楊小宸（遼寧省水利水電科學(xué)研究院，遼寧沈陽(yáng)110003）

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城市河道橡膠壩修復(fù)改造技術(shù)

楊小宸
（遼寧省水利水電科學(xué)研究院，遼寧沈陽(yáng)110003）

［摘 要］文中結(jié)合工程實(shí)例，通過(guò)工程和結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，研究提出了橡膠壩壩袋改造技術(shù)、通航船閘改造技術(shù)和閘壩聯(lián)合調(diào)度技術(shù)；針對(duì)氣候特殊的東北寒區(qū)，研究提出了橡膠壩冬季運(yùn)行維護(hù)與控制技術(shù)。

［關(guān)鍵詞］城市河道；橡膠壩；通航改造

1　概述

橡膠壩工程結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工程造價(jià)低，是被廣泛采用的一種攔河建筑物型式。目前遼寧省內(nèi)橡膠壩建設(shè)數(shù)量眾多，共164座，總壩長(zhǎng)19.66 km，其中運(yùn)行時(shí)間在10年以上超過(guò)50座，由于當(dāng)時(shí)建設(shè)條件有限，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)較低，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后，一些橡膠壩存在基礎(chǔ)滲透嚴(yán)重等防洪安全隱患。

2　修復(fù)改造技術(shù)

2.1壩袋改造技術(shù)

該項(xiàng)技術(shù)研究結(jié)合王家灣橡膠壩工程進(jìn)行。

通過(guò)橡膠壩功能優(yōu)化設(shè)計(jì)、水力計(jì)算及工程造價(jià)分析比較，不同壩段壩袋選擇了不同的改造方案。橡膠壩第1至5孔仍采用充氣式，第6，7孔采用充水式，解決了氣壩無(wú)法調(diào)節(jié)水量的問(wèn)題，既能保證王家灣橡膠壩蓄水后上游水面要求，達(dá)到美化環(huán)境、改善渾河景觀的目的，又能消除工程對(duì)下游河道防洪的不利影響。進(jìn)行了橡膠壩溢流能力、泄流能力、消能防沖、導(dǎo)流墻等水力計(jì)算分析；提出了各壩段改造后壩袋的具體結(jié)構(gòu)尺寸；進(jìn)行了穩(wěn)定劑滲流分析，橡膠壩底板前后均設(shè)置了齒墻，更增加了底板的抗滑穩(wěn)定性。增設(shè)了水壩泵房及充排水系統(tǒng)、自動(dòng)控制系統(tǒng)及管理房，為今后運(yùn)行管理奠定基礎(chǔ)。

2.2通航改造技術(shù)

該項(xiàng)技術(shù)研究結(jié)合渾南攔河壩改造工程進(jìn)行。由于攔河壩為混凝土實(shí)用堰，不具備調(diào)節(jié)水流的功能，在汛期抬高了渾河河道水位，增加了渾南壩上游城市段防洪壓力，并對(duì)防御超標(biāo)準(zhǔn)洪水極為不利，影響沈陽(yáng)市區(qū)的防洪安全。針對(duì)渾南攔河壩汛期阻水嚴(yán)重，進(jìn)水閘、沖砂閘工程老化問(wèn)題，對(duì)其工程進(jìn)行改造設(shè)計(jì)。改造后將混凝土攔河壩改為橡膠壩，將沖砂閘改為調(diào)節(jié)閘，并對(duì)進(jìn)水閘進(jìn)行改建，以增加渾河主槽的泄洪能力并保證渾南灌區(qū)灌溉用水及長(zhǎng)白島開(kāi)發(fā)供水。同時(shí)在攔河壩右側(cè)增設(shè)一座船閘，滿(mǎn)足渾河河道通航要求。通過(guò)相關(guān)的計(jì)算分析，確定工程改造后的結(jié)構(gòu)尺寸及建筑物高程等特性，可解決阻水、灌區(qū)用水、景觀用水及通航等主要問(wèn)題。

1）解決渾南壩的阻水問(wèn)題。將混凝土攔河壩改造成為充水式橡膠壩，并將沖砂閘改為調(diào)節(jié)閘，在汛期橡膠壩塌壩運(yùn)行，非汛期通過(guò)橡膠壩與調(diào)節(jié)閘的聯(lián)合運(yùn)用，改變了渾南壩無(wú)法調(diào)節(jié)水流，在汛期嚴(yán)重阻水的現(xiàn)狀。增加了渾河主槽的泄洪能力，減輕了上游城市段的防洪壓力，提高了沈陽(yáng)城市防洪的安全性。

