臂擋墻頂寬0.3 m，根部寬0.6 m，墻高2.86 m，墻頂高程為209.55 m，底板總寬48.93～50.50 m，底板厚0.6 m。上下游設齒槽，上游齒槽深1.3m，寬0.5 m，下游齒槽深1.6 m，寬0.5 m。底板下部設10 cm厚C15素混凝土墊層。

2）閘室段，采用鋼筋混凝土結構。上游底板高程為206.70 m，下游底板高程為206.32 m。順水流方向長為7.0 m，總寬49.20 m，凈寬48.3 m。單扇閘門寬6.0 m，共計8扇，閘門與兩側擋墻各留有0.15 m做為閘門與邊墻止水用，兩側擋墻頂寬0.45 m，墻高2.55 m，墻頂高程為209.55 m。閘頂高程與日常蓄水位齊平，為209.00 m。閘室橫向共分為4段，兩邊每段長12.60 m，中間兩段每段長12.0 m。

3）消力池段，采用鋼筋混凝土結構。消能方式選用底流式消能，消力池進口高程底為206.32 m，通過1∶4邊坡與消力池底板相連，消力池順水流方向長為13.78 m，消力池深1.0 m，消力池末端底高程為206.63 m。消力池兩側懸臂擋墻頂寬0.3 m，根部寬0.7 m，總寬為50.70 m，底板厚0.7 m，底板下設10 cm厚C15素混凝土墊層。消力池出口末端兩側設鋼筋混凝土懸臂擋土墻3、擋土墻4。

4）海漫段，采用單式梯形斷面形式。兩側邊坡為1∶2.0，長20.0 m，底寬51.25～55.27 m，護坡及底腳護砌形式均為原有護砌結構形式，河底護砌采用25 cm干砌塊石護砌，其下設20 cm厚碎石墊層及無紡布（300 g/m2）。海漫后設7.5 m長防沖槽，防沖槽采用拋石結構，拋石高2.0 m。

混凝土標號為C25，墊層為C15，二期混凝土采用C30；混凝土防凍等級為F250，混凝土防滲等級為W6。止水采用651型橡皮止水帶，結構縫內填充2 cm厚瀝青木板。填筑土壓實度不得小于0.96，砂礫料填筑相對密度不小于0.7。

合頁活動壩閘基礎座落在淤泥質粉質壤土層上，承載力滿足要求，但由于該土層屬于高壓縮性低強度易變形軟土，易產(chǎn)生不均勻沉降，故此次設計對該段基礎進行換填處理，換填材料采用礫質粗砂，換填底高程為204.20 m，換填厚度為1.0 m。

合頁活動壩每扇閘設固定支撐桿裝置2套，液壓支撐桿裝置2套。合頁活動壩主體結構采用弧式預制混凝土結構，通過液壓缸直頂以底部為軸的活動攔水壩面的背部來調控合頁活動壩升壩攔水、降壩行洪的目的。采用互動支撐桿支撐活動壩面的背面，構成穩(wěn)定的支撐墩壩。采用小液壓缸及限位卡，形成支撐墩壩固定和活動的相互交換，達到固定攔水、活動降壩的目的。壩體控制采用人工手動控制，根據(jù)實際需要，人為調節(jié)壩體開度。啟閉時間約4 min，液壓啟閉機型號HYB-F200，外徑140 mm，行程1.4 m。

5 施工組織設計

5.1 施工導流

5.1.1 導流標準

根據(jù)SL303-2004《水利水電工程施工組織設計規(guī)范》中規(guī)定，主要建筑物施工導流臨時建筑物應為5級，相應導流建筑物設計洪水頻率P=10%～20%。根據(jù)工程的具體情況，合頁活動壩建筑物施工導流標準采用P=20%。該工程春汛期（4—6月）流量為2.63 m3/s，秋汛期（9—10月）流量為2.46 m3/s。

5.1.2 導流方式及導流建筑物布置

根據(jù)雙陽河流域的地形、水文、地質條件及水工建筑物布置，修建合頁活動壩工程部分，施工導流采用涵管導流方式?；优潘捎脧娕胖料掠魏拥纼确绞健?/p>

根據(jù)工程施工總體布置，施工圍堰采用全段圍堰形式。施工安排在第一年秋汛期開始，施工洪水流量為2.46 m3/s。施工采用涵管導流方式，布置在修建壩的右側，通過計算，選用管徑為D1200 mm鋼筋混凝土Ⅰ級管，涵管長128 m，涵管進口底高程為206.70 m，出口底高程為26.63 m，涵前水深為1.8 m。施工圍堰堤頂高程采用P=20%設計水位加0.5 m超高確定，故上游圍堰頂高程采用209.00 m。圍堰具體施工方法為：利用挖掘機在雙陽河河灘地上取土用8 t運輸車運輸至合頁活動壩上下游側，進行施工圍堰土方填筑，其次用挖掘機對開挖邊坡開挖，開挖平臺后將涵管安放對接好后，利用其進行導流挖。

