桑干河固定桥生态蓄水工程设计方案

2017-04-12郝海蛟

山西水利 2017年10期

关键词：拦河闸河槽滩地

郝海蛟

（1.太原理工大学，山西太原 030024；2.山西省水利水电勘测设计研究院，山西太原 030024）

桑干河固定桥生态蓄水工程设计方案

郝海蛟

（1.太原理工大学，山西太原 030024；2.山西省水利水电勘测设计研究院，山西太原 030024）

桑干河是永定河上游一级支流，桑干河生态治理为改善京西地区生态环境、保障生态安全、实现京津冀一体化发展具有重要意义和巨大的推动作用。桑干河固定桥生态蓄水工程是永定河综合治理与生态修复的一项子工程。

生态修复；生态蓄水；拦河闸；桑干河

1 工程概况

固定桥生态蓄水工程，是永定河综合治理与生态修复项目山西段，桑干河干流规划的10处生态蓄水工程之一。项目位于山西省大同县吉家庄乡吉家庄村东北，桑干河干流大同段固定桥上游100 m处，距大同县城22 km。主要建设内容包括主河槽拦河闸1座，长456 m、高3.0 m；滩地滚水坝1座，长90 m、高4.0 m；主河槽生态护岸和堤防加固7.236 km；管理站1处，建筑面积650 m2。项目实施将形成湿地水面243 hm2，其中主河槽91 hm2、右岸堤外152 hm2，总蓄水量242万m3。

2 工程现状

工程所在桑干河河道现状，存在河流污染严重、地表径流量持续减少、地下水超采严重、水资源开发利用不合理、河道断流、河床沙化、湿地面积萎缩、河道两侧植被覆盖率低、水土流失及人为设障现象十分严重、河滩地种植侵占河道等诸多问题，对河流生态造成极大影响。

3 工程设计内容

3.1 工程总布置

固定桥生态蓄水工程，蓄水水位963.0 m，蓄水面积243万m2，蓄水量242万m3。拦河建筑物由主河槽拦河闸和右岸滩地滚水坝组成，其中拦河闸长456 m，右岸滩地滚水坝长90 m。加固改造主槽右侧防洪堤，利用其将蓄水湿地划分为具有不同功能的主槽泄洪区（兼顾蓄水）和右岸滩地蓄水区。

主河槽在汛期为主要泄洪通道，受下游固定桥桥孔宽度420 m的限制，右岸滩地已非主要行洪区，拦河建筑物采用混凝土滚水坝。为满足右岸滩地蓄水要求，在防洪堤上修建进水闸1孔，进水闸将滩地蓄水湿地与主河槽蓄水湿地连通，非汛期闸门打开，两者贯通蓄水，汛期关闭闸门，利用主河槽承担泄洪排沙任务，避免泥沙进入滩地，保持滩地常蓄水位。在滚水坝下部布置1孔排水闸连通滩地与下游河道，用于右岸滩地水量的调节和置换。由于滩地蓄水面积较大，汛期受洪水影响较小，可根据蓄水深度不同，在滩地蓄水湿地配种湿地植物和水生植物，以达到净化水质，改善水生态环境，提升景观效果的作用

3.2 拦河闸设计

拦河闸布置在主河槽，跨河宽度456 m。顺水流方向，拦河闸分别由上游护底、铺盖、闸室、消力池、海漫5部分组成，总长55 m。

闸室长度10 m，为分离式C25钢筋混泥土结构。闸门上游底板顶面高程与河床齐平为960.0 m，下游底板高程下降0.5 m，为959.5 m，底板厚2.0 m。闸门采用底横轴转动翻板闸门，为方便液压油路管的铺设和检修，在液压缸下游的底板内布设油路管槽。拦河闸边墩采用C25钢筋混凝土直墙结构，与底板浇成整体，顶高程为964.0 m。拦河闸由76扇串联在一起的闸板共同挡水，闸板总长456 m，单扇闸板宽度6.0 m，挡水高度3.0 m。拦河闸由设在左岸岸墙和闸室右侧隔墙上拦河闸控制室控制启闭。

闸室前设500 mm厚C25钢筋混凝土铺盖，铺盖上游设15 m长500 mm厚格宾石笼护底。铺盖、护底两岸设C25钢筋混凝土悬臂式翼墙和格宾石笼护坡。

闸室后接消力池，消力池长10 m，池后设0.5 m梳流坎，底板高程959.5 m。消力池底板采用C25钢筋混凝土结构，厚500 mm。消力池下游设15 m长、0.5 m厚格网石笼海漫。

拦河闸闸门型式为底横轴转动翻板闸门，为保护闸门在冬季不被冻冰压力破坏，设计选用配套新型免维护气泡发生器的气泡防冰系统。在拦河闸上游设置1套气泡防冰系统，对液压坝上游进行防冰。

