拉萨河治理2#闸工程设计难点及解决措施

2020-01-19

治淮 2020年12期

（中水淮河规划设计研究有限公司合肥 230601）

1 工程概况

1.1 概况

拉萨河2#闸为拉萨河城区段综合整治规划自下而上的第2 座拦河建筑物，采用橡胶坝和调节闸相结合的布置形式，为Ⅱ等大（2）型工程，包括橡胶坝及调节闸、分流岛及充排水泵房、左右岸导流堤等部分。该工程兼具拦蓄环境水、改善水生态环境、回补地下水、营造生态湿地等综合功能，橡胶坝共设7 跨，单跨长72.0m，坝袋高2.2m，坝袋采用二布三胶结构。调节闸共5 孔，单孔净宽8.0m，采用平面钢闸门。

1.2 气象水文

2#闸位于拉萨河下游段，属高原温带半干旱气候。多年平均气温7.7℃，年最高气温29.5℃，年最低气温-18℃；多年平均降水量447mm，雨季6—9月降水量约占全年的89%。

拉萨站所在的工程河段初冰为11月下旬至12月上旬，终冰为2月中下旬，冻日数85d；多数年份12月上旬至次年2月上旬有流冰（花）。

拉萨河河床平均比降1.5‰，属宽谷游荡型河道。拉萨站推移质输沙量估算为26.3 万t。

1.3 工程地质

工程所在地海拔约3640.0m，闸址区地层包括闸基现代河床冲积层（Q4al）、闸肩防洪堤人工堆积层（Q4ml），闸址区土层从上而下可分为3 层：

素填土（①2）：灰褐，稍密～中密，稍湿，主要由卵石、碎石、砾石等回填而成，层厚4.0～4.3m，层底高程3636.17～3636.68m。主要分布于已建防洪堤及闸左岸西侧。

细砂（②）：灰色，松散，稍湿～饱和，主要由细砂粒组成，含少量粉粒、粘粒、砾石，级配不良，层厚0.50～1.70m。

卵石（③1-4）：灰褐色，稍湿，松散～密实，饱和，卵石含量约50%～75%，一般粒径20～40mm，最大粒径300mm，级配差，以中细砂为主充填，该层分布于整个场地，据区域地质资料该层层厚达450m，勘察深度内未揭穿。

2 工程布置及设计

2.1 总体布局

根据拉萨市城市总体规划要求，将拉萨市城区段之间河段规划为象征城市之肾的生态湿地，把该河段营造为拉萨市生态湿地及居民休闲游览的滨水景观带。蓄水工程的布置既要满足蓄水兴利的基本功能要求，还要结合周围的环境及城市园林景观规划打造成优美的水利风景区，提升拉萨城市的魅力。

在多泥沙河流建橡胶坝，应采用高滩建坝，主槽建闸的方案，闸坝结合，可增强橡胶坝调度的灵活性，中小洪水可通过调节闸下泄，避免频繁塌坝。坝址处河道主槽偏右岸，为便于冲砂和检修，在右岸布置调节闸，闸的规模根据河道主槽宽度、非汛期洪水流量等因素确定。

闸址位于柳吾大桥下游约1.5km 处，上游距离3#拦河闸约2.93km，下游距离青藏铁路拉萨河大桥约3.78km。工程由橡胶坝、调节闸、充排水泵房、导流堤及上下游河道等部分组成。工程顺水流向自上而下分别为上游引河、上游沉砂池、铺盖、闸（坝）底板、护坦、下游防冲槽及下游河道。为确保洪水期过闸流态平顺，两岸分别填筑导流堤。导流堤顶高程3641.0m，与堤顶高程一致；左右岸导流堤顶设7.0m 宽的对外连接的混凝土道路；为维持闸址区河势稳定，确保闸址区水流顺畅，需结合河道护岸工程整平上下游引河，对左右岸滩地进行疏挖，并将疏挖后的卵石填筑至闸址区主泓整平，为工程和河道的安全提供可靠的保障。

