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        河道修復(fù)工程中液壓壩結(jié)構(gòu)設(shè)計與優(yōu)化

        2022-11-29 10:28:54魏綠英
        地下水 2022年6期
        關(guān)鍵詞:壩面預(yù)埋件河流

        魏綠英

        (江西信江水利電力勘察設(shè)計有限公司,江西 上饒 334600)

        從城市建設(shè)發(fā)展的角度來說,河流本身具有調(diào)節(jié)供水、排澇減災(zāi)、徐水灌溉等多種功能。近年來,城市的發(fā)展越來越注重生態(tài)環(huán)境的修復(fù)和建設(shè),河流作為城市生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分,也需要及時修復(fù),才能夠更好的發(fā)揮其在促進城市建設(shè)發(fā)展中的作用。對河道修復(fù)工程中液壓壩結(jié)構(gòu)設(shè)計與優(yōu)化進行分析,能夠為河道修復(fù)工程的施工建設(shè)提供借鑒的經(jīng)驗。

        1 液壓壩

        1.1 液壓壩的結(jié)構(gòu)組成

        液壓壩是當(dāng)前常用于河道修復(fù)工程和河道景觀工程的一種液壓混凝土升降壩,能夠有效滿足擋水和泄水兩種功能。液壓壩本身是依據(jù)自卸汽車力學(xué)原理建設(shè)的,是一種新型的活動壩,建成后的液壓壩能夠讓河道形成寬闊的水面,在改善河流河道效果的同時,也能夠?qū)Ω纳坪拥乐苓叺纳鷳B(tài)和人文環(huán)境起到有效的作用。一般情況下,液壓壩主要包括弧形壩面、液壓桿、支撐桿、液壓缸、液壓泵站以及油路系統(tǒng)等部分[1]。為了能夠保證液壓壩的施工質(zhì)量,壩面材料需要選擇鋼筋混凝土,壩面設(shè)計的各項參數(shù)需要以液壓壩施工場地應(yīng)用的擋水水頭、壩體等來確定。單扇的壩板標(biāo)準(zhǔn)寬度為6 m,壩高依據(jù)河道修復(fù)工程的實際要求,需要在1.5~6 m的范圍之內(nèi)。液壓桿、液壓缸、支撐桿等裝置都是能夠?qū)崿F(xiàn)對壩體升降進行控制的必要裝置見圖1。現(xiàn)階段,在施工建設(shè)液壓壩的過程中,已經(jīng)可以應(yīng)用液壓控制系統(tǒng)來實現(xiàn)對液壓升降壩的遠程控制。

        圖1 液壓壩

        1.2 液壓壩的性能特點

        液壓壩在實際應(yīng)用中,主要能夠體現(xiàn)出以下幾個方面的特點:液壓升降壩能夠滿足較大的跨度要求,且因為設(shè)計建造的結(jié)構(gòu)比較簡單,結(jié)構(gòu)本身也具有較高的穩(wěn)定性,因而能夠滿足大部分河道修復(fù)工程的應(yīng)用要求;液壓升降壩主要采用的是液壓傳動的方式,整個過程都能夠通過液壓系統(tǒng)來進行控制,因而能夠呈現(xiàn)出更高的自動化程度;液壓壩在設(shè)計建造中需要盡可能的完全貼近河床,在實際應(yīng)用中不僅能夠滿足暢泄洪水的要求,還能夠沖刷掉河流上游堆積的泥沙、卵石等物質(zhì),依靠升降壩能夠?qū)崿F(xiàn)對上下游水量的靈活處理;在建成液壓壩之后,壩面門前能夠因為蓄水形成寬闊的水面,而門頂?shù)囊缌鬟€可以形成瀑布,在呈現(xiàn)出良好的景觀效果的同時,也能夠達到修復(fù)河道、改善河流生態(tài)環(huán)境的目的;鋼筋混凝土本身具有良好的耐久性,在設(shè)計建造液壓壩的過程中,確保鋼筋混凝土的性能能夠達到要求,就可以在一定程度上保證水壩的建設(shè)質(zhì)量[2]。除此之外,由于液壓壩的結(jié)構(gòu)較為簡單,能夠省略以往在閘門施工中消耗的閘墩、金屬結(jié)構(gòu)埋件等方面的資金成本,施工周期也更短。

        1.3 液壓壩工作基本原理

        液壓壩在實際的工作中,主要是將液壓缸作為壩面的背部,液壓桿作為支撐板面背部的裝置,這樣就能夠組成一個具有較高穩(wěn)定性的支撐墩壩結(jié)構(gòu),滿足升壩攔水、降壩行洪的功能要求;液壓壩整體主要是通過液壓系統(tǒng)實現(xiàn)控制的,解鎖裝置主要由小液壓缸和限位支撐桿組成,應(yīng)用解鎖裝置能夠擋住支撐桿上可以自由滾動的活動構(gòu)件[3]。當(dāng)支撐桿發(fā)揮作用時,液壓桿就會停止,通過支撐桿和液壓桿之間的相互交換,能夠有效減少液壓壩整體的應(yīng)用時間,從而延長液壓壩的使用壽命。除此之外,液壓壩在工作的過程中,還能夠通過安裝的液壓感應(yīng)裝置來對液壓系統(tǒng)進行控制。這樣能夠最大程度的減少人力對整個液壓壩和液壓系統(tǒng)的監(jiān)管和控制,自動根據(jù)供水的漲落來實現(xiàn)面板的自動升降。

