汾河太原段综合治理三期工程壅水闸坝设计

2016-04-08杨文青

山西水利 2016年7期

关键词：坝袋闸坝主槽

杨文青

（山西省水利水电勘测设计研究院，山西太原 030024）

汾河太原段综合治理三期工程壅水闸坝设计

杨文青

（山西省水利水电勘测设计研究院，山西太原 030024）

结合汾河太原段综合治理三期工程现况，对壅水闸坝形式进行了比选，确定采用壅水闸坝组合方案，介绍了橡胶坝和壅水闸设计过程，指出工程实施后，可大大提升城市形象，促进生态环境可持续发展，改善南部新区整体环境。

壅水闸坝；橡胶坝；翻板钢闸门；汾河三期

1 工程概况

为进一步改善生态环境，提升城市品味和对外形象，根据太原市城市发展规划，启动实施汾河太原段综合治理三期工程。工程治理范围为：二期工程末端（祥云桥下游500m处）至晋祠迎宾路南2km，治理总长12km。建设内容包括：河道拓宽移堤重建14.1km，加固堤防10.3km；主槽护岸9.8km；壅水闸坝及船闸3座；滩岸防护、二级平台填筑及防渗墙均为24km；两岸新建排污暗涵各12km；其他配套设施。

2 壅水闸坝设计

2.1 闸坝形式比选

挡水建筑物应满足水利工程的基本功能，既满足其汛期行洪，又能达到蓄水目的，使其成为城市水景观工程的重要组成部分。

在天然河道上设置壅水建筑物，首先应满足防洪要求，需设有活动闸坝。目前，国内外常用的有钢闸门、橡胶坝和钢坝闸。其中蓄水工程中橡胶坝和钢坝闸应用居多，根据工程特点，钢闸门拟采用转轴式钢闸门。

从投资、施工、运行、景观等方面对橡胶坝、钢坝闸和转轴式钢闸门进行比较，钢坝闸投资最大，转轴式钢闸门居中，橡胶坝投资最小。壅水坝较高，跨度较大；橡胶坝具有投资低，施工周期短、简单方便，且检修维护便利等特点。但工程洪水泥沙较多、防洪压力大，壅水建筑物需既能底孔冲砂，又应满足塌坝泄洪快的要求。经综合考虑，在保留现有小主槽并利用其进行底孔冲沙的基础上，参照前两期工程及国内其他城市蓄水美化工程经验，采用壅水闸坝组合方案，即现有小主槽内布置转轴式钢闸门，小主槽两侧布置橡胶坝。

2.2 壅水闸坝布置

工程共布置3座壅水建筑物，分别位于小店桥下游200m处、规划的12号线下游100m和治理段末端蓄水池内。为适应三条河槽蓄水条件，满足底孔排沙要求，减少蓄水池泥沙淤积，3座壅水建筑物均采用壅水闸坝组合方案。每座闸坝均为3跨，中间跨为翻板钢闸门，布置在现有小主槽内，闸门两侧边跨为橡胶坝。

1号闸坝总长293.6m（不包括壅水闸中间15m宽的船闸），分为3跨，长度从东向西依次为119.8m，88m和85.8m。2号闸坝总长298.6m（不包括壅水闸中间15m宽的船闸），分为3跨，长度从东向西依次为108.8m，100m和89.8m。3号闸坝总长299.6m（不包括壅水闸中间15m宽的船闸），分为3跨，长度从东向西依次为74.8m，76m和148.8m。

2.2.1 橡胶坝设计

三期工程共布置有3座壅水橡胶坝，均布置于现有小主槽两侧，即每座坝均分为东、西两跨，1号橡胶坝处东西两跨坝长分别为119.8m和85.8m，坝高分别为4.3m和2.4m；2号橡胶坝处东西两跨坝长分别为108.8m和89.8m，坝高分别为4.9m和2.4m；3号橡胶坝处东西两跨坝长分别为74.8m和148.8m，坝高分别为4.9m和2.4m。

1号橡胶坝东跨内压比取1.3，2号和3号橡胶坝东跨内压比取1.26，3座橡胶坝西跨内压比取1.54。坝袋采用无缝搭接充水式坝袋，1号坝的坝袋安全系数取10，2号坝和3号坝的坝袋安全系数均取8。

在顺水流方向，根据坝袋坍落宽度和上下游施工检修要求确定底板长度，3座橡胶坝东跨底板长度为20.5m，厚1.8m；西跨底板长度为16.5m，厚1.5m。根据运行管理对排水时间的要求，橡胶坝充排水均采用动力充排。

橡胶坝地基采用碎石桩进行处理，梅花型布置，桩径0.4m，桩距1.2m，有效桩深10.0m。

2.2.2 壅水闸设计

壅水闸布置在现有小主槽内，1号闸宽88m，布置7孔；2号闸宽100m，布置8孔；3号闸宽76m，布置6孔。3座壅水闸单孔净宽均为10m，门顶高程高出设计蓄水位0.3m，分别为775.3m，773.7m，771.6m，闸门均采用液压启闭机启闭。

壅水闸建筑物包括上游铺盖段、闸室段、消力池段、海漫防冲段。闸室段闸室结构为开敞式整体结构，顺水流方向长24.5m。1号闸设7孔闸门，2号闸设8孔闸门，3号闸设6孔闸门，单孔净宽均为10m。闸底板采用C25钢筋混凝土，厚度3m。闸门边墩宽1.5m，中墩宽2.0m，高10.3m，10.8m，10.8m。闸室段上游依次设长21.2m、厚0.4m钢筋混凝土铺盖和10m长0.5m格网石笼护底。混凝土铺盖下设垂直防渗墙。闸室段下游采用消力池消能，采用1∶4斜坡与闸室底板连接，消力池总长20m，池深1.5m。下游设12m长浆砌石和20m长格网石笼海漫。

由于闸基坐落在不良砂层上，根据地质勘察报告，地基土严重液化，1～3号闸地基承载力分别为90～110kPa，100～120kPa，90～100kPa。根据计算，参照前两期工程的经验和地质报告建议，闸室地基采用振冲碎石桩进行处理，梅花型布置，桩径0.4m，桩距0.8m，有效桩深10.0m；混凝土铺盖和消力池地基振冲碎石桩桩径0.4m，桩距1.2m，有效桩深10.0m。

2.3 壅水闸坝控制室设计

每座壅水闸坝（包括橡胶坝、壅水闸和船闸）均共用1座控制室，布置有橡胶坝泵房和副厂房，并排布置于东大堤内侧堤脚处。橡胶坝泵房为半地下式结构，1号和3号平面尺寸为26.7m×9m、2号平面尺寸为31.5m×9m，地上部分为钢筋混凝土框架结构，地基采用振冲碎石桩进行处理，梅花型布置，桩径0.4m，桩距1.2m，深10m。副厂房位于泵房一侧，总面积330m2。