气盾坝盾板与砼侧墙接触面施工关系探讨

林聿圣

（武夷山市水利局,福建 武夷山 354300）

1 工程概况

武夷山市位于福建省北部闽赣两省交界处,属于中亚热带地区,是福建省唯一以山命名的一座新型旅游城市,是世界文化和自然“双遗产”地之一。武夷山市依托其独特、稀有、绝妙的自然景观,通过改善基础设施建设,大大促进了武夷山市旅游业的发展。但武夷山境内水资源也存在分配不均现象,地处市中心西侧一带的文化创业园缺水现象严重,为促进文化创业园区开发发展,更好地服务武夷山的旅游业,2017 年经上级批准立项建设武夷山市黄柏溪引调水工程,以解决文化创业园区一带缺水问题。该工程主要建设内容有气盾坝一座、6 km无压引水隧洞1 条和8000 t调节池1 座以及配水系统。引水工程总引用流量0.44 m3/s,工程设计等别为IV等,主要建筑物按4 级设计,项目总投资1.1 亿元。引水工程渠首拦河坝采用气盾坝结构,该气盾坝是福建省第一家引进建设安装的具有防洪度汛能力可控、过水高度和运行状态可持续控制,施工及管理简单,运行安全可靠的新型景观式水工挡水建筑物。该坝过水宽度37 m,盾板高3.5 m,坝两端为钢筋砼侧墙,与气盾坝连接共同起到挡水抬高水位引溪水入隧洞之作用。2019 年底建成并进入运行调试阶段。笔者通过设计、研究武夷山市黄柏溪引调水工程气盾坝盾板与砼侧墙面两者之间的关系,旨在为该工程提供一定的技术支持,同时为类似工程中气盾坝的应用起到重要的参考价值。图1所示的是气盾坝设计横断面示意图。

图1 引水系统平面布置图

2 气盾坝关键技术

由图1可以看出,气盾坝主要由气囊、限位绳、盾板、气动控制系统以及钢筋砼基础、侧墙等组成,而气囊、弧形钢制盾板作为其主要结构,其中,弧形钢制盾板是用来挡水,气囊布置在盾板下方,从而实现对盾板的支撑作用,这样以来极大程度上提高了结构的性能。相较于传统的橡胶坝和钢闸门,气盾坝具备以下优点：

1）利用橡胶气囊支撑钢护板挡水,安全性高,使用寿命长（30年以上）综合经济效益显著；

2）模块化设计,可以简化安装过程和减少后期维护；

3）无需设置中墩,可连续延伸闸门横跨水域,长度可以设计200 m以上,挡水高度10 m以下闸坝可完全倒伏,实现高效行洪；

4）钢护板可以很好的保护橡胶气囊免受冰块等漂浮物和泥沙、杂物的侵害,延长气囊使用寿命（50 年以上）；

5）闸门系统振动小,可安装在任何高度水头的河流,溢洪道等；

6）容易实现自动控制,控制水位准确,运行费用低；

7）充排系统采用空气作为充胀介质,充排时间短,短时间内可快速塌坝,而且以气体为动力,不存在漏油问题,不会造成水和周围环境污染；

8）在突然断电或控制系统失效情况下,可实现手工塌坝,安全性能高；

9）可实现双向挡水功能,完全可以应用在河道入海口处；

10）气盾坝采用了景观钢坝,在调水期间,可以给观众呈现出景观瀑布,不仅完成引水工程,而且给文化创业园区增添了一道亮丽的景观。

然而气盾坝的好坏,涉及到几点关键技术：

①需要根据引水推移质对盾板产生的冲击力确定盾板的厚度、强度,除此之外,由于长时间会在盾板上游产生积沙,因此,必须考虑钢板强度；②长时间水流以及泥沙必将对钢板产生磨损,因此,需要对其钢板进行防腐防锈处理；③气囊作为气盾坝的动力装置,决定了整个气盾坝能否正常运行的关键,气囊成型加工技术,是气盾坝核心技术。④气盾坝单元同步问题；⑤盾板两边与砼挡墙接触面的密封性。

2019 年底建成并进入运行调试阶段。该坝在运行调试期间发现一些问题,比较明显的包括两个,即①在气盾坝在靠近两端侧墙附近的两边盾板与中间盾板在升坝过程中出现中间快两边慢的不同步；②盾板两边与砼挡墙接触面出现渗漏水。在问题出现之后进行了及时的改正,经过设计、生产厂家、土建施工单位共同商议并多次整改,但效果仍不理想,盾板升塌坝启闭不同步、两端接触面渗漏水问题还不能完全解决。

3 原因分析

3.1 设计人员缺乏经验

气盾坝属于引进国外的技术产品,经过国内生产厂家的技术消化和不断钻研改进,目前产品技术已较为成熟,但安装使用这种坝的工程项目并不多,导致水利行业设计人员对气盾坝的结构、性能以及与土建一体化设计的情形了解不足,往往设计人员只设计气盾坝土建结构部分,气盾坝的坝体、控制系统及与土建结合部的预埋件通常交由气盾坝生产厂家进行二次设计,忽略了气盾坝盾板升坝后与两端砼侧墙起了共同挡水可能会出现的升塌坝开启不畅和接触面渗漏水的实际,往往在设计文件中未注明这些方面的细节。存在设计上的缺陷。因此,造成这一问题的主要原因就在于工程施工的气盾坝存在上述问题,导致运行调试期间出现坝端启闭不畅中间盾板已开启到位、两端盾板还不能完全开启到位的现象（见图2）及盾板与砼侧墙接触面渗漏水。笔者认为设计人员包括土建设计单位人员和生产厂家设计人员应多交流沟通,为产品设计与土建设计在细节问题上设计出更完善的细部结构图纸文件,便于施工单位施工,防止出现本文提到的不尽人意的隐患[1]。

