◎ 陳佳 中鐵二十三局集團第二工程有限公司

1.前言

隨著社會的發(fā)展進步，城市和鄉(xiāng)村現(xiàn)代化發(fā)展的步伐不斷加快，河道在原有的防洪、排澇、調蓄、灌溉等基本功能外，不斷被賦予美化環(huán)境、水體凈化、調節(jié)生態(tài)等新功能。水壩等重要的防洪、調蓄構筑物被廣泛應用，與土石壩、圬工壩、橡膠壩、翻板壩等傳統(tǒng)壩型相比較，覆蓋式液壓壩作為近年來新興的一種壩型，它不僅保留了其他傳統(tǒng)壩型的基本優(yōu)點，還克服了傳統(tǒng)壩型的許多不足。覆蓋式液壓壩在結構方面更加科學合理，由多扇可以單獨控制的壩門組合實現(xiàn)全河道擋水，單扇啟閉、多扇啟閉和全河道啟閉相結合，擁有非常優(yōu)越的調洪、泄洪能力。由于覆蓋式液壓壩升降方便控制，不受泥沙、河流漂浮物等影響，使得河道維護工作更加便捷。

2.液壓壩的結構原理

覆蓋式液壓壩壩體是由液壓泵站及管路、液壓油缸、支撐桿、弧形壩門、背部護板等結構組成，采用自卸汽車翻斗的力學原理，不但具有良好的擋水功能，還具有非常優(yōu)越的調洪、泄水能力。壩體擋水結構以弧形壩門的底部作為旋轉軸，采用液壓油缸直接支頂弧形壩門的背部，結合折疊支撐桿支撐活動壩門構成穩(wěn)定的支撐墩壩結構形式，再以自卸汽車翻斗的力學原理，通過液壓泵站調節(jié)液壓缸內油壓來實現(xiàn)弧形壩門的開啟和關閉，達到升壩擋水和降壩泄洪等功能。同時，覆蓋式液壓壩不僅可以通過單扇啟閉、多扇啟閉和全河道啟閉相結合，以應對不同流量的調洪、泄洪要求；還可以通過角度傳感器來控制每扇弧形壩門的開啟角度，以實現(xiàn)不同高度的降壩效果，調節(jié)河道上游水位，達到精準控制。

圖1 液壓壩蓄水漫流

3.液壓壩的特點

3.1 壩體結構簡單、成本較低、易于施工

壩門即可采用鋼筋混凝土結構，也可采用鋼結構，以適應不同施工條件和工期安排。壩體結構斷面較小，自重較輕，受地質條件影響較小，基礎寬度只需要比壩門高度略寬即可。因此，覆蓋式液壓壩材料消耗量小，施工工藝簡單，壩體對地基承載能力要求低，雖然液壓系統(tǒng)較為復雜，但總體建設成本較低，施工也較為便捷。

圖2 液壓壩降壩排水

3.2 水利條件優(yōu)越

覆蓋式液壓壩施工完成基本保持原河床，能夠實現(xiàn)整河道升降壩條件，升壩擋水效果良好，降壩行洪條件優(yōu)越，能夠有效排泄上游堆積泥砂和漂浮物。相對于傳統(tǒng)水壩和橡膠壩來說，液壓壩的過流能力更大，有效泄洪量也更大，同時可以通過調節(jié)壩高溢流和單扇啟閉壩門來控制上游水位和泄洪量。特別適用于傳統(tǒng)水壩和橡膠壩不宜建造的多樹、多砂、多石等條件復雜地區(qū)的河道。

3.3 施工簡單、工期較短

覆蓋式液壓壩適應大跨度河流，受地質條件制約較小，減輕了地基處理的工作量，壩體自重較輕、圬工結構較少，施工便捷。液壓泵站及管路、液壓油缸、支撐桿、弧形壩門、背部護板等金屬結構均可以采用工廠化集中加工，有利于實現(xiàn)專業(yè)化、工廠化、標準化作業(yè)，同時金屬結構加工可以與防滲墻、壩基礎、邊墩和翼墻等結構同步施工，有效的縮短了施工工期。

3.4 低水頭擋水、應用廣泛

覆蓋式液壓壩屬于低水頭擋水構筑物，既可以攔蓄水位，又可以單扇啟閉壩門形成流水通道，還可以通過調節(jié)壩門角度溢流形成人工瀑布。所以，覆蓋式液壓壩不但適用于水利調節(jié)、蓄水、行洪及農田灌溉等基礎水利功能，還適用于河道景觀提升、船閘、漁業(yè)和水電站等工程建設，應用非常廣泛[1]。

