两当县翻板坝改造液压坝工程设计

孟冲冲

（西安景天水利水电勘测设计咨询有限公司，陕西 西安 710000）

1 区域概况

两当县位于甘肃省东南部、陇南东北部，地处陕甘川交界的秦岭山区，北靠天水，西邻徽县，东南二面与陕西省宝鸡、汉中相连。辖6 镇6 乡，118 个行政村，两当县总户数17238 户，总人口4.95 万人，其中农业人口3.2746 万人，非农业人口1.6754 万人（截止2020年）。全县总面积1408 km2，其中山区面积占95.27%，川坝面积占4.73%。耕地面积17.65 万亩，农民人均4.77 亩。南北为深山林区，中部为浅山丘陵区，呈马鞍状。海拔最高2738 m，最低773 m，是典型的山区农业县。

两当河属于嘉陵江一级支流，发源于天水市北道区利桥乡西南部的九道拐南麓，源地最高海拔高程1960m，河流自北向南流经宽潭沟入境，至两当县河口汇入嘉陵江，流域南北长75km，东西宽4.62 km，流域面积347km2，干流纵坡平均坡降8.3‰，河槽为单式断面，河宽45 m～105 m，河床均为砂卵石覆盖层，主河槽纵坡大、水流急，弯道较多。

2 翻板坝改造原因

两当县县城两当河上目前建有6 座翻板坝，均为拦蓄来水，抬高水面用景观坝。6 座翻板坝于2008年～2013年修建，运行时间在10年左右。目前部分翻板坝挡水面板整齐度较差，无法有效拦截上游来水形成景观水面，大量水流通过面板错缝流入下游，景观效果差。由于水流长期冲刷，结构老化，部分结构失稳，无法依靠水流完成自我启闭。目前，翻板坝后面设置有手拉葫芦配合拉索控制闸门启闭，操作难度大，启闭时间慢，且闸门容易被上游大型物体卡塞而无法启闭，防洪隐患突出。

翻版坝下游消能设施经过长期运行，局部出现了破损，原设计消力池下游笼石护坦被冲毁，消力池尾坎基础外露，运行安全受到威胁。

翻板闸门是根据杠杆原理设计的，当上游水位超过闸门顶部20 cm 时，闸门开始启动，就是闸门板绕支墩上的支点向背水面翻转，启动翻转的前提是闸门板上部水位压力超过闸门板下部压力，才开始启动翻转，而且是随着上游来水量越来越大的时候闸门倾斜（开启）的角度越来越大，直至全开。这是由水力自控翻板闸门的特性决定的。如果上游没有来水，或者来水很小，达不到闸门启动水位的要求，闸门就无法打开，需要开启闸门必须使用手拉葫芦才可开启。这种闸门管理起来极不方便。

1）闸门启动或打开后容易卡垃圾，卡阻垃圾后闸门无法关严，行洪安全存在巨大隐患。

2）闸门开启后整体阻水，实际行洪能力相较于宽口堰来比只有一半的行洪能力，无法快速对城区河道库区进行有效调节或行洪。

3）需要放空库区时，必须采用人工的方法用手拉葫芦才可以打开闸门，非常麻烦，而且极不安全。

4）经过一次汛期后，闸门整体漏水量较大。侧面橡胶水封较容易损坏。

5）建于城区，背部支墩较突兀，和城市景观不尽协调。

鉴于以上问题，需对现状翻板坝进行维修改造处理，采用挖机直接拆除原翻板闸门的支墩、交通桥、支腿、门板、金属构件等所有构件至堰顶高程，采用车辆运至可以倾倒的地方。再采用水钻机（钻孔取样机）按照设计图纸对基础面进行放样钻孔，修建启闭可靠、管理方便、美观的新型液压坝。

3 改造坝型选择

液压升降坝力学结构科学、不畏泥沙淤积，不惧漂浮物影响；部分面板微降即可快速冲掉上游漂浮物，恢复清澈水面；降坝迅速，确保汛期行洪安全；结构坚固，抗洪水冲击能力强，克服了传统活动坝型的主要缺陷，兼备传统坝型的主要优点；立坝时，美观如钢坝闸，可实现瀑布景观；塌坝时，紧贴坝基如橡胶坝，行洪畅通无阻；自动放坝时像翻板闸，实现任意高度挡水；坚固耐用似普通水闸，此技术在2011年水利部、财政部召开的中小河流治理工作会上进行了推介。