        2 河道修復(fù)工程中液壓壩結(jié)構(gòu)設(shè)計和優(yōu)化的具體分析

        在河道修復(fù)工程中設(shè)計液壓壩結(jié)構(gòu),能夠有效實現(xiàn)對河流水量的調(diào)節(jié)控制、改善河流生態(tài)環(huán)境的目的?;谝簤簤卧趯嶋H應(yīng)用中體現(xiàn)出來的優(yōu)勢,在對河道修復(fù)工程中的液壓壩結(jié)構(gòu)進行設(shè)計和優(yōu)化時,主要可以從以下幾個方面來進行分析。

        2.1 液壓壩的選用

        液壓壩的壩高能夠根據(jù)河道的大小和水位的調(diào)節(jié)情況來調(diào)整,因而在選用液壓壩的過程中,可以結(jié)合河道修復(fù)工程的實際情況,在明確工程現(xiàn)場的洪水位、正常蓄水位、回水長度、蓄水量等數(shù)據(jù)信息之后,結(jié)合水利工程的施工技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),確定好液壓壩施工需要應(yīng)用的材料類型和設(shè)計數(shù)據(jù)[4]。例如,位于山西省大同市天鎮(zhèn)縣的南洋河屬于海河流域永定河水系,依據(jù)南洋河的流域面積、洪峰流量等數(shù)據(jù),確定南洋河修復(fù)工程的設(shè)計洪峰流量為733 m3/s,工程當(dāng)?shù)氐哪昶骄舭l(fā)量為1 777.9 mm,蓄水池的年蒸發(fā)量在31萬 m3左右,洪水?dāng)y帶泥沙導(dǎo)致南洋河的清水渠淤積厚度達到0.5~2.8 m左右。

        在選用液壓壩的過程中,還需要注意結(jié)合城市規(guī)劃的具體要求,將河道治理與生態(tài)環(huán)境建設(shè)結(jié)合起來。一般情況下,選用液壓壩的鋼筋混凝土等級為C25,在必要的情況下還需要通過建設(shè)混凝土擋土墻的方式來滿足液壓壩和河道修復(fù)工程的施工建設(shè)要求。

        從液壓壩的具體應(yīng)用類型來說,液壓臥倒壩是液壓壩施工建設(shè)中一種較為常見的類型。這種壩型能夠整合以往河道治理中應(yīng)用的橡膠壩和傳統(tǒng)鋼閘門的應(yīng)用優(yōu)勢,從本質(zhì)上來說,是對以上兩種壩型的不斷優(yōu)化和升級。這種壩型在實際的應(yīng)用過程中,不僅能夠呈現(xiàn)出完全倒伏的效果,還具有更高的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

        2.2 液壓壩的施工

        (1)預(yù)埋件安裝。在對液壓壩進行施工的過程中,首先需要確保預(yù)埋件的安裝質(zhì)量。在做好預(yù)留槽的清理工作之后,需要對預(yù)埋件和混凝土的結(jié)合面進行鑿毛操作。一般情況下,為了能夠保證安裝的預(yù)埋件符合實際的施工技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和要求,需要應(yīng)用分組獨立校核的方式,讓各道工序在實際施工作業(yè)中能夠相互獨立,避免因施工作業(yè)的沖突而出現(xiàn)誤差。在完成安裝作業(yè)之后,需要對預(yù)埋件進行復(fù)核定位,確保預(yù)埋件的安裝質(zhì)量。在安裝預(yù)埋件的過程中如果存在接頭錯位的情況,可以通過緩坡處理的方式來進行糾正,對于一些出現(xiàn)凹坑的部分則需要及時進行補焊磨光。

        (2)混凝土二次澆筑。在安裝好預(yù)埋件的5~7 d之內(nèi),需要澆筑二期混凝土來保證液壓壩結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。拌合和振搗混凝土的過程中,需要避免跑模,確保澆筑混凝土的密實度。在拆模之后,需要及時對預(yù)埋件進行再次的檢測,確?;炷恋臐仓叽绶弦簤簤谓Y(jié)構(gòu)的設(shè)計要求和標(biāo)準(zhǔn)。針對混凝土澆筑作業(yè)中可能存在的誤差問題,一般需要應(yīng)用誤差消除補償?shù)姆绞剑瑢⑹┕ぷ鳂I(yè)的誤差控制在合理的范圍之內(nèi)。

