曹軍

（遵義水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，貴州遵義 563000）

1 氣動(dòng)浮體壩簡(jiǎn)介

氣動(dòng)浮體壩是近年來(lái)在活動(dòng)景觀攔河壩領(lǐng)域誕生的一種新的壩型，其原理是通過(guò)改變閘門整體浮力來(lái)控制閘門開(kāi)啟狀態(tài)，通過(guò)底座與壩體安裝的門頁(yè)以及安裝于門葉頂部且通過(guò)充氣裝置進(jìn)行充氣或抽氣的浮箱組件，當(dāng)對(duì)浮箱進(jìn)行充排氣時(shí)，控制門頁(yè)以底座為基點(diǎn)進(jìn)行翻轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)擋水和泄水的一種活動(dòng)壩壩型。其主要優(yōu)點(diǎn)有：環(huán)保性好、不產(chǎn)生油污；關(guān)閉時(shí)壩體與河底齊平，不影響泄洪、通航；水流噪音?。荒芎牡?、易施工、維護(hù)方便。

該種壩型相對(duì)于液控翻板壩存在一些較明顯的優(yōu)勢(shì)，特別是近年來(lái)對(duì)于環(huán)保問(wèn)題的重視，氣動(dòng)浮體壩采用空壓機(jī)啟閉的方式，因此完全不存在漏油風(fēng)險(xiǎn)，得到了廣泛推廣和應(yīng)用，但多建在平原地區(qū)，在山區(qū)城市、洪水陡漲陡落的河道上應(yīng)用較少。本文就遵義市中心城區(qū)湘江河段上修建的氣動(dòng)浮體壩為例，對(duì)該種壩型在山區(qū)城市河道的適應(yīng)性進(jìn)行了分析。

2 工程概況

遵義市中心城區(qū)河段涉及湘江干流及其支流高坪河，原共建有10座景觀攔河壩，原壩型為7座水力自控翻板壩及3座橡膠壩。因年久失修，不能保證安全運(yùn)行，于2017年對(duì)該10座攔河壩進(jìn)行了改造，改造的壩型分別有斜支撐液控升降壩、液控翻板壩及氣動(dòng)浮體壩，項(xiàng)目總投資4963萬(wàn)元。

本文著重介紹的氣動(dòng)浮體壩壩型運(yùn)用于湘江河公園壩，位于遵義市中心城區(qū)的核心區(qū)河段，活動(dòng)壩部分壩高2m，壩線長(zhǎng)47m，于2017年年底改造完畢，已投入運(yùn)行3年有余。

3 攔河壩改造的必要性

湘江河上的天儀廠壩、高橋壩、公園壩原壩型均為充水式橡膠壩，經(jīng)多年運(yùn)行，橡膠老化后，由于本地運(yùn)行管理單位無(wú)檢修能力，加之在河道內(nèi)進(jìn)行清淤等活動(dòng)時(shí)未保護(hù)壩體，導(dǎo)致橡膠壩壩袋不同程度受損，存在安全隱患。2014年7月22日，高橋橡膠壩壩袋瞬間撕裂，造成塌袋，所蓄水體急速下泄，下游水位暴漲，對(duì)下游兩岸河邊人行走道上行人的人身安全構(gòu)成了威脅，所幸未造成人員傷亡安全事故。