2）保證渾南、渾蒲、渾沙灌區(qū)的灌溉用水?；炷烈缌鲏胃慕槌渌较鹉z壩，壩頂高程維持原壩頂不變，同時(shí)改建進(jìn)水閘，保證供水建筑物的安全，在灌溉期橡膠壩充水蓄水，可以保證渾南灌區(qū)1.67萬(wàn)hm2農(nóng)田的灌溉任務(wù)。沖砂閘改為調(diào)節(jié)閘后，通過(guò)調(diào)節(jié)閘和橡膠壩調(diào)節(jié)水量，可以保證下游渾蒲、渾沙灌區(qū)灌溉用水的需要。

3）保證渾南壩上游及長(zhǎng)白島的景觀用水。混凝土溢流壩拆除上部2 m后作為橡膠壩底板，改建的橡膠壩底板高程設(shè)為38.5 m，既解決了混凝土壩的阻水問(wèn)題，又能使壩上游五里河公園不露底，保證一定的水深，滿(mǎn)足壩上游渾河景觀用水的需要。此外，由于長(zhǎng)白島的開(kāi)發(fā)，長(zhǎng)白河水面將加寬，需由進(jìn)水閘保證供水。對(duì)進(jìn)水閘進(jìn)行改建，同時(shí)利用橡膠壩蓄水，可以保證長(zhǎng)白島開(kāi)發(fā)景觀用水的需要。

4）解決渾河通航問(wèn)題。隨著沈陽(yáng)城市建設(shè)的發(fā)展，渾河已經(jīng)成為沈陽(yáng)市的內(nèi)河，根據(jù)沈陽(yáng)市政府對(duì)渾河的總體規(guī)劃，渾河將全線通航。為保證通航船只通過(guò)渾南橡膠壩，在橡膠壩右側(cè)建一座船閘，閘室長(zhǎng)40 m，寬8 m。船閘建成后，可一次通航一艘200 t位的旅游船只，通航歷時(shí)約20 min。建設(shè)船閘工程，實(shí)現(xiàn)了砂山橡膠壩至王家灣橡膠壩的通航。

2.3閘壩聯(lián)合調(diào)度技術(shù)

2.3.1閘壩聯(lián)合調(diào)度方案

該項(xiàng)技術(shù)研究結(jié)合遼河新民毓寶臺(tái)橡膠壩改造工程進(jìn)行。橡膠壩工程改造后形成閘壩聯(lián)合型式，即提高了工程調(diào)節(jié)能力，又最大程度發(fā)揮了橡膠壩生態(tài)蓄水的作用：

1）首先在原有橡膠壩左岸翼墻外增加兩孔39 m的壩段，后再增設(shè)一孔10 m寬的鋼壩閘，閘壩聯(lián)合工程調(diào)節(jié)能力提高到166.3 m3/s。

2）在原有橡膠壩左岸翼墻外增加在壩址的左岸新增加橡膠壩的充排水泵房，該工程的管理房充分利用原橡膠壩管理房對(duì)擴(kuò)建工程進(jìn)行管理。改造后，攔河建筑物的總長(zhǎng)度可以到達(dá)230 m，在左岸灘地上將形成196 hm2的濕地。

2.3.2閘壩聯(lián)合調(diào)度技術(shù)

通過(guò)對(duì)橡膠壩不同的溢流流量和壩上溢流水深，研究提出閘壩聯(lián)合調(diào)度技術(shù)。當(dāng)溢流流量不超過(guò)或短時(shí)間超過(guò)設(shè)計(jì)過(guò)流能力70.5 m3/s時(shí)，橡膠壩可以繼續(xù)運(yùn)行；如果實(shí)際流量在70.5~166.3 m3/s之間的情況下，為了防止橡膠壩壩袋因壓力過(guò)大而損壞，可以保持橡膠壩處在運(yùn)行的狀態(tài)，調(diào)節(jié)鋼壩閘的不同開(kāi)啟度進(jìn)行調(diào)節(jié)流量，來(lái)保證上游的生態(tài)水面面積；當(dāng)橡膠壩壩上溢流水深為0.3 m，鋼壩閘處于完全泄水狀態(tài)，此時(shí)為橡膠壩不用塌壩的極限狀態(tài)，該狀態(tài)下鋼壩閘起到的調(diào)節(jié)能力為最大，共同過(guò)流能力為166.3 m3/s；如果流量大于166.3 m3/s時(shí)，則需塌壩運(yùn)行。

3　橡膠壩冬季運(yùn)行維護(hù)與控制技術(shù)