根据项目区对景观的需求，结合现场地形、地质条件等条件，在不影响河道行洪安全前提下初步拟定采用常规液压杆升降坝、底轴钢坝和撑杆联动液压闸门三种坝型进行方案比较，三种液压升降坝对比见表1。

表1 常用液压坝型式比较

①常规液压坝采用液压油缸加液压锁后直接支撑，这种闸门油缸疲劳支撑，寿命不太长久，最短的就是蓄水后几天就撑不住，长的也有6年左右的，但普遍反映就是撑不住，闸门容易下滑。

②底轴钢坝是依靠底轴的扭曲力来工作的。油缸驱动安装在岸墙两边控制房内的拐臂，拐臂与底轴连接，依靠底轴的扭曲力实现闸门板的上翻挡水，下翻行洪。

底轴钢坝景观漂亮，行洪能力强。已经在国内的水利工程中得到广泛应用。但在使用多年后，底轴钢坝也出现了严重的质量问题：穿墙孔的位置极易渗漏、无法可靠锁定、解锁困难、闸门板往一边倾斜变形、油缸不同步造成闸门扭曲损坏、基础的沉降造成底轴卡死、在咸水环境下使用容易锈蚀卡死等。而且底轴钢坝需要较大的基础，成本造价高，工程区翻板坝基础良好，但仍无法作为底轴钢坝使用，需拆除重建。

③撑杆联动液压坝是依靠闸门的启闭油缸即可实现闸门的升降、锁定、解锁功能的液压坝。撑杆联动液压坝的出现解决了早期液压坝所存在的问题。

撑杆联动液压坝的工作原理是利用支撑杆的上部和液压油缸的活塞杆头部连接在一起，并形成一个联动机构，挡水闸门板靠在联动机构上，闸门板上设有不同高度的卡点。当联动机构的油缸开始伸出时，活塞杆推动支撑杆往迎水面方向驱动，最终支撑杆头部卡入门板上的卡点时，闸门实现锁定，闸门所受到的水推力全部作用在支撑杆上，油缸泄压不工作。当需要打开闸门时，只要把油缸的活塞杆缩回即可实现，支撑杆头部设有滚动轴承，非常容易脱离闸门板上的卡点。开门和关门变得非常容易。

综上所述，从翻板坝基础再利用、结构运行可靠、经济合理和美观等角度考虑，本次选用撑杆联动液压坝对现状翻板坝进行改造。

4 翻板坝改造施工

1）闸门基础面施工方法

原翻板闸更换为撑杆联动液压闸门，设计对原底板进行开挖。采用挖机直接拆除原翻板闸门的支墩、交通桥、支腿、门板、金属构件等所有构件至堰顶高程，采用车辆运至可以倾倒的地方。再采用水钻机（钻孔取样机）按照设计图纸对基础面进行放样钻孔，达到需要的安装尺寸。一扇闸门需要2 个铰座预留孔和一个联动机构预留孔。直至符合新型闸门安装的要求。水钻机取出来的混凝土废料采用运输车辆运出河道并倾倒。

单扇闸门开挖铰座2 处，联动机构孔一处。2.88m 高的闸门铰座预留孔一般长宽高均为70 cm，联动机构预留孔一般深120 cm、宽160cm、长度180cm。单扇闸门开挖量约3.8m3。原翻板闸门支墩安装面下游侧（跌水处）设有0.2 m×0.4 m 油管铺设位置，油管焊接试压后二期砼振捣回填。对溢流堰堰面外观存在混凝土砂浆剥落、石子裸露碳化等现象，对破损的混凝土及已碳化部分的混凝土凿除表面碳化层，用丙乳水泥砂浆进行修补，如混凝土碳化深度超过保护层厚度改成丙乳混凝土修补。

液压油管铺设置各液压闸孔堰面尾部，至控制房一侧侧墙时，沿侧墙凿开的凹槽向上铺设，油管至路面再到管理房，连于管理房内的液压站，将油管试压合格后，堰面油管槽由二期C30 砼浇筑平顺，要求隐蔽美观。

2）侧墙的施工方法

本工程为老坝改造项目，为尽量减少开挖成本利用原有老坝基础进行改造，原有侧墙已经施工完成，河道行洪断面已经固定，拆除原来侧墙不现实，但原来侧墙不符合新型液压闸门的要求，需要对原有侧墙进行改造。

