橡胶坝改扩建工程中若干问题的设计探讨

陈维康 潘自恒

(南阳市水利建筑勘测设计院 河南南阳 473000)

1 引言

南阳市中心城区是全市政治、经济、文化和交通中心,白河自东北至西南穿越而过,为改善城市环境,白河城区段规划建设了四级橡胶坝,北起南阳大桥,南至南环路大桥,梯级水域连接一体,白河游览区蓄水长度近 20km,蓄水面积超过 2万亩,是 “水城”、 “绿城”特色的重要骨干工程,成为城市发展的生态轴、景观轴、发展轴。

2 建设缘由

白河第二级橡胶坝工程位于白河大桥上游110m,与白河大桥平行。原有工程坝高 3.5m,共分5段,坝袋长度为 70m,总长 370m。工程规模:白河第二橡胶坝工程等别为Ⅲ等,主要建筑物级别为 3级,设计洪水标准为20年一遇。50年一遇洪水洪峰流量 6500m3/s,20年一遇洪水洪峰流量 5730m3/s。

由于第二级橡胶坝北侧依靠白河大桥引桥挡水,白河大桥重建后,则坝的北端无法挡水；白河第二级橡胶坝工程现状长度 370m,而该处的河道宽度约 650m,缩窄河道行洪宽度近 300m,成为行洪的 “瓶颈”；水毁遗留工程未彻底治理,存在工程隐患。所以必须扩建。

3 主要建设内容

橡胶坝改扩建工程的主要难点是:适应已建工程的特点,不能破坏原有主体工程结构；研究工程水力条件,慎重确定主要建筑物布置形式；充分体现临水特性,尊重与发掘河流的潜质资源,与白河游览区两岸的景观协调,为南阳 “名片”增辉。

针对这些难点,在白河二坝扩建工程设计中扩建工程的主要建设内容为:①橡胶坝北延工程；②新建通航船闸工程；③新建北岸控制室；④原有橡胶坝水毁工程维修加固；⑤橡胶坝和船闸自动控制工程；⑥景观工程等。

4 主要设计问题

4.1 通航船闸工程设计

根据河道特点和历年观测河道内水生生物的回游特性,考虑减少对河流生态的影响,增加河道游览娱乐功能,船闸布置在橡胶坝右端。航道式船闸由引航段、进口段、闸室段、出口段、下游航道等组成。

闸室尺寸:宽度 9.2m,长度 32m。闸门:钢结构平面人形门 4扇。阀门:钢结构平板门 4扇。启闭机:10t液压直推式启闭机 4套；1.5t液压直推式启闭机 4套。电气:有触点程序控制。

设计通航水位:下游通航水位 117.2m,按整平河道设计；上游最高通航水位 120.7m。

在船闸隔流墙和上下闸首的上部设置为绿化区,辅以观光走廊,实现曲折、变化的效果；下闸首以下适用河道水深的具体情况降低高度,节约投资,以台阶式连接,增加活动空间,力图调整呆板、生硬的工程形象。

4.2 供排水系统的一致性改造

原有供水系统采用自来水充坝,因费用较高后改用小型潜水泵临时抽水充坝,升坝困难；原有控制机组均为手动设备,使用不便。

为减少工程运行费用,利用上游水资源充足的条件,在左右岸控制室的上游分建集水井作为供水水源,对供排水系统进行统一改造。

坝袋分 9跨,左右两侧控制坝袋充排水量分别为 6657m3和 5097.4m3。自右岸起编号①～⑨,充排水采用机充、自排和机排相结合的方式。左岸与右岸充排水各安装 2台水泵,互为备用。

4.3 新旧坝段的连接处理设计

扩建橡胶坝段与已建橡胶坝段结合部的处理是整个工程建设的关键之一,为克服水泥砂浆养生时间过长的不足,经试验研究比较,将安装快捷的高强结构胶引入水利工程改造加固,实现快速承载,加快进度的目的。植筋钢筋直径有 φ12、φ14、φ30三种,采用取芯钻孔的方法造孔,对胶体的黏结强度以及胶与钢和胶与混凝土的黏结强度进行试验,确定植筋的孔径、孔深和工序。

经非破坏拉拔试验,检验拔力达到 35～55kN,且钢筋受力时无滑移。锚杆体作为支撑和拉杆,实现新旧混凝土之间有机结合。

4.4 北延坝段增加垂直防渗工程

白河属沙质河床,为减少开挖工程量,减少施工期排水,节约工程费用,又切实达到抗渗、防冲的目的,在坝前设置水泥搅拌桩,形成悬挂式抗冲防渗连续幕墙。桩径 0.6m,桩距 0.4m,有效厚度0.4m,桩长 7.5～8.0m；强度 42.5MPa的水泥掺入量 12%～15%；实测桩位搭接良好,成桩强度7.5MPa,渗透系数 (1.5～9.1) ×10-6cm/s。先期实施后,显著降低了地下水位,保证主体工程在干地上施工,对于缩短工期,降低施工难度发挥了重要作用,效果良好。

4.5 控制系统自动化设计

通过蝶阀自动控制系统、水位压力自动测量系统、视频监视系统和网络与传输系统,采用光纤传导和无线传输相结合,对橡胶坝升降和船闸开启统一调节,实现完全自动控制。

大屏幕 (LED)显示系统实现各种信息的发布和展示功能,并与多媒体会议系统相连,实现与监测控制系统的实时互动。

根据需要定时录像,在因特网上浏览实时画面,实现画面切换,实现远程自动测量、远程控制、远程视频监视。

通过橡胶坝升降和船闸开启统一调节,实现优化调度,工程管理做到准确、快速、可靠,最大限度地利用雨洪资源。

4.6 景观工程设计

4.6.1 新建控制室设计

控制室为一处小型服务设施,下部为设备层,放置水泵、电机及测压设备；上部为主要管理层,放置控制柜、起吊设备及管理值班房,其中办公、管理、生活等功能齐全。建筑处理上采用曲线棚板景观造型,立面整体玻璃幕墙,极富动感。建筑面积 5m×3.3m×6.6m,最大建筑高度 8.5m。结构层适应建筑轮廓,错层布置办公室、操作室、休息室,利用建筑空间,增加实用建筑面积。

4.6.2 绿化工程

植物选择兼顾多样性和季节性,以箬竹、酢浆草、葱兰和红檵木等配以香樟、棕榈等进行乔灌搭配、多品种搭配,分别组合成特色各异的单元,再搭配游园曲径、花架、花坛、雕塑、景石、膜式亭等硬景,形成多样化区间,并结合形态各异的坐凳、小品,营造亲切温馨、富有情趣的公共活动空间。

爬满常春藤的混凝土护坡,与建筑及景观等在色调和风格上相融合,整个外观上给人以 “自然造物”的印象。

5 结语

通过白河二级橡胶坝改扩建工程,解决了橡胶坝改扩建工程的新老坝段连接、供排水系统的改造、工程景观和生态等问题。历经三年的工程实践证明,主体工程的各项指标达到设计要求,实现新老坝段运行一致,供排水系统同步运行,水工建筑与景观统一,水利工程的个性化设计与白河游览区整体风格相互协调,方案创新达到预期效果。