3.3 滚水坝设计

滚水坝布置在主河槽右侧滩地上，总长90 m，为C25混凝土结构开敞式实用堰。堰顶高程与液压坝顶高程相同为963.0 m，建基面高程959.0 m，坝高为4.0 m，堰顶宽度1.0 m，基础宽度6.0 m。滚水坝上游面铅直，下游溢流面坡比1∶1。滚水坝上游设5.0 m长、0.5 m厚格网石笼护底，下游设长5.0 m、厚0.5 m的C25混凝土护坦，护坦下游设长10 m、厚0.5 m格网石笼海漫。

3.4 基础处理

拦河闸和滚水坝地基为不良级配砂，存在液化问题和渗漏问题，地基液化处理采用振冲挤密砂石桩，桩径1.0 m，桩间距2.5 m，等边三角形布置。

本工程为生态蓄水工程，蓄水深度较小，工程对地基渗漏量并无较高的要求，设计采用水泥土搅拌桩防渗墙，防渗墙底部深入低液限粘土层1.0 m，设计防渗墙有效厚度为0.3 m。

3.5 生态护岸（堤）设计

为了保护主河槽左侧滩地上的66.67 hm2黄花菜种植基地，设计对地面高程低于964.0 m的种植基地新建生态护岸进行防护，生态护坡采用工程开挖料填筑，顶高程964.0 m，背水面坡不做防护，迎水面坡防护水面以下采用格宾石笼，水面以上采用土石笼袋防护。对地面高程高于964.0 m的岸坡削补至稳定坡度后进行防护，拦河闸上游岸坡水面以下采用格宾石笼防护，水面以上采用土石笼袋防护，拦河闸下游岸坡采用土石笼袋防护。为了防止顺冲及基础冻融和淘刷，坡脚设格宾石笼护脚。

右侧滩地现有防洪堤一座，总长度4.351 km，堤顶高程962.8～967 m。改造后右岸堤防堤顶高程不低于964.0 m，为满足蓄水区运行管理和交通要求，堤顶宽度取6 m，堤顶铺设混凝土路面。主槽迎水面堤坡已有混凝土板防护，保留现有混凝土护坡结构不拆除，对局部破损部位进行修复，堤防培厚加高在主槽背水面实施，堤防填筑材料采用工程开挖。蓄水区内，防护水面以下采用格宾石笼，水面以上采用土石笼袋防护；蓄水区外采用土石笼袋防护。为了防止水流顺冲及基础冻融和淘刷，堤脚设格宾石笼防护。

坝轴线附近斜跨右岸滩地现存1条废弃高灌渠堤，在距离主河槽90 m左右处与坝轴线相交，堤顶高程964.8～965.2 m。高灌渠堤为拦河建筑的一部分，为确保蓄水安全，对其进行加固，根据蓄水位确定改造长108 m。堤防培厚采用工程开挖料，堤坡放缓至稳定坡度1∶2.5。迎水面堤坡防护水面以下采用格宾石笼，水面以上采用土石笼袋防护。背水面堤坡采用土石笼袋防护。护坡基础采用格宾石笼。

3.6 启闭机房设计

固定桥生态蓄水工程拦河闸由76扇底横轴转动翻板闸门组成，设计分左右岸两台油泵独立操作，每台控制38扇闸门。左右岸启闭机房布置在拦河闸两端，内设油泵室、控制室、配电室等。启闭机室顶高程968.0 m高于河道20年一遇泄洪水位965.52 m。

启闭机房基础利用液压坝左右两岸侧墙空箱，通过排架柱和框架结构支撑上部启闭机房，启闭机房为砖混和玻璃墙帷幕组合结构，在侧面布置上下钢梯，并考虑右岸堤防工具车交通通行要求，空箱顶高程为964.0 m，启闭机房顶高程968.0 m。启闭机房长20 m，宽8.5 m，总面积约170 m2。内部采取玻璃墙隔断。

3.7 安全监测

外部变形观测包括的闸坝竖向位移观测和垂直坝轴线的水平位移观测，根据液压坝闸室结构布置变形标点。闸室总长459 m，左、右边墩外侧设空箱式岸墙与左岸坡和右侧滚水坝连接，闸底板设分缝，共分24块独立底板和2块带边墩的L型底板。根据底板可能发生的变形，在每块独立底板上、下游两端沿底板中心线各设1个标点。在L型底板上沿底板对角线在上、下游两端各设1个标点，其中上游标点设在边墩上端。在两岸空箱式挡墙顶部沿挡墙对角线两端各设1个标点。共设变形标点56个，标点兼作水平位移和沉降观测测点。在两岸沿观测点的延长线各布置2个工作基点和2个校核基点，在液压坝2～3 km范围内布设2个水准点。共设工作基点4个，校核基点4个，水准基点2个。竖向位移采用精密水准法测量，横向水平位移采用视准线法测量。

渗流量观测，在边墩的上游侧布置水位标尺来观测水位，通过水位观测，根据“水位—流量”关系推求过闸流量。