图2 武夷山市黄柏溪引调水工程气盾坝

3.2 施工过程不严谨

武夷山市黄柏溪引调水工程气盾坝两端与土建主体工程接触面采用钢筋砼墙面,在砼墙体施工时采用木模板立模,在施工过程对模板安装的垂直度和平整度进行严格的测量制作安装,砼振捣时也是小心翼翼,但拆模后仍存在表面凹凸不平和墙体面垂直度不尽人意,造成墙体表面与气盾坝盾板之间存在局部空隙和在升塌坝启降过程中出现局部卡壳,影响气盾坝升坝和塌坝,在接触面产生渗漏水,虽经事后多方案处理,但仍不能完全做好气盾坝升塌坝起降自如和接触面不渗水,这是施工存在的缺陷[2]。气盾坝安装流程见图3。

4 解决方案

针对武夷山市黄柏溪引调水工程存在的气盾坝升塌坝出现的盾板启闭不自如,盾板与侧墙面在升坝状态下产生的渗漏水的问题,笔者有幸参与该坝施工建设,调试期间经过仔细观察思考,认为有几种方法可以解决：

（1）设计单位设计人员应不断地学习、吸收新的知识,应熟知气盾坝的功能结构和运行模式；认真对气盾坝坝体与土建主体工程进行细部结构的详细设计,提出具体设计方案。

①在施工图设计说明内容中特别注明施工方法,在气盾坝运行轨迹范围内边墙要特殊处理,处理方法一是边墙安装304不锈钢板；方法二是贴大理石或花岗岩；方法三是混凝土表面抹光处理后喷涂聚酯涂料。三种方法的初衷就是提高混凝土表面光洁度,减少闸门止封橡胶与边墙基础的磨损,同时保证了止封橡胶和边墙的贴合紧密,避免出现闸门边墙止不住水的问题。边墙或在设计技术交底时特别要求施工单位在施工过程中要注意的事项,可能对缓解本文提到的不尽人意之处有减轻作用。

②气盾坝生产厂家在设计盾板与侧墙接触面止水设计成L型止封橡胶见图3。L型止封橡胶一边安装于闸门面板边缘,另一边因止封橡胶的角度作用与特殊处理过侧墙紧密贴合。

图3 L型止封橡胶示意图

③为保证气盾闸门面板的顺利启降和止封效果,闸门面板与边墙的间隙设计成20 cm,间隙过宽止封橡胶不能很好的与边墙贴合,边墙部位会漏水；过窄闸门面板与边墙有可能产生干涉,闸门不能正常升降。闸门面板间隙合理即可防止边墙渗漏水,同时保证闸门充排气时升降自如,也能很好地解决本文中提到的不尽人意之隐患[3]。

（2）施工单位人员要有高度的工程施工质量意识,在各施工环节、施工工艺等方面提前意识到可能存在的工程质量缺陷并提出应对解决方案加以实施。如武夷山市黄柏溪引调水工程砼侧墙在施工时采用钢模板立模和精准测量、安装并加强模板支撑刚度,防止模板移位变形,对本文提到的不尽人意之隐患可能会完全消除或大部分消除；同时在施工过程中严格按照施工设计标准将公差控制在合理范围内,如混凝土过墙的平整度公差3 mm,两个闸墩间,距离主锚栓中心线150 cm范围内的混凝土表面平整度为6 mm,且每英尺范围内变化不超过3 mm。为了严格控制误差,禁止混凝土从较高位置浇筑。

5 结语

在社会的不断发展中,国家对水利事业的关注度越来越高,并投入大量资金,各类水利工程项目不断建设,安全、环保、生态以及施工简单的一些新型产品新型施工工艺项目也不断地被应用到水利建设项目上。水利工程建设项目,不但要安全,还要生态、环保,并结合当地自然和人文景观融入美观元素,气盾坝主要由气囊、限位绳、盾板、钢筋砼挡墙等组成,其中,气囊体积小,这样以来大大降低了充气、排气时间,可在短时间内实现塌坝,气盾坝能够在汛期实现快速塌坝,可实现过水高度和运行状态可持续控制,施工及管理简单,运行安全可靠等优点,不仅完成引水工程,而且给文化创业园区增添了一道亮丽的景观。但是气盾坝建成后若达不到设计美观效果,将会出现坝顶（盾板顶）升坝后成不了一条直线、盾板两端接触面渗水等问题。本文针对运行过程中存在的问题提出相应的解决方法,通过设计、研究武夷山市黄柏溪引调水工程气盾坝盾板与砼侧墙面两者之间的关系,旨在为该工程提供一定的技术支持,同时为类似工程中气盾坝的应用起到重要的参考价值。