液压升降坝在汾河干流蓄水工程中的应用

任雁彬

（山西省水利水电勘测设计研究院，山西 太原 030024）

液压升降坝在汾河干流蓄水工程中的应用

任雁彬

（山西省水利水电勘测设计研究院，山西 太原 030024）

为蓄滞洪水，充分利用雨洪资源，达到重建河流水系、抬升地下水位、净化水质等目的，拟在汾河干流大堤内建设15座壅水闸坝。对橡胶坝、液压升降坝、钢坝闸三种坝型进行比选后，建议蓄水闸坝均采用液压升降坝，并详细地介绍了液压升降坝的坝型设计。

生态修复；液压升降坝；汾河流域

1 工程概述

汾河流域面积39 471 km2，干流全长716 km，自北向南纵贯6市27县。20世纪90年代前，汾河干流未修建起完整、系统的防洪大堤，盆地区土质疏松、抗冲刷能力低，汾河蜿蜒曲折穿行其间，摆幅较大，一般在2～3 km之间，晋中、临汾段最大摆幅达1.5 km，运城段达4 km以上，在汾河两侧形成了大量的河湾湿地水域。

1998年对汾河中下游河道进行了治理，规划堤距为250～300 m。由于河道缩窄，河道两岸的滩涂地被大量开发、利用，导致两侧的水域湿地面积不足30 km2，减少雨水入渗量1.05亿m3，生态遭到严重破坏，目前河道水质为劣Ⅴ类。

2 工程布置

2.1 工程布置原则

工程布置遵循不降低原有河道行洪能力的原则；不采用碍洪建筑物的原则；治理工程服从相关规划的原则；充分体现生态水利的原则；堤内蓄水工程建设依据“堤内服从堤外”。

2.2 工程总体布置

结合工程建设任务及堤外蓄水湿地的布置，在核心区共布设液压升降坝15座，蓄水面积13.5 km2，蓄水量1737万m3，回水长度60.1 km。其中清徐段共布置5座，蓄水面积3.5 km2，蓄水量346万m3，回水长度14.1 km；文水、祁县段共布置4座，蓄水面积3.8 km2，蓄水量500万m3，回水长度16.5 km；平遥段共布置3座，蓄水面积3.3 km2，蓄水量433万m3，回水长度12.8 km；介休段共布置3座，蓄水面积2.9 km2，蓄水量458万m3，回水长度16.8 km。

在每个堤外蓄水湿地的上游河道堤防修建进水闸，在下游河道堤防修建退水闸，利用进水闸将洪水引入堤外蓄水湿地，蓄滞洪水，利用下游退水闸再退入河道。滞蓄洪水时还可增补地下水，净化水质，同时对行洪区进行绿化，可建成改善生态环境的绿色生态长廊。本工程在核心区总计修建进水闸23座，退水闸14座。

3 壅水闸型式比选

3.1 橡胶坝

工作原理是对橡胶坝袋充水达到蓄水。从防洪效果来看，立坝、塌坝时间长，约1～3 h，影响快速截流、蓄水或泄洪；塌坝时，坝内的水体不能完全放空，形成不低于20 cm的壅水高度，再加上基础宜高于河床20 cm的规范要求，严重影响泄洪流量。就冲沙性能而言，坝体整体升降，坝前较易淤积，清理困难。从景观效果看，坝袋易褪色、变形，外形效果较差，坝顶溢流时，瀑布景观效果差。坝袋使用寿命10～15年。

坝袋充水需抽提地下水，对水资源形成浪费；坝顶溢流长时间超过50 cm，易出现跨坝事件，需加强汛期的运行管理；冬季需塌坝运行或坝前凿冰越冬；坝袋易受外界水沙条件及人为破坏的影响，造成坝袋泄漏，影响正常运行。每延米造价9.1万元。

3.2 液压升降坝

工作原理是液压启闭机直接放在河内推动闸门起伏达到立坝蓄水。从防洪效果看，闸门采用启闭机启闭，运行速度快，一般不超过5 min即可完成升坝或塌坝，结构上可以完全放倒与河底齐平，可有效保证突发洪水时能及时泄洪。就冲沙性能而言，可分片塌坝、集中排砂，坝体不宜淤积。从景观效果看，坝顶平整，溢流时瀑布景观效果较好，坝后支撑杆件较多，对整体景观效果有影响。门体使用寿命50～60年。

坝顶可长时间、大流量的溢流，形成瀑布景观；冬季立坝运行时，坝体可向下游适当倾斜释放冰推力，管理方便；坝体为钢筋混凝土预制板，抗冲击的能力较强，耐久性好，维护量小；门体可单扇启闭蓄水或行洪、冲砂，运行方便；门体间可相互导流，分段维护，检修方便。每延米投资9.5万元。

3.3 钢坝闸

工作原理是通过底轴传导到两端，两端靠液压启闭机推动闸门启闭。从防洪效果看，坝体对河道行洪影响小，闸门卧倒时与河床齐平，且闸门开启时间在2～3 min之内完成，对城市防洪有利。就冲沙性能而言，坝体整体升降，坝前较易淤积，清理困难。从景观效果看，门体外形美观，坝顶平整，溢流时瀑布景观效果好，中墩的设置对整体景观效果有影响。门体使用寿命50～60年。

坝顶可长时间、大流量溢流，形成瀑布效果；冬季立坝运行时，坝体可向下游适当倾斜释放水冰推力，管理方便；坝体为热喷锌防腐处理的整体钢结构，耐久性好，维护量小；启闭设备位于岸边，检修方便。每延米投资12.8万元。