由于遼寧省特殊的氣候條件，冬季冰凍往往會(huì)對(duì)壩袋產(chǎn)生損壞，以往的橡膠壩大部分不需要冬季運(yùn)行，只需在入冬前放空壩袋內(nèi)及管道內(nèi)的積水，壩袋呈自然坍落狀態(tài)越冬。

3.1除冰措施

1）破冰方法。利用已有或新建的工程，采用人工與機(jī)械相結(jié)合的方式，在橡膠壩前進(jìn)行破冰處理，開(kāi)鑿水槽，使冰層與橡膠壩體隔離，并隨時(shí)保持壩前2 m寬水面不結(jié)冰，使壩袋不受損。

2）技術(shù)要求。一是組織專(zhuān)業(yè)隊(duì)伍，操作人員應(yīng)具備相關(guān)的專(zhuān)業(yè)知識(shí)及安全、救護(hù)常識(shí)。

二是施工人員應(yīng)滿(mǎn)足自身救生衣、安全警示標(biāo)及應(yīng)急救生船只等設(shè)施要求；三是嚴(yán)格控制施工期12月1日—次年3月31日，及時(shí)清除壩前冰凌，保證橡膠壩迎水面2 m寬范圍內(nèi)水域不結(jié)冰。

3.2運(yùn)行維護(hù)與控制技術(shù)

1）運(yùn)行要求。橡膠壩壩長(zhǎng)為119 m，共分三跨，每跨長(zhǎng)39 m，中墩1.0 m，橡膠壩正常蓄水位為25.31 m，壩高2.0 m。為保證河道水面，橡膠壩采取充壩運(yùn)行的方式越冬，壩頂高程始終保持24.81 m（橡膠壩蓄水高度2.0 m），對(duì)壩體迎水面進(jìn)行除冰。

2）運(yùn)行維護(hù)與控制技術(shù)。一是結(jié)冰期間不充許調(diào)節(jié)壩高，上游來(lái)水可以通過(guò)壩頂溢流調(diào)節(jié)，盡量保持水位不變，避免冰面對(duì)壩袋的壓力。同時(shí)，壩頂溢流還可以減薄壩前結(jié)冰的厚度。初春時(shí)壩袋內(nèi)冰層先融化，壩外冰層后解凍，此時(shí)適當(dāng)降低壩高以排泄冰凌；二是檢查壩袋有無(wú)起泡、局部膨脹、龜裂或發(fā)生永久性變形等，壩袋壁及壩袋下游表面有無(wú)磨損；三是監(jiān)視水情及水流形態(tài)，化冰期間注意觀察，防止發(fā)生冰塊對(duì)壩袋的摩擦、刺破事故；四是觀測(cè)壩袋上游冰層的變化和水平位移情況，并將實(shí)際觀測(cè)資料整理歸檔，用于后續(xù)的工程管理之中；五是做好冰情、水位流量等觀測(cè)記錄工作；六是充排設(shè)備等管道宜采取保溫措施，建立管道氣溫日觀測(cè)制度，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)每日管道間溫度變化，控制管道溫度不低于0℃。

4　結(jié)語(yǔ)

通過(guò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)和分析，提出以下研究成果：

1）開(kāi)展壩袋改造技術(shù)研究，將氣壩改為水壩，解決了氣壩無(wú)法調(diào)節(jié)水量的問(wèn)題，消除其對(duì)下游河道防洪的不利影響。

2）開(kāi)展通航改造技術(shù)研究，通過(guò)橡膠壩改造和增設(shè)船閘，可保證灌區(qū)灌溉用水和景觀用水，增加了主槽泄洪能力，解決了河道的通航問(wèn)題。

3）開(kāi)展閘壩聯(lián)合調(diào)度技術(shù)研究，在橡膠壩翼墻外增設(shè)鋼壩閘，根據(jù)不同的流量，建立閘壩聯(lián)合調(diào)度方案，既延長(zhǎng)了橡膠壩的使用壽命，又最大程度發(fā)揮了橡膠壩生態(tài)蓄水的作用。

4）開(kāi)展橡膠壩冬季運(yùn)行維護(hù)與控制技術(shù)研究，提出了橡膠壩冬季運(yùn)行維護(hù)方案，保障橡膠壩安全運(yùn)行，填補(bǔ)技術(shù)空白，同時(shí)也為橡膠壩冬季運(yùn)行管理提供寶貴經(jīng)驗(yàn)。

［中圖分類(lèi)號(hào)］TV64

［文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼］B

［文章編號(hào)］1002－0624（2016）02－0014－03

［收稿日期］#2015-11-10