楊秋光

（阜新市水利勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院（市水利科技推廣中心），遼寧 阜新123099）

0 引 言

迷宮堰是堰頂平面形狀為鋸齒形的新型溢流堰，它改變了傳統(tǒng)直線型溢流堰堰頂?shù)钠矫嫘螤?，通過(guò)增加有效堰頂溢流長(zhǎng)度的手段，加大溢流堰的過(guò)流能力，從而在較低的水頭下通過(guò)工程設(shè)計(jì)所需要的設(shè)計(jì)流量。

由于迷宮堰的優(yōu)點(diǎn)突出，國(guó)外很早就將迷宮堰用于低水頭的中小型工程，主要應(yīng)用于無(wú)閘控制的水庫(kù)溢洪道的改擴(kuò)建。如美國(guó)的東帕克工程（1910年）、澳大利亞的伍郎諾拉壩溢洪道（1941年）、阿馮壩（1970年）和美國(guó)的于特壩（1983年）。迷宮堰在我國(guó)水利工程中應(yīng)用較晚，l986年安徽省廣德縣城郊率先建成了我國(guó)第一座迷宮堰—紅衛(wèi)兵迷宮堰，運(yùn)行情況良好?？梢灶A(yù)料，隨著人們對(duì)迷宮堰水力特性及其優(yōu)點(diǎn)認(rèn)識(shí)的提高和模型試驗(yàn)及工程實(shí)踐資料的集累，應(yīng)用迷宮堰將更加廣泛[1]。

2005年遼寧省首座迷宮堰在東港市前陽(yáng)鎮(zhèn)石佛溝建成，主要功能為滿(mǎn)足上游4 座小型提水站灌溉用水[2]。但較少應(yīng)用于城鎮(zhèn)中小河道的綜合治理中。2010年，阜新市高林臺(tái)河城區(qū)段綜合整治工程率先將迷宮堰這一新型攔河壩應(yīng)用于阜新市的中小河道治理中，基本滿(mǎn)足了設(shè)計(jì)要求，達(dá)到了景觀蓄水的效果。

1 整治工程4 號(hào)迷宮堰簡(jiǎn)介

高林臺(tái)河位于遼寧省阜新市境內(nèi)，是阜新蒙古族自治縣和阜新市高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)園區(qū)的界河，左岸為阜新蒙古族自治縣民族產(chǎn)業(yè)園區(qū)，右岸為遼寧阜新高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)園區(qū)。地理位置重要。阜新市高林臺(tái)河城區(qū)段綜合整治工程治理河道長(zhǎng)4.4 km，防洪標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到50年一遇，本著生態(tài)治河的理念，在高林臺(tái)橋至玍海西橋之間河槽設(shè)置6 座蓄水建筑物，其中1，2，3 號(hào)攔河壩為底橫軸翻轉(zhuǎn)閘，4 號(hào)攔河壩為迷宮堰，5 號(hào)攔河壩采用寬頂堰，6 號(hào)攔河壩為折線實(shí)用堰。為保證蓄水工程對(duì)防洪工程不產(chǎn)生不利影響，蓄水工程全部采用開(kāi)挖主槽方式蓄水，開(kāi)挖主槽過(guò)流能力按高林臺(tái)河10年一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)。

4 號(hào)迷宮堰堰寬36 m，展寬比3，宮數(shù)為6，單宮寬度為6 m，迷宮堰高1.5 m，堰墻為厚0.35 m，宮頭為1/4 圓弧形，側(cè)墻長(zhǎng)（斜長(zhǎng)）8.10 m，宮頭寬1.8 m，展開(kāi)長(zhǎng)度18 m，堰墻與底板連接采用整體式結(jié)構(gòu)。4 號(hào)迷宮堰上下游分別鋼筋混凝土鋪蓋、鋼筋混凝土消力池、干砌石海漫和格賓網(wǎng)箱防沖槽，鋪蓋齒墻末端設(shè)鋼筋混凝土板樁，板樁深入基巖1 m，板樁與齒墻緊密相連，消力池設(shè)間距2 mφ100的PVC 排水管，梅花型布置。堰邊墻為重力俯斜式鋼筋混凝土擋墻，堰邊墻首末端采用扭曲面與河槽連接，混凝土構(gòu)件伸縮縫內(nèi)填2 cm 寬的瀝青木板，分縫處止水采用橡膠止水。鋪蓋、堰底板、消力池、海漫的下部均設(shè)土工布反濾層。

高林臺(tái)河4 號(hào)迷宮堰采用鋼筋混凝土梯形薄壁堰，按照山東省水利科學(xué)研究的研究成果進(jìn)行計(jì)算。其泄流能力為同等寬度的折線形實(shí)用堰的兩倍，高林臺(tái)河10年一遇洪水（Q=134.92 m3/s）時(shí)堰上水頭可減少48%。其流量與水頭關(guān)系如表1及圖1所示。

表1 流量(Q)～水頭(H)關(guān)系表

圖1 流量(Q)～水頭(H)曲線圖

2 建設(shè)經(jīng)驗(yàn)

2010年10月，阜新市高林臺(tái)河城區(qū)段綜合整治工程開(kāi)工建設(shè)。經(jīng)過(guò)近兩年的緊張施工，2012年8月，工程的主體工程建設(shè)完畢，治理河道4.4 km，并形成3.0 km 的帶狀水面。

