郝海蛟

（1.太原理工大學(xué)，山西 太原 030024；2.山西省水利水電勘測設(shè)計研究院，山西 太原 030024）

桑干河固定橋生態(tài)蓄水工程設(shè)計方案

郝海蛟

（1.太原理工大學(xué)，山西 太原 030024；2.山西省水利水電勘測設(shè)計研究院，山西 太原 030024）

桑干河是永定河上游一級支流，桑干河生態(tài)治理為改善京西地區(qū)生態(tài)環(huán)境、保障生態(tài)安全、實現(xiàn)京津冀一體化發(fā)展具有重要意義和巨大的推動作用。桑干河固定橋生態(tài)蓄水工程是永定河綜合治理與生態(tài)修復(fù)的一項子工程。

生態(tài)修復(fù)；生態(tài)蓄水；攔河閘；桑干河

1 工程概況

固定橋生態(tài)蓄水工程，是永定河綜合治理與生態(tài)修復(fù)項目山西段，桑干河干流規(guī)劃的10處生態(tài)蓄水工程之一。項目位于山西省大同縣吉家莊鄉(xiāng)吉家莊村東北，桑干河干流大同段固定橋上游100 m處，距大同縣城22 km。主要建設(shè)內(nèi)容包括主河槽攔河閘1座，長456 m、高3.0 m；灘地滾水壩1座，長90 m、高4.0 m；主河槽生態(tài)護(hù)岸和堤防加固7.236 km；管理站1處，建筑面積650 m2。項目實施將形成濕地水面243 hm2，其中主河槽91 hm2、右岸堤外152 hm2，總蓄水量242萬m3。

2 工程現(xiàn)狀

工程所在桑干河河道現(xiàn)狀，存在河流污染嚴(yán)重、地表徑流量持續(xù)減少、地下水超采嚴(yán)重、水資源開發(fā)利用不合理、河道斷流、河床沙化、濕地面積萎縮、河道兩側(cè)植被覆蓋率低、水土流失及人為設(shè)障現(xiàn)象十分嚴(yán)重、河灘地種植侵占河道等諸多問題，對河流生態(tài)造成極大影響。

3 工程設(shè)計內(nèi)容

3.1 工程總布置

固定橋生態(tài)蓄水工程，蓄水水位963.0 m，蓄水面積243萬m2，蓄水量242萬m3。攔河建筑物由主河槽攔河閘和右岸灘地滾水壩組成，其中攔河閘長456 m，右岸灘地滾水壩長90 m。加固改造主槽右側(cè)防洪堤，利用其將蓄水濕地劃分為具有不同功能的主槽泄洪區(qū)（兼顧蓄水）和右岸灘地蓄水區(qū)。

主河槽在汛期為主要泄洪通道，受下游固定橋橋孔寬度420 m的限制，右岸灘地已非主要行洪區(qū)，攔河建筑物采用混凝土滾水壩。為滿足右岸灘地蓄水要求，在防洪堤上修建進(jìn)水閘1孔，進(jìn)水閘將灘地蓄水濕地與主河槽蓄水濕地連通，非汛期閘門打開，兩者貫通蓄水，汛期關(guān)閉閘門，利用主河槽承擔(dān)泄洪排沙任務(wù)，避免泥沙進(jìn)入灘地，保持灘地常蓄水位。在滾水壩下部布置1孔排水閘連通灘地與下游河道，用于右岸灘地水量的調(diào)節(jié)和置換。由于灘地蓄水面積較大，汛期受洪水影響較小，可根據(jù)蓄水深度不同，在灘地蓄水濕地配種濕地植物和水生植物，以達(dá)到凈化水質(zhì)，改善水生態(tài)環(huán)境，提升景觀效果的作用

3.2 攔河閘設(shè)計

攔河閘布置在主河槽，跨河寬度456 m。順?biāo)鞣较?，攔河閘分別由上游護(hù)底、鋪蓋、閘室、消力池、海漫5部分組成，總長55 m。

閘室長度10 m，為分離式C25鋼筋混泥土結(jié)構(gòu)。閘門上游底板頂面高程與河床齊平為960.0 m，下游底板高程下降0.5 m，為959.5 m，底板厚2.0 m。閘門采用底橫軸轉(zhuǎn)動翻板閘門，為方便液壓油路管的鋪設(shè)和檢修，在液壓缸下游的底板內(nèi)布設(shè)油路管槽。攔河閘邊墩采用C25鋼筋混凝土直墻結(jié)構(gòu)，與底板澆成整體，頂高程為964.0 m。攔河閘由76扇串聯(lián)在一起的閘板共同擋水，閘板總長456 m，單扇閘板寬度6.0 m，擋水高度3.0 m。攔河閘由設(shè)在左岸岸墻和閘室右側(cè)隔墻上攔河閘控制室控制啟閉。