基于該情況，遵義市各行業(yè)主管部門高度重視景觀攔河壩的安全運(yùn)行情況。在檢查中發(fā)現(xiàn)，公園壩的橡膠壩袋存在破損、老化變形嚴(yán)重，袋頂高低不平，壩袋錨固螺栓銹蝕嚴(yán)重，個(gè)別錨固螺栓脫落，存在嚴(yán)重的安全隱患，已不能正常蓄水運(yùn)行，嚴(yán)重影響城市水景效果。2014年12月，為排除工程險(xiǎn)情，保證工程的蓄水達(dá)到美化城市水景的目的，將公園壩壩袋拆除，改造為臨時(shí)攔河堰，采用砂袋壘砌恢復(fù)其原壩頂高程，在平時(shí)抬高上游水位，滿足景觀要求；在河道發(fā)生洪水時(shí)，洪水可沖垮上部臨時(shí)擋水的砂袋，使河道行洪斷面加大，從而降低防洪風(fēng)險(xiǎn)。但該改造方案為臨時(shí)應(yīng)急措施，不能永久性地在完全滿足行洪要求的同時(shí)保證河道水面景觀，因此對(duì)攔河壩進(jìn)行改造，是很有必要的。

4 壩型選擇

4.1 已建壩型經(jīng)驗(yàn)

遵義市中心城區(qū)之前所建攔河壩均為水力自控翻板壩及橡膠壩，通過(guò)運(yùn)行多年的經(jīng)驗(yàn)看來(lái)，該兩種壩型在遵義市的適應(yīng)性較差，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1）遵義市屬山區(qū)，河道行洪時(shí)水流夾雜樹(shù)枝、亂石等雜物較多，易造成翻板壩卡阻，或?qū)ο鹉z壩壩袋造成損壞。

（2）水力自控翻板壩在運(yùn)行中多數(shù)出現(xiàn)支絞變形的情況，在打開(kāi)后不能自行回位；甚至出現(xiàn)上游來(lái)洪水時(shí)不能自動(dòng)翻轉(zhuǎn)泄洪的情況，對(duì)此構(gòu)成了較大的防洪安全隱患。為此，運(yùn)行單位需投入大量人力物力對(duì)翻板壩實(shí)施人工啟閉。

（3）水力自控翻板壩在上游來(lái)水量突然增大時(shí)會(huì)在短時(shí)間內(nèi)打開(kāi)壩體泄洪，使下游水位迅速提升，不利于下游兩岸防洪安全。

（4）橡膠壩壩袋為橡膠制品，受損的頻率較高。目前遵義市中心城區(qū)已建的7座橡膠壩僅有一座能夠正常運(yùn)行（壽命均在10年左右），其余橡膠壩壩袋均受到不同程度的損傷甚至損毀。

綜上所述，水力自控翻板壩及橡膠壩就目前運(yùn)行情況看來(lái)，不考慮選擇該兩種壩型作為推薦壩型。

4.2 公園壩壩型選擇

據(jù)國(guó)內(nèi)各種城市景觀閘壩的發(fā)展現(xiàn)狀，結(jié)合類似工程運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，比較成熟的壩型有：液控翻板壩、液壓底軸翻板壩、斜支撐液控升降壩、折疊式液控翻板壩及氣動(dòng)浮體壩等。結(jié)合公園壩的情況，經(jīng)綜合比較，選擇了氣動(dòng)浮體壩作為公園壩的選擇壩型，主要緣由如下：

（1）啟閉方式優(yōu)勢(shì)：上述可選擇的壩型中，只有氣動(dòng)浮體壩是采用空氣給浮體充放氣來(lái)實(shí)現(xiàn)壩體啟閉，其余壩型均靠液壓系統(tǒng)進(jìn)行啟閉，存在液壓電控設(shè)備復(fù)雜、有漏油產(chǎn)生污染風(fēng)險(xiǎn)等問(wèn)題，而氣動(dòng)浮體壩設(shè)備簡(jiǎn)單，啟動(dòng)僅靠一臺(tái)低功率空壓機(jī)即可，也無(wú)污染風(fēng)險(xiǎn)，更適用于城區(qū)河段內(nèi)的景觀攔河壩。