2.2 橡胶坝布置及设计

为保障拉萨河防洪安全，工程布置应不减少原河道过水断面，布局既要满足功能要求，也要紧凑合理，安全可靠。根据坝址处的河道情况，橡胶坝布置7 跨，采用枕式结构，单跨长度72.0m，隔墩厚度2.0m，橡胶坝段总长516.0m。橡胶坝底板采用C25 钢筋混凝土平底板，底板表层设0.4m 厚的C40 耐磨混凝土。隔墩采用钢筋混凝土直墙式结构，坝墩顶高程为3639.30m。为避免橡胶坝袋两端与墩墙结合部位出现塌肩现象，引起局部溢流，影响橡胶坝的正常运行，将墩墙根部底板按1︰10 抬高0.3m，坝袋端部与隔墙接触部位采用12mm 的复合不锈钢板衬砌，以确保坝袋端部接触密实，避免坝袋枕头磨损。

橡胶坝顺水流方向自上而下依次布置上游沉砂池、上游埋石混凝土护底、钢筋混凝土铺盖、混凝土防渗墙、坝底板、下游护坦及下游防冲槽。为便于沉砂，上游沉砂池与上游河道设1︰10 边坡平顺连接，橡胶坝上游沉砂池底高程为3634.30m，底宽150.0m；沉砂池后接顺水流向长4.5m 的埋石混凝土护底，护底厚2.4m，埋石混凝土护底后设C25 混凝土铺盖，长20.0m，厚0.8m；橡胶坝底板顶高程为3635.8m，顺水流向长度11.0m，厚1.8m；为便于消能，同时避免淤积，坝下游设护坦，护坦总长35.0m，其中斜坡段长4.0m，水平段长31.0m；护坦下游设防冲槽，防冲槽顶高程3634.60m，槽深3.0m。

该工程橡胶坝坝袋结构型式采用单袋双锚线充水式橡胶坝，坝袋内压比为1.35，坝袋型号选定JBD2.2-220180-2 型，采用两布三胶结构，坝袋总厚度为9.9mm。

坝址区地基为卵石，渗透系数大，为延长渗径减少蓄水漏失，该工程橡胶坝采用水平防渗与垂直防渗相结合的防渗方式，上游铺盖齿坎下设混凝土防渗墙。

2.3 调节闸布置及设计

为避免橡胶坝挡水后频繁充坍坝，增强蓄水位调节灵活性，同时兼顾冲砂，在橡胶坝右侧设置调节闸。坝址处河道主槽位于河道右岸，宽度约50.0m 左右，为便于冲砂，故橡胶坝布置在右岸主槽部位，由此确定，调节闸共5 孔，单孔净宽8.0m。闸室采用钢筋混凝土开敞式结构，共两联，分别为3 孔一联和2 孔一联，闸室顺水流向长16.6m，垂直水流向总宽49.3m，闸顶布置交通桥、启闭机房排架及检修桥等。工作闸门采用平板钢闸门，配卷扬式启闭机。调节闸的上下游布置及结构形式与橡胶坝基本相同。