2.1 主要問(wèn)題及其原因

迄今為止，工程已經(jīng)運(yùn)行了一年多，4 號(hào)迷宮堰在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中工作狀態(tài)良好，但也存在著部分問(wèn)題，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

1）泥沙淤積問(wèn)題

河道泥沙淤積，是水利工程管理特別是河道管理中一個(gè)普遍存在的問(wèn)題。高林臺(tái)流域地形主要為低山丘陵，植被覆蓋率低，水土流失面積分布廣，水土流失是高林臺(tái)河河道泥沙淤積的主要原因。再加上蓄水工程的修建，在壩址處水流速度變緩，挾沙能力降低，加劇了河道的泥沙淤積，影響了河道蓄水的景觀效果。

2）表面混凝土脫落問(wèn)題

阜新市屬溫帶季風(fēng)大陸性氣候，溫差變化大，冬季寒冷少雪，夏季炎熱多雨，全年的冰凍期5 個(gè)月。由于高林臺(tái)河4 號(hào)迷宮堰冬季蓄水運(yùn)行，經(jīng)過(guò)2013年冬季冰凍期后，2013年3月時(shí)發(fā)生了堰體表面部分混凝土脫落的現(xiàn)象，尤其是靠近邊墻兩側(cè)。究其原因，主要是冰凍期的冰體由岸向河槽中心擴(kuò)大，形成封凍冰蓋，冰層加厚，對(duì)兩岸砌體及堰體產(chǎn)生冰壓力和冰推力。由于混凝土抗拉強(qiáng)度較低，適應(yīng)拉伸變形或不均勻變形的能力較差，在周期性?xún)鋈谘h(huán)作用下混凝土凍脹破壞，造成部分混凝土脫落。

2.2 應(yīng)對(duì)措施

根據(jù)4 號(hào)迷宮堰在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題，管理部門(mén)根據(jù)高林臺(tái)河實(shí)際情況，有的放矢地制定了如下應(yīng)對(duì)措施。

1）通過(guò)庫(kù)區(qū)清淤解決泥沙淤積問(wèn)題。通過(guò)對(duì)比清淤及引水沖沙兩套方案的利與弊，最后選定清淤的方式解決高林臺(tái)河的泥沙淤積問(wèn)題。在不影響堰體整體安全運(yùn)行的前提下，在右岸的宮頭中間安放一拍門(mén)，用于清淤時(shí)放空庫(kù)區(qū)內(nèi)存水，當(dāng)庫(kù)區(qū)的回水長(zhǎng)度減少1/3 或淤積至設(shè)計(jì)蓄水高度1/2 時(shí)，管理部門(mén)就組織庫(kù)區(qū)清淤。

2）采用高強(qiáng)度混凝土補(bǔ)強(qiáng)和冬季鑿冰解決混凝土凍脹問(wèn)題。對(duì)于已脫落的表面混凝土，按設(shè)計(jì)要求重新補(bǔ)強(qiáng)。為了減小冬季凍脹力對(duì)堰體的影響，參照阜新市細(xì)河城市中心段冬季運(yùn)行的方案，在庫(kù)區(qū)前端進(jìn)行鑿冰處理，長(zhǎng)度與河槽同長(zhǎng)，寬度20～40 cm。

3 結(jié) 語(yǔ)

迷宮堰的設(shè)計(jì)原理是在給定的溢洪道寬度內(nèi)通過(guò)增加溢流前沿的長(zhǎng)度，從而在較低的水頭下通過(guò)設(shè)計(jì)需要的流量。增加溢流前沿的長(zhǎng)度是通過(guò)將薄壁的溢流堰體在平面上按鋸齒形有規(guī)律地布置來(lái)實(shí)現(xiàn)的。在理想狀態(tài)下（堰上水頭與堰高比極小，下游無(wú)淹沒(méi)影響），其工作原理可理解為薄壁堰體按周期折曲并排列在溢洪道的總寬度內(nèi)[3]。

目前，迷宮堰多用于水庫(kù)溢洪道的除險(xiǎn)加固，隨人們對(duì)迷宮堰認(rèn)識(shí)的提高和資料的積累，在解決好排沙及下游消能等問(wèn)題的基礎(chǔ)上，迷宮堰作為攔河溢流壩也是經(jīng)濟(jì)有效的。 高林臺(tái)河4 號(hào)迷宮堰的修建是阜新地區(qū)景觀蓄水工程的一大突破。由于迷宮堰的經(jīng)濟(jì)、高效、方便布置以及便于運(yùn)行管理的突出特點(diǎn)，可以預(yù)見(jiàn)其在今后的水利工程建設(shè)中定會(huì)得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。

［1］ 馬法三. 迷宮堰研究成果綜述［J］.河?？萍歼M(jìn)展，1994（14）：31-32.

［2］ 王成和，劉開(kāi)坤 關(guān)穎紅.迷宮堰在東港市石佛溝攔河壩的試驗(yàn)推廣成果[J]. 農(nóng)業(yè)與技術(shù)，2007，27（6）：112.

［3］ 金兆輝，林長(zhǎng)杰，穆國(guó)華，周林虎. 迷宮堰在西藏加達(dá)水電站溢洪道工程中的應(yīng)用［J］.中國(guó)水利，2005（06）：44-45.