（2）土建開(kāi)挖適應(yīng)：本次改造的10座景觀攔河壩中，其中公園壩壩高較矮，僅為2.0m，其余壩型壩高均在3.5m以上，而氣動(dòng)浮體壩需開(kāi)挖約1.5倍壩高的基坑，因此越高的壩基坑就越深，在城區(qū)河道內(nèi)施工，導(dǎo)流及基坑邊坡支護(hù)條件都比較狹窄，風(fēng)險(xiǎn)較大，因此僅在壩高較低的公園壩選用氣動(dòng)浮體壩較利于壩基開(kāi)挖施工。

（3）低噪聲優(yōu)勢(shì)：氣動(dòng)浮體壩在正常擋水時(shí)，壩頂溢流的水流通過(guò)壩的背坡滑入下游，水流平順，噪聲??；而其他翻板壩壩型的水流都是從壩頂?shù)胂掠?，形成類似小瀑布的流態(tài)，噪音較大。公園壩地處遵義市人民公園及鳳凰山景觀長(zhǎng)廊的核心區(qū)，為維持其安靜休閑的周邊環(huán)境，選擇氣動(dòng)浮體壩較為適宜。

（4）造價(jià)優(yōu)勢(shì)：氣動(dòng)浮體壩由于沒(méi)有液壓系統(tǒng)，僅由浮箱壩體、空壓機(jī)及供排氣管道就能實(shí)現(xiàn)壩體啟閉，因此造價(jià)相對(duì)于其他壩型來(lái)說(shuō)較為低廉，同時(shí)對(duì)檢修維護(hù)的技術(shù)要求也較低，遠(yuǎn)程運(yùn)行方便可靠。

5 建設(shè)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)

公園壩自2017年年底改造完畢即投入正常運(yùn)行，以遠(yuǎn)程+現(xiàn)場(chǎng)管理結(jié)合方式對(duì)湘江河城區(qū)河段的10座壩進(jìn)行運(yùn)行管理。在公園壩建設(shè)運(yùn)行的過(guò)程中，針對(duì)該壩型在城區(qū)河道中的應(yīng)用積累了一定的經(jīng)驗(yàn)和認(rèn)識(shí)，主要有以下幾個(gè)方面：

（1）巖體基礎(chǔ)開(kāi)挖難度大：作為門體2.0m高的氣動(dòng)浮體壩，需開(kāi)挖約3.0m深的基坑，用于隱藏倒伏時(shí)的壩體。公園壩為改建壩，原就有約1.5m厚的混凝土壩基，下部為泥巖、砂巖、粉砂巖互層的巖體，加之該河段位于城市中心，涉及安全保護(hù)及噪聲問(wèn)題，不能爆破或者用機(jī)械破碎錘施工，因此所有開(kāi)挖均采用人工鉆孔+膨脹劑方式進(jìn)行冷挖，導(dǎo)致進(jìn)度緩慢，人工成本很高。就此可以看出，該種壩型由于基礎(chǔ)深度要求很深，更適用于河床覆蓋層厚、易開(kāi)挖基坑的河流，若在巖體河床上運(yùn)用該壩型時(shí)，應(yīng)充分考慮施工方法及成本。

（2）水位控制：氣動(dòng)浮體壩只能處于全浮起狀態(tài)和全倒伏狀態(tài)，因此上游水位只能控制在正常蓄水位或者不擋水狀態(tài)，這一點(diǎn)情況與其他壩型相比存在劣勢(shì)。就公園壩來(lái)講，作為城市中心的壩型，經(jīng)常需要調(diào)節(jié)活動(dòng)壩的開(kāi)度來(lái)調(diào)度整條河的水位，以適應(yīng)安全行洪及生態(tài)景觀方面的需求。但在公園壩就無(wú)法實(shí)現(xiàn)開(kāi)度調(diào)節(jié)，只能通過(guò)公園壩上下游的活動(dòng)壩來(lái)彌補(bǔ)和適應(yīng)。針對(duì)該問(wèn)題，壩體生產(chǎn)廠家、設(shè)計(jì)方嘗試過(guò)很多方法，比如增設(shè)限位器、調(diào)大浮箱容積等，但始終未能解決該問(wèn)題。