4.液壓壩在河道生態(tài)整治中的應用

4.1 工程概況

西安市閻良區(qū)石川河生態(tài)整治工程位于西安市東北部，石川河是黃河支流渭河的支流，發(fā)源于陜西省銅川市耀州區(qū)，經由銅川市耀州區(qū)，渭南市富平區(qū)，西安市閻良區(qū)、臨潼區(qū)匯入清河。本工程的主要內容：河道疏挖工程、護岸及路基工程、液壓壩、生態(tài)濕地蓄水區(qū)、內循環(huán)泵站等。Z2液壓壩位于河道中心線樁號Z5+710處，壩高3.0m，設36扇閘門，單扇閘門寬6m，總凈寬216m。Z3液壓壩位于河道中心線樁號Z7+000處，壩高4.0m，設20扇閘門，單扇閘門寬6m，總凈寬120m。

4.2 液壓壩結構及布置

覆蓋式液壓壩主要由壩基礎、防滲墻、鋪蓋、消力池、海漫、邊墩、翼墻、弧形壩門、折疊支撐桿、背板、液壓啟閉系統(tǒng)等結構組成?；⌒螇伍T采用鋼結構形式，壩門底部利用預埋螺栓與基礎固定連接，通過液壓泵站調節(jié)液壓油缸伸縮桿帶動壩門以支座為旋轉軸轉動，從而實現(xiàn)壩門開啟和關閉效果，達到升壩擋水、降壩排洪等基礎水利功能。覆蓋式液壓壩具體結構布置見圖3和圖4。

圖3 液壓壩平面布置圖

圖4 液壓壩縱向剖面圖

Z 2 液壓壩壩高3m，總凈寬216m，主要結構由上游鋪蓋，壩體段（包含防滲墻、壩基礎、弧形壩門等金屬結構）、消力池、海漫段組成，順水流方向總長104.7m。壩體采用多扇弧形壩門板排列組成，每扇壩門兩側均安裝高強橡膠條用于壩門與壩門之間、壩門與邊墩不銹鋼止水板之間止水防滲，每扇弧形壩門尺寸均為3m×6m，共設36扇弧形壩門，壩門板采用Q235弧形面板，每扇弧形壩門背部均設置兩根折疊支撐桿、一塊折疊金屬背板、兩根液壓桿。壩基礎順水流方向長度為10m，采用C30鋼筋混凝土筏板結構，門前底板頂面與上游河床齊平，壩體段邊墩與邊聯(lián)段底板澆筑成整體。壩體段上游設有10m長鋪蓋，鋪蓋采用C30鋼筋混凝土結構，厚0.5m，下設10cm厚C15素混凝土墊層。下游消力池采用下挖式消力池并在末端設置消力坎，池深0.75m，設計長度15m。消力池段下游設40m長海漫，采用0.5m厚格賓石籠柔性海漫，下設15cm粒徑小于4cm的礫石、15cm厚粗砂墊層及一層300g/m2土工布作為反濾層。海漫段后接防沖槽，槽頂寬5.7m，底寬2m，池深1m，內填塊徑大于40cm的拋石。液壓泵站用電負荷為三級，電壓等級為低壓，電源來源為供電系統(tǒng)+發(fā)電機組兩種，控制方式為現(xiàn)場控制+遠程控制接口[2]。

4.3 河道生態(tài)整治功能的實現(xiàn)

本工程采用較小的河道縱坡，利用既有河道地形整修景觀微地形，盡可能減少施工建設對沿線生態(tài)環(huán)境的破壞，通過覆蓋式液壓壩攔河蓄水，結合河道縱坡和景觀微地形形成上游生態(tài)系統(tǒng)。施工完成后的河道生態(tài)系統(tǒng)由表流濕地、淺水區(qū)、深水區(qū)三部分組成，根據(jù)河道縱坡、景觀微地形和覆蓋式液壓壩頂部高程相結合，人為將河道劃分為適宜各種水生植物、水生動物和微生物的生存環(huán)境，通過表流濕地挺水植物、淺水區(qū)浮葉植物、深水區(qū)沉水植物和生態(tài)水草形成水生植物群落，暖季型和冷季型混種的種植模式，形成穩(wěn)定的“水下森林”凈水系統(tǒng)。結合水生動物群落和復氧曝氣系統(tǒng)模擬自然水體的水生態(tài)系統(tǒng)組成，構建由水生植物（生產者）—水生動物（消費者）—微生物（分解者）組成的水生態(tài)系統(tǒng)，利用物質及能量的轉換，以及后期人工對水生植物的維護控制，實現(xiàn)水體的凈化。

5.結束語

綜上所述，覆蓋式液壓壩是一種較先進的新興壩型，屬于水利技術比較簡易的活動壩技術。其力學原理簡單，啟閉控制便捷，不受泥砂淤積和漂浮物等河道等常見問題影響，不僅能夠實現(xiàn)全河道啟閉泄洪，還能夠調節(jié)開啟角度在損失極小水量的情況下排泄上游漂浮物，從而達到清潔水面的效果。液壓壩采用非常成熟的自卸汽車翻斗力學原理，抗洪水沖擊能力強、降壩速度快，即克服了傳統(tǒng)活動壩的缺點，又具有傳統(tǒng)壩型的所有優(yōu)點，可以廣泛應用在河道生態(tài)整治、景觀提升、農田灌溉、漁業(yè)、海水擋潮、船閘和水電站等工程建設中。