通过比较可以看出，无论从外形景观效果、使用寿命、防洪影响，还是从技术含量、利于景观多样性等方面，液压升降坝均占有较大优势。尤其是本工程需利用拦蓄汛期洪水进行涵养水源、补充地下水，防洪压力大。经综合考虑，蓄水闸坝均采用塌坝迅速，利于冲砂，费用较低的液压升降坝。

4 液压升降坝结构设计

汾河干流采用全断面蓄水，壅水建筑物采用利于调沙、蓄水、行洪的可升降的液压升降坝，坝体由多扇串联在一起的闸板共同蓄水，单扇闸板长度6.0 m。液压升降坝设备室设在大堤一侧，内设油泵控制室和值班室。

4.1 液压升降坝布置及坝高确定

本工程蓄水采用自动控制液压升降坝，两侧滩面蓄水高度2.0 m，中间主槽蓄水高度根据其深度分别采用3.5 m，4.0 m，4.5 m和5.0 m。

4.2 液压升降坝水工设计

液压坝由上游铺盖段、液压坝段、消力池段、海漫段组成，总长29.3~51.0 m。

4.2.1 上游铺盖

液压升降坝段上游设有5~7.6 m长的铺盖，采用400 mm厚C25钢筋混凝土结构，铺盖下设100 mm厚的C15素混凝土垫层。铺盖沿河宽方向每15 m设一道伸缩缝，缝宽2 cm，缝止水采用SD-K快速定位安装橡胶止水带。铺盖段边墙采用C25钢筋混凝土悬臂式挡土墙结构，顶宽0.4 m，底宽3.9 m，临水侧为直立面，背水侧边坡1:0.1，边墙高3.8 m。

4.2.2 液压升降坝段

滩地液压升降坝基础设计：滩地液压升降坝高度为2.0 m，其基础采用标准化设计、工厂预制、现场组装方案。根据闸板预埋件和油管路的布置，以及液压升降坝的稳定要求，闸底板设计厚度1.5 m，顺水流方向长5.5 m。相应单扇6.0 m宽的闸底板拟采用两块预制，为了保持闸底板的整体性，结合启闭设备二期预埋件的布置，每块预制块宽度取为2.55 m，中间预留0.9 m的后浇带。

主槽液压升降坝基础设计：根据液压升降坝的布置位置，15座液压升降坝主槽的坝高分别为3.5 m，4.0 m，4.5 m和5.0 m，其底板采用现浇方案，为C25钢筋混凝土筏式基础，基础顶面与河床齐平。根据基础内液压装置埋设要求，主槽坝底板厚度分别为1.9 m，2.0 m，2.1 m和2.3 m。

根据坝体坍落宽度和上、下游施工检修要求，在顺水流方向，底板长度分别为8.0 m，9.5 m，10.0 m和11.0 m。根据液压升降坝面板分幅宽度，顺坝长方向底板分缝长度12.0 m。

主槽与滩地液压升降坝之间设宽1.0 m的隔墩，高度4.5~6.0 m，采用C25钢筋混凝土挡土墙结构，与底板浇成整体。

坝体设计：坝体由多扇闸板串联组成，单扇宽度6 m。结合本工程的水沙条件，闸板采用较为经济的钢筋混凝土薄壁结构。每扇闸板后均布置支撑杆两根、液压杆两根，液压杆间距1.6 m，支撑杆间距4.2 m。坝体面板底部以铰链轴固定在坝的基础上，以背面液压杆的伸缩带动面板作扇形上、下升降，支撑杆支撑面板的正常挡水。

4.2.3 消力池段

消力池段紧邻液压坝段下游布置，与液压坝段以1∶4斜坡连接，平段池长8~15 m，深0.5 m。消力池底板厚500 mm，采用C25钢筋混凝土结构。消力池沿河宽方向每20 m设一分缝。消力池底板设有排水孔。

消力池段边墙采用C25钢筋混凝土悬臂挡土墙结构，顶宽0.5 m，底宽3.95 m，临水侧为直立面，背水侧边坡1∶0.1，边墙高4.3 m。

4.2.4 海漫段

消力池段下游设10～20 m长格网石笼海漫，厚0.5 m。海漫段边墙采用C25钢筋混凝土悬臂式挡土墙结构，高0.5～3.5 m，顶宽0.5 m，底宽3.65～3.95 m，临水侧为直立面，背水侧边坡1∶0.1。

根据地勘资料，液压坝基础坐落在粉砂和低液限粉土上，本工程地质区为液化场地。考虑坝闸闸孔较宽，孔间止水对地基的不均匀变形要求较为严格，针对地基土的特性及坝基抗渗稳定要求，为满足地基承载力、消除地基震动液化，地基处理措施如下：

为满足坝基础施工的要求，考虑防渗体系的可靠性，结合地基土的特性，坝体段采用围封处理地基液化，并兼作防渗墙的形式，即垂直河道方向设两（三）道垂直防渗墙（多轴搅拌水泥土地连墙）伸入相对不透水层0.5 m，深4～21 m；与顺河道方向间距6 m的水泥土地连墙形成网格状围封结构。围封结构上部换填500 mm厚碎石垫层。

5 结论

工程建成后，能充分发挥液压坝建设成本低、使用寿命长、塌坝迅速，利于冲砂、景观效果显著等特点，使液压坝在汾河流域生态修复工程中发挥更大的作用。对恢复河道水域，增强地下水的补给，扩大河道水域面积，增强河道水质的自然修复能力，改善水质有很大帮助。

TV644

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1004-7042（2017）01-0040-02

任雁彬（1982-），男，2006年毕业于山西农业大学农业水利工程专业，工程师。

2016-11-12；

2016-12-25