3 工程设计难点问题及解决措施

3.1 需要解决的问题

（1）采取措施减缓坝袋磨损问题是工程设计的重点。工程所在河段河道推移质下泄量大，坝袋磨损轻则减短坝袋的使用寿命，重则造成橡胶坝报废，甚至出现突然失控情况。

（2）防止推移质沉积造成工程附近淤积问题是工程设计的难点。大量推移质在汛期经工程所在河段随洪水下泄，若措施不当，会造成淤积问题，影响工程安全运行。

（3）避免冬季冰凌刺破坝袋或影响调节闸闸门启闭问题。该工程冬季偶有结冰现象，经实地调研，冰凌基本不大，但仍需采取一定措施防止冰凌对工程造成影响。

（4）坝袋抗紫外线防老化问题。工程地处青藏高原，海拔较高，紫外线强度较大，如何减缓紫外线照射老化也需引起重视。

（5）高原型机电设备的选型问题。高海拔地区，大气压较低，如何选择合适的机电设备也是工程设计的一个难点。

（6）工程在拉萨市区，工程景观效果亦是该工程的关键点。拉萨是藏传佛教的发源地，如何将工程与圣城拉萨浓厚的地域文化结合起来，尤为重要。

3.2 解决措施

（1）减缓坝袋磨损及防止推移质淤积问题

坝袋磨损主要有推移质通过磨损、塌落线部位坝袋与底板下沉积物的接触磨损和堵头式橡胶坝两端与墩墙接触磨损。在推移质较多的河道上修建橡胶坝，可采取一定的预防坝袋磨损的措施，具体有：①在河道主槽建冲砂闸，利用上游来水进行冲砂，滩地修建橡胶坝，减小橡胶坝坝袋磨损，拉萨河坝址处河道主槽位于右岸，故在右岸设置调节闸进行冲砂，同时可减缓工程上游的淤积；②橡胶坝上游修建沉砂池，阻碍泥砂向前推进，但拉萨河推移质含量大，极易淤积拦砂池，需定期进行清理；③适当抬高坝底板顶高程，尽可能阻碍推移质从坝袋上部通过，同时坝底板抬高后过坝流速加大，可减小推移质在坝袋顶部的磨损时间；④适当增加坝袋外胶厚度、改进坝袋外胶层材料特性，提高抗磨性能。正常两布三胶坝袋厚度约8.5mm 左右，由于坝袋厚度过厚坍坝时容易引起褶皱，该橡胶坝坝袋厚度适当增加至9.9mm；规范规定正常坝袋外层胶磨耗量小于0.8cm3/1.61km，通过改进坝袋外胶层材料特性，可使坝袋外胶层磨耗量小于0.4cm3/1.61km 以内。⑤提高坝袋接触部位的光滑度，减小坝袋的摩擦力。坝袋端部与隔墙接触部位采用复合不锈钢板衬砌，以确保坝袋端部接触密实光滑，避免坝袋枕头磨损，在坝袋下游塌落线范围内，坝底板表面采用水磨石处理，增加坝底板的光滑度，从而减缓坝袋磨损。

根据类似工程经验，采取以上措施后，可有效减缓坝袋的磨损，但目前推移质对坝袋的磨损问题在国内外还无法精确分析计算，拉萨河行洪期间推移质含量大，尚无法确切判别推移质对坝袋的磨损程度，坝袋的使用寿命问题还有待检验。

（2）防止冰凌刺破坝袋或影响闸门启闭问题

拉萨河冬季结冰情况较少，但为避免冰凌对工程的影响，仍需采取一定的措施。为防止冬季坝顶溢流情况下冰凌刺破坝袋，橡胶坝冬季结冰情况下运行时禁止坝顶溢流，根据上游来水情况，调整调节闸开度，上游来水全部由调节闸下泄。为防止冰冻对闸门启闭的影响，设计对工作闸门进行防冰冻措施。在主轨、反轨内侧设置热管融冰防冰冻设备（埋设于二期混凝土内）用以防止止水及正、反向滑块结冰影响闸门的正常运行；在门体蓄水位高程附近设置热管融冰防冰冻设备以防止门体结冰影响闸门的正常运行。设置一套独立的电控系统，电控柜布置在启闭机控制房内。

（3）减缓因紫外线老化的措施

拉萨河河道径流量比较大，坝顶常年处于溢流状态，坝袋常年处于水面以下，抗紫外线条件相对较好，由于拉萨地区紫外线强度较大，该工程坝袋主胶采用耐老化、耐腐蚀、抗磨损、抗冻性及耐水性均很好性能优异的氯丁橡胶胶料，同时添加抗臭氧剂、紫外线吸收剂等外加剂，可充分减缓坝袋因紫外线照射老化破坏。

（4）高原型机电设备选型的措施

根据工程所在地的海拔高度，经调研和计算分析，为满足机电设备绝缘及散热需求，对主要机电设备进行降容使用。所选主要机电设备参数较平原地区放大约1.5 倍，保证机电设备安全运行。

（5）建筑风格的创新

在建筑风格上，把拉萨市的传统藏族文化与该工程的建筑风格和谐统一，将拉萨地域文化融入建筑设计风格当中，传承地域文化创新建筑风格，在建筑外形上及建筑色彩搭配上大胆创新，运用一系列的技巧，通过点、线、面及色彩组合等，将拉萨河2#闸建成拉萨市一道具有地域文化特色的亮丽风景。