閘室前設(shè)500 mm厚C25鋼筋混凝土鋪蓋，鋪蓋上游設(shè)15 m長500 mm厚格賓石籠護(hù)底。鋪蓋、護(hù)底兩岸設(shè)C25鋼筋混凝土懸臂式翼墻和格賓石籠護(hù)坡。

閘室后接消力池，消力池長10 m，池后設(shè)0.5 m梳流坎，底板高程959.5 m。消力池底板采用C25鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，厚500 mm。消力池下游設(shè)15 m長、0.5 m厚格網(wǎng)石籠海漫。

攔河閘閘門型式為底橫軸轉(zhuǎn)動翻板閘門，為保護(hù)閘門在冬季不被凍冰壓力破壞，設(shè)計選用配套新型免維護(hù)氣泡發(fā)生器的氣泡防冰系統(tǒng)。在攔河閘上游設(shè)置1套氣泡防冰系統(tǒng)，對液壓壩上游進(jìn)行防冰。

3.3 滾水壩設(shè)計

滾水壩布置在主河槽右側(cè)灘地上，總長90 m，為C25混凝土結(jié)構(gòu)開敞式實用堰。堰頂高程與液壓壩頂高程相同為963.0 m，建基面高程959.0 m，壩高為4.0 m，堰頂寬度1.0 m，基礎(chǔ)寬度6.0 m。滾水壩上游面鉛直，下游溢流面坡比1∶1。滾水壩上游設(shè)5.0 m長、0.5 m厚格網(wǎng)石籠護(hù)底，下游設(shè)長5.0 m、厚0.5 m的C25混凝土護(hù)坦，護(hù)坦下游設(shè)長10 m、厚0.5 m格網(wǎng)石籠海漫。

3.4 基礎(chǔ)處理

攔河閘和滾水壩地基為不良級配砂，存在液化問題和滲漏問題，地基液化處理采用振沖擠密砂石樁，樁徑1.0 m，樁間距2.5 m，等邊三角形布置。

本工程為生態(tài)蓄水工程，蓄水深度較小，工程對地基滲漏量并無較高的要求，設(shè)計采用水泥土攪拌樁防滲墻，防滲墻底部深入低液限粘土層1.0 m，設(shè)計防滲墻有效厚度為0.3 m。

3.5 生態(tài)護(hù)岸（堤）設(shè)計

為了保護(hù)主河槽左側(cè)灘地上的66.67 hm2黃花菜種植基地，設(shè)計對地面高程低于964.0 m的種植基地新建生態(tài)護(hù)岸進(jìn)行防護(hù)，生態(tài)護(hù)坡采用工程開挖料填筑，頂高程964.0 m，背水面坡不做防護(hù)，迎水面坡防護(hù)水面以下采用格賓石籠，水面以上采用土石籠袋防護(hù)。對地面高程高于964.0 m的岸坡削補至穩(wěn)定坡度后進(jìn)行防護(hù)，攔河閘上游岸坡水面以下采用格賓石籠防護(hù)，水面以上采用土石籠袋防護(hù)，攔河閘下游岸坡采用土石籠袋防護(hù)。為了防止順沖及基礎(chǔ)凍融和淘刷，坡腳設(shè)格賓石籠護(hù)腳。

右側(cè)灘地現(xiàn)有防洪堤一座，總長度4.351 km，堤頂高程962.8～967 m。改造后右岸堤防堤頂高程不低于964.0 m，為滿足蓄水區(qū)運行管理和交通要求，堤頂寬度取6 m，堤頂鋪設(shè)混凝土路面。主槽迎水面堤坡已有混凝土板防護(hù)，保留現(xiàn)有混凝土護(hù)坡結(jié)構(gòu)不拆除，對局部破損部位進(jìn)行修復(fù)，堤防培厚加高在主槽背水面實施，堤防填筑材料采用工程開挖。蓄水區(qū)內(nèi)，防護(hù)水面以下采用格賓石籠，水面以上采用土石籠袋防護(hù)；蓄水區(qū)外采用土石籠袋防護(hù)。為了防止水流順沖及基礎(chǔ)凍融和淘刷，堤腳設(shè)格賓石籠防護(hù)。