        (3)液壓壩門施工。液壓壩與以往應(yīng)用的平面閘門有著明顯的區(qū)別,在對液壓壩進行施工的過程中,需要結(jié)合河道修復(fù)工程現(xiàn)場的實際情況,事先計算出液壓壩的結(jié)構(gòu)受力情況。例如,在對液壓壩的靜力進行計算時,主要應(yīng)用到以下公式:

        P=ρgh

        (1)

        式中:P為靜水壓強,ρ為水的密度,G為工程當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣?,h為水深。

        對液壓壩的結(jié)構(gòu)受力情況進行計算,能夠判斷出在發(fā)生洪水之后,設(shè)計的液壓壩是否能夠符合工程的實際建設(shè)要求。

        在明確液壓壩施工設(shè)計的相關(guān)數(shù)據(jù)之后,就可以開始液壓壩門的施工。液壓壩的壩面在實際施工中通常需要采取場內(nèi)成型的方式,在現(xiàn)場需要做好壩面的澆筑養(yǎng)護工作。不僅在安裝之前對相關(guān)材料的質(zhì)量進行仔細檢查,在安裝時還需要做好壩面主支承部件的安裝調(diào)試工作,在安裝和焊接完畢之后也需要進行校正。在安裝壩面的過程中,一般需要讓所有的主支承面能夠呈現(xiàn)在同一個平面上,并注重對誤差的審核和檢查。在安裝壩面之后,還需要對壩面進行靜平衡的試驗,讓壩面的安裝施工能夠符合工程的施工建設(shè)要求。

        (4)液壓系統(tǒng)安裝。液壓系統(tǒng)在液壓壩中應(yīng)用最主要的目的,就是保證液壓壩能夠?qū)崿F(xiàn)同步的升降。而為了滿足這一要求,在安裝液壓系統(tǒng)的過程中,通常需要應(yīng)用管路并聯(lián)的方式。在敷設(shè)管道的過程中,需要依據(jù)事先對液壓壩施工建設(shè)計算得到的相關(guān)參數(shù),確定好管道敷設(shè)的排列走向和布置方式,保證管道的敷設(shè)能夠?qū)哟畏置?。在安裝管道之后,就可以將液壓元件、閥塊、閥架等連接起來。在安裝好液壓系統(tǒng)之后,一般需要在試運行之前對管道進行清洗,為液壓系統(tǒng)的正常運行做好充足的準(zhǔn)備。

        (5)PLC控制總成安裝與調(diào)試。PLC控制系統(tǒng)是能夠與液壓系統(tǒng)相結(jié)合,對整個液壓壩進行控制的重要系統(tǒng)。在安裝PLC控制總成的過程中,通常需要事先結(jié)合河道修復(fù)工程當(dāng)?shù)氐乃臈l件和行洪要求來編制具體的PLC程序,并在液壓壩試運行之后,依據(jù)相關(guān)的參數(shù)來對PLC程序中的相關(guān)內(nèi)容進行調(diào)整,減少PLC程序和控制系統(tǒng)運行中存在的偏差,保證系統(tǒng)的運行和控制效果。

        2.3 液壓壩的應(yīng)用效果

        從技術(shù)層面來看,液壓壩在施工建設(shè)中應(yīng)用的鋼閘門能夠滿足所有河流的河道形式,不需要對河道進行改造,且壩面和壩體的整體結(jié)構(gòu)都具有較高的穩(wěn)定性;液壓壩的壩面主要應(yīng)用的是鋼結(jié)構(gòu),與以往應(yīng)用的橡膠壩相比,使用壽命更長,相應(yīng)的維護成本也比較低;借助液壓系統(tǒng)來實現(xiàn)對整個液壓壩的有效控制,不僅能夠體現(xiàn)操作的靈活性,也能夠通過自動化的控制來減少人力,保障人員的生命安全和泄洪安全;液壓壩本身的壩型也更加優(yōu)美,能夠在自由調(diào)節(jié)壩頂高度的同時,呈現(xiàn)出更優(yōu)美的河流景觀。而從效益的層面來看,液壓壩是河道修復(fù)工程中的重要組成部分,在滿足修復(fù)河道要求的同時,也能夠通過對河流的生態(tài)修復(fù)來改善地表河流水系的生態(tài)系統(tǒng),對于改善當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境質(zhì)量、保護生物多樣性等方面都具有重要的作用。

        3 結(jié)語

        綜上所述,科學(xué)的設(shè)計和優(yōu)化液壓壩結(jié)構(gòu),對提高河道修復(fù)工程的施工建設(shè)質(zhì)量具有重要的作用。河道修復(fù)工程是生態(tài)修復(fù)工程中一種非常重要的工程類型,從河道治理和蓄水壩設(shè)計建造的角度,以液壓壩結(jié)構(gòu)來提高河道修復(fù)工程的施工建設(shè)質(zhì)量水平,不僅能夠充分發(fā)揮河流在促進城市建設(shè)發(fā)展中的作用,還能夠通過河道修復(fù)來達到改善城市環(huán)境、促進生態(tài)建設(shè)等方面的作用。

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