5.2 主體工程施工

1）土方開挖。主要是河道開挖，采用機械化施工，在壩址范圍內把覆蓋層清除掉，開挖時預留20～30 cm保護層采用人工開挖，以免擾動壩基礎。施工方法是采用反鏟挖掘機挖土，開挖料滿足回填要求的，堆放在指定位置待回填時使用，不符合回填要求的開挖料，可用于加固施工圍堰或自卸汽車裝土運輸至指定的地點。采用5 m3液壓挖掘機挖裝，59 kW推土機集料，15 t自卸汽車運輸。

2）施工工序。先進行基坑開挖，基坑排出積水后即可進行混凝土澆筑施工，達到設計要求后，即可進行下一道工序施工。閘底板、邊墩、消力池等均為鋼筋混凝土結構，全部采用現(xiàn)場澆筑。施工順序由下而上依次為閘底板、邊墩（墻）、消力池。

3）混凝土澆筑。嚴格遵守DL/T5144-2001《水工混凝土施工規(guī)范》有關要求。采購符合設計要求的混凝土通過混凝土泵車直接運輸至指定位置，局部位置人工挑運，1.1 kW插入式振搗器振搗。

4）土方回填。待建筑物混凝土養(yǎng)護期過后，采用推土機推土至建筑物周邊，不能采用推土機的工作面考慮人工手推車倒運土方至建筑物周邊，再利用人工分層回填并且用蛙式夯夯實，保證土的壓實度和壓實質量。采用74 kW推土機集料，74 kW拖拉機履帶碾壓，2.8 kW蛙式夯實機補夯。

5）閘門安裝?？捎?0 t起重機吊裝，人工配合安裝。

6）液壓設施的安裝。液壓啟閉機是保證升降壩安全運行的關鍵設備，應嚴格按照設計圖紙和規(guī)范中的有關技術要求進行安裝。液壓啟閉機的油缸總成、液壓站及液控系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、管道和基礎埋件等的安裝工藝程序、安裝的尺寸偏差、安裝質量檢查、試運轉和負荷試驗等，必須有關規(guī)定和要求執(zhí)行。

①液壓泵站的安裝。

液壓泵站、插裝閥組、油箱等，安裝時應進行清洗，安裝調試后應將地腳螺栓擰緊。并應注意保持設備的清潔。

壓系統(tǒng)用油牌號應符合設計要求。油液在注入系統(tǒng)以前必須經(jīng)過濾后使其清潔度達到管路系統(tǒng)及油液的清潔度表所列標準之一。其成分經(jīng)化驗符合相關標準。液壓站油箱在安裝前必須檢查其清潔度，并符合技術說明書的要求，所有的壓力表、壓力控制器，壓力變送器等均必須校驗準確。液壓啟閉機電氣控制及檢測設備的安裝應符合規(guī)定。電纜安裝應排列整齊。電氣控制柜、操作臺等電纜接線均從埋入混凝土內的鋼管中通過。全部電氣設備應可靠接地。

②液壓缸總成的安裝。

安裝前應對油缸總成進行外觀檢查，并對照技術說明書的規(guī)定時限，確定是否應進行解體清洗?，F(xiàn)場解體清洗必須在技術服務人員的全面指導下進行。液壓缸安裝前應進行清掃擦去灰塵和油污。檢查活塞桿有無變形，在活塞桿豎直狀態(tài)下，其垂直度不大于0.5/1 000，且全長不超過桿長的1/4 000；如能檢查缸內壁，則檢查其有無碰傷和拉毛現(xiàn)象。液壓缸吊裝時，應根據(jù)液壓缸的直徑、長度和重量決定支點或吊點的個數(shù)，以防止變形。安裝時應把軸承上的潤滑脂清洗干凈，然后上足新的潤滑脂。初調高度指示器和主令開關的上下斷開接點。

③管路的配置和安裝。

配管前，油缸總成、液壓站及液控系統(tǒng)設備應已正確就位，所有的管夾基礎埋件完好。按設計圖紙要求進行配管和彎管，管路湊合段長度應根據(jù)現(xiàn)場實際情況確定。管路布置應盡量減少阻力，布局應清晰合理，排列整齊。

預安裝合適后，拆下管路，正式焊接好管接頭或法蘭，清除管路的氧化皮和焊渣，并對管路進行酸洗、中和、干燥及鈍化處理。液壓管路系統(tǒng)安裝完畢后，應使用沖洗泵進行油液循環(huán)沖洗。循環(huán)沖洗時將管路系統(tǒng)與液壓缸、閥組、泵組隔離（或短接），循環(huán)沖洗流速應大于5 m/s，循環(huán)沖洗后，最終應使管路系統(tǒng)的清潔度達到規(guī)定標準。管材下料應采用鋸割方法，不銹鋼管的焊接應采用氬弧焊、彎管應使用專用彎管機，采用冷彎加工。高壓軟管的安裝應符合規(guī)定的要求，其長度、彎曲半徑、接頭方向和位置均應正確。高壓、低壓、并聯(lián)備用管路應按規(guī)范要求用不同油漆顏色進行區(qū)別。管路布局應清晰合理，并用支架或管卡固定牢固。