壩軸線附近斜跨右岸灘地現(xiàn)存1條廢棄高灌渠堤，在距離主河槽90 m左右處與壩軸線相交，堤頂高程964.8～965.2 m。高灌渠堤為攔河建筑的一部分，為確保蓄水安全，對其進(jìn)行加固，根據(jù)蓄水位確定改造長108 m。堤防培厚采用工程開挖料，堤坡放緩至穩(wěn)定坡度1∶2.5。迎水面堤坡防護(hù)水面以下采用格賓石籠，水面以上采用土石籠袋防護(hù)。背水面堤坡采用土石籠袋防護(hù)。護(hù)坡基礎(chǔ)采用格賓石籠。

3.6 啟閉機房設(shè)計

固定橋生態(tài)蓄水工程攔河閘由76扇底橫軸轉(zhuǎn)動翻板閘門組成，設(shè)計分左右岸兩臺油泵獨立操作，每臺控制38扇閘門。左右岸啟閉機房布置在攔河閘兩端，內(nèi)設(shè)油泵室、控制室、配電室等。啟閉機室頂高程968.0 m高于河道20年一遇泄洪水位965.52 m。

啟閉機房基礎(chǔ)利用液壓壩左右兩岸側(cè)墻空箱，通過排架柱和框架結(jié)構(gòu)支撐上部啟閉機房，啟閉機房為磚混和玻璃墻帷幕組合結(jié)構(gòu)，在側(cè)面布置上下鋼梯，并考慮右岸堤防工具車交通通行要求，空箱頂高程為964.0 m，啟閉機房頂高程968.0 m。啟閉機房長20 m，寬8.5 m，總面積約170 m2。內(nèi)部采取玻璃墻隔斷。

3.7 安全監(jiān)測

外部變形觀測包括的閘壩豎向位移觀測和垂直壩軸線的水平位移觀測，根據(jù)液壓壩閘室結(jié)構(gòu)布置變形標(biāo)點。閘室總長459 m，左、右邊墩外側(cè)設(shè)空箱式岸墻與左岸坡和右側(cè)滾水壩連接，閘底板設(shè)分縫，共分24塊獨立底板和2塊帶邊墩的L型底板。根據(jù)底板可能發(fā)生的變形，在每塊獨立底板上、下游兩端沿底板中心線各設(shè)1個標(biāo)點。在L型底板上沿底板對角線在上、下游兩端各設(shè)1個標(biāo)點，其中上游標(biāo)點設(shè)在邊墩上端。在兩岸空箱式擋墻頂部沿?fù)鯄蔷€兩端各設(shè)1個標(biāo)點。共設(shè)變形標(biāo)點56個，標(biāo)點兼作水平位移和沉降觀測測點。在兩岸沿觀測點的延長線各布置2個工作基點和2個校核基點，在液壓壩2～3 km范圍內(nèi)布設(shè)2個水準(zhǔn)點。共設(shè)工作基點4個，校核基點4個，水準(zhǔn)基點2個。豎向位移采用精密水準(zhǔn)法測量，橫向水平位移采用視準(zhǔn)線法測量。

滲流量觀測，在邊墩的上游側(cè)布置水位標(biāo)尺來觀測水位，通過水位觀測，根據(jù)“水位—流量”關(guān)系推求過閘流量。

4 結(jié)語

針對流域內(nèi)存在的問題，結(jié)合《永定河綜合治理與生態(tài)修復(fù)總體方案》對桑干河流域進(jìn)行了綜合規(guī)劃，通過一系列的工程措施和綜合治理措施，保證流域內(nèi)河道持續(xù)向綠色、健康的方向逐步改善，使固定橋生態(tài)蓄水工程充分發(fā)揮涵養(yǎng)水源、補充地下水、凈化水質(zhì)的作用。

TU991.34

C

1004-7042（2017）10-0028-02

郝海蛟（1987-），男，太原理工大學(xué)水利水電工程專業(yè)研究生在讀。

2017-08-12；

2017-09-26