将原侧墙采用人工凿毛，拆除翻板闸门侧面止水突兀部分，保证新型闸门活动区间侧墙整体平整。再进行二次粉刷，粉刷完成后确保平整、垂直，确保新型闸门翻转活动范围内距离一致，不搁碰。再采用2mm 的不锈钢板涂刷结构胶后张贴即可。为保证不锈钢板不脱落，需要在一张不锈钢板上打孔不少于4 个Φ12 的孔，不锈钢板张贴到侧墙上后用冲击钻在不锈钢板开孔位打入铆钉，再用不锈钢焊条焊死，打磨平整即可。

3）控制房

①离闸门越近越好，室内面积不少于15m2，室内高度高于2.3m。门宽不少于1.5 m，室内要放置泵站（长×宽×高：1.5 m×1.2 m×1.2 m）、控制系统（长×宽×高：0.9m×0.4m×1.7m）、监控设备、闸门维修工具、备品备件等。如果需要备用发电机组，建议控制房再做大一点，发电机组单独设计一间与其他设备隔离开相互间有透明玻璃窗户、有门、要求隔音、对外通风。

②控制房需具备防风、防雨、防雷、防盗的功能。位置宜高，不被洪水淹到。控制房朝闸门方向有透明窗户，在控制房内能观察到闸门。

③接入电源380 V 动力电源不少于50 kW，实际用电15 kW～22kW，墙面上预留一个空气开关，设备进场后接入开关即可。

④汛期如果需要专业管理人员值班，可以设计管理间。6 条坝建议至少设计一间是有管理人员休息室、洗漱室的生活功能较完善的较大的房子。

⑤考虑和整个环境协调性，由设计人员选择适合的建筑风格及装修。

由于工程区翻板坝两侧已经进行了绿化改造处理，控制房修建需破坏拆除部分绿化和硬化设施，每座坝侧需拆除约20 m2的已成设施。

4）闸门安装

闸门安装简述：所有金属构件在工厂内完成。根据现场的实际，按照设计安装图纸进行实地放样，统一铰座的预埋深度高程，将铰座埋件逐一放入预埋孔内，找正位置校准并进行初步固定，然后复查位置尺寸的准确性，浇注二期混凝土将铰座完全固定；同样的方法将联动机构座调整固定并浇筑，焊接油管试压后连接油缸，使联动机构的支撑杆可以在油缸的作用下上下自如。再将闸门板按照安装的顺序堆放在合适位置；逐一将闸门板吊到相应位置，并安装门板轴，校正门板的位置，初步安装完成，等待调试；安装止水橡胶；初步调试；蓄水试验；再次调试；运行后最终调试。

测量：单扇闸门为5.2 m（含橡胶止水件），侧墙止水带与第一铰座的间距为1 m，每扇闸门铰座与铰座之间的间距为1.5 m，依次测量放样。铰座的埋深为0.7 m，铰座与联动机构的距离为1 m，以上尺寸误差不得超过0.2cm。

在铰座预留孔上安装铰座。根据测量数据调整铰座尺寸位置，用钢筋焊接加以固定等待二期砼的浇筑。经复核铰座位置尺寸正确，再进行二期砼的浇筑、振捣、保养。

吊装联动机构座。根据测量数据调整联动机构座尺寸位置，用钢筋焊接加以固定等待二期砼的浇筑。经复核联动机构铰座位置尺寸正确，再进行二期砼的浇筑、振捣、保养。

焊接油管路并试压，连接油缸。

在场用16 t 或以上吨位起重机把门板等金属构件吊到汽车上，并且用钢丝绳进行固定，汽运的方式把预制构件运至大坝，再用吊车把门板放置在铰座上，并进行穿轴固定。

橡胶安装，在橡胶件上划出要进行凿眼的部位，然后进行凿眼，把橡胶件和底止水门板用镀锌螺杆进行连接，每扇闸门的底止水门板有25 个连接眼，进行调试紧固。侧止水橡胶和门板用热镀锌螺杆进行连接，每扇闸门的侧止水门板单边有16 个连接眼，进行调试紧固。

调试并蓄水试运行。

5 结语

两当河是贯穿两当县的唯一河流，在县域经济发展中起着举足轻重的作用。由于现有河道翻板坝工程行洪威胁大，运行年代久远，无法确保正常稳定运行，一旦发生大洪水时，将会影响整个县城的的防洪安全。实施本次翻板坝改造液压坝工程，不仅可以保证县城防洪安全问题得到解决，同时可以美化县城环境，为居民提供生态宜居的生活、生产环境。同时对项目所在地生态系统的恢复也有重要意义，保全了生物的多样性，为水陆栖息生物提供了生长空间和栖息地。