（3）泄洪過(guò)程不可控：在公園壩運(yùn)行過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，在河道上游來(lái)水量大或者主動(dòng)倒伏壩體的時(shí)候，公園壩頂部過(guò)水一旦超過(guò)一定高度，頂部的動(dòng)水壓力超過(guò)浮體自身浮力，整個(gè)壩就會(huì)迅速下沉，導(dǎo)致大量蓄水迅速涌向下游，若調(diào)度預(yù)警不得當(dāng)，就會(huì)存在一定的安全隱患，這就對(duì)調(diào)度提出了很高的要求。在上游來(lái)水量大時(shí)，需提前打開(kāi)公園壩下游的攔河壩騰空河道，再打開(kāi)公園壩，泄掉公園壩所蓄水量迎接洪水。但在城區(qū)河段，即使在汛期也有水景觀的需求，與氣動(dòng)浮體壩泄洪過(guò)程不可控之間形成難以解決的矛盾。且調(diào)度若不得當(dāng)，很有可能會(huì)造成安全隱患，影響下游河道兩岸的防洪安全。遵義市湘江河屬山區(qū)河流，公園壩以上流域面積僅有280km2，洪水來(lái)得快去得也快，往往下暴雨和漲洪水就只有一兩個(gè)小時(shí)的間隙，可供預(yù)警和提前動(dòng)作的時(shí)間很短，這就對(duì)汛期攔河壩的安全運(yùn)行提出了很高的要求，除了對(duì)壩體開(kāi)閉進(jìn)行調(diào)度控制之外，更多的是需要提前將攔河壩下游河道兩岸的行人疏散上岸，因此增大了對(duì)汛期值守人員的數(shù)量和工作量。

（4）有利于魚(yú)類洄游：遵義市湘江河流域本無(wú)洄游魚(yú)類，但在公園壩運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)，由于氣動(dòng)浮體壩下游壩坡較緩，壩高也不高，經(jīng)常發(fā)現(xiàn)有鯉魚(yú)、鯽魚(yú)等本土野生魚(yú)類由下游河道經(jīng)下游壩坡“沖”到上游的情況，特別是在壩頂溢流水量較大的時(shí)候，這種情況非常常見(jiàn)。因此相對(duì)于翻板類的活動(dòng)壩來(lái)講，氣動(dòng)浮體壩是極有利于魚(yú)類洄游的，即使是在擋水狀態(tài)下，魚(yú)類依然可以實(shí)現(xiàn)在壩體上下游的順暢往來(lái)。下一步針對(duì)有洄游魚(yú)類的河道，可考慮將下游壩坡設(shè)置得更緩，這樣在擋水營(yíng)造水景觀的同時(shí)，也能夠保證洄游魚(yú)類的正常流動(dòng)，若試驗(yàn)成功，則氣動(dòng)浮體壩可認(rèn)定為無(wú)須倒伏壩體實(shí)現(xiàn)魚(yú)類洄游的一種優(yōu)質(zhì)生態(tài)壩型。

6 結(jié)語(yǔ)

公園壩作為遵義地區(qū)乃至貴州省內(nèi)第一座在城區(qū)河道使用氣動(dòng)浮體壩的景觀攔河壩，目前建成運(yùn)行已經(jīng)過(guò)3年多的時(shí)間，在規(guī)劃設(shè)計(jì)、建設(shè)運(yùn)行的過(guò)程中都積累了一定的經(jīng)驗(yàn)。特別是針對(duì)山區(qū)城市河道流域面積普遍較小，洪水陡漲陡落的行洪特點(diǎn)，與平原河流相比有所差異，氣動(dòng)浮體壩的適用性也有所區(qū)別。本文針對(duì)該種壩型在如何在城區(qū)河道攔河壩選用氣動(dòng)浮體壩的設(shè)計(jì)、施工及運(yùn)行有一定的參考價(jià)值。