对已有破损橡胶坝进行改造设计的新措施

孙泽仁+张勇

摘要：本文以鞍山市南沙河2#坝改造工程为实例，对现有坝袋已破损、动力设备锈蚀老化的橡胶坝，在底板结构完好的前提下，采取新坝型技术，充分利用现有底板进行液压升降坝改造，从运行安全、易于施工、管理方便等角度进行分析，为今后类似工程提供借鉴经验。

关键词：南沙河；利用原结构；液压坝；改造

中图分类号： TV644 文献标识码： A DOI编号： 10.14025/j.cnki.jlny.2018.02.023

1 概况

鞍山市南沙河2#坝坝址位于胜利桥上游约1.1km处，原2#坝为橡胶坝，挡水高度3.3m，坝长160.0m，泄流净宽158.1m，共分三跨，每跨长52.7m，中墩厚0.95m，坝底板高程较河底高程抬高0.3m，底板高程23.5m，底板顺水流方向长9.9m，中墩高程27.9m，边墩顶高程27.2m，底板宽9.9m，厚0.8m，底板上、下游各设一道齿墙。坝袋为堵头式橡胶坝，采用楔块锚固。上游铺盖、下游消力池、下游护坦及两岸翼墙均为C20钢筋混凝土结构。

改造前橡胶坝坝袋已破损，启动设备锈蚀老化，已无法进行正常挡水。经有关部门检测，各部位混凝土结构均满足工程使用要求。鉴于原橡胶坝土建工程结构完好，从节省投资、缩短工期及降低施工难度等多方面考虑，设计决定充分利用现有橡胶坝底板及边墙，即保留现有橡胶坝铺盖、堰体、消能设施及两岸边墙，在原消力池底板之上新建液压升降坝基础，原底板作为上游防渗铺盖，下游消能设施亦利用原结构。

2 工程改造建设的可行性与优势

2.1 改造的可行性

经检测，原橡胶坝底板结构完好，继续使用亦可满足工程运行的要求，且原消力池具有1.1m的深度，对其部分改造，余下充分利用，经论证分析可达到使用功能要求，改造坝型采用液压升降坝，其主要由弧形（或平板）坝面板、液压杆、液压缸和液压泵组成，可任意调节面板的支撑角度，液压缸置于活动坝面背面，同时与液压杆及油管相连，将每扇闸门的液压油管集中埋置底板混凝土的预留油槽中，油管集中引至控制室，利用集成液压操作系统回油开关控制坝面板的起落，实现以底部为转轴的活动坝面板支起或落下，从而达到升坝拦水、降坝行洪的目的。

2.2改造的优势

2.2.1 坝型优越 液压升降坝升起坝面后受力结构呈三角形，力学结构科学，稳定性强，使用寿命长；面板为定型制作，密封止水效果好，更换容易，费用低；过流条件好，无需中墩，塌坝后基本与堰顶齐平，可畅泄洪水、泥沙及漂浮物；运行控制灵活方便，可任意改变液压支撑杆的伸缩，从而达到可以自由调节泄流量及上游水位的目的。

2.2.2工程投资少 南沙河2#坝改造工程保留原有橡胶坝土建结构，只进行了原橡胶坝两处中墩拆除，工程投资少。

2.2.3 施工简便 施工中只要做好现浇底板与原消力池底板结合处理及混凝土浇筑等工作，即可达到工程使用要求，施工难度小。

2.2.4 工程范围小 改造工程主要位于原有消力池斜坡段，在消力池斜坡段部位新建液压升降坝底板，新建底板顺水流方向长度仅十余米，较同规模拦河坝施工范围明显缩小。

2.2.5 工期短 利用原有橡胶坝底板及边墙，避免了土方开挖、回填及底板混凝土拆除等工序，可大大缩短工期。

2.2.6 运行管理方便 液压坝升降速度快，行洪前可不考虑原橡胶坝充排水的时间因素，同时闸门启闭设备利用集成液压系统，利用回油开关集中控制，即使闸门数量多，也不会增加运行管理难度，更加便于管理运行，可靠度高。

3 工程布置情况

南沙河2#坝是基于原有橡胶坝铺盖、堰体及下游消力池底板之上进行的液压坝改造工程，改造后拦河坝顺水流方向长度共计70.3m，其中：上游防冲槽段2.0m，上游铺盖段14.9m（包括：原铺盖5.0m，原闸室段底板9.9m），堰体段12.9m，消力池段13.5m，下游海漫防冲槽段27.0m。轴线总长度共计160.0m，挡水高度3.3m，单扇闸门宽度50.0m，共计32扇闸门，底板采用两孔一联，即单块底板宽度10.0m，分缝浇筑，缝宽2cm，缝间采用沥青木板填缝并设置651型橡胶止水带。新建液压升降坝底板位于原消力池斜坡段部位，新建底板厚度1.4m，顺水流方向长度12.9m，其中水平段8.0m，斜坡段4.9m，斜坡段坡比采用1∶3.5。闸门转轴中心线距离新建底板上游边缘5.6m，每扇坝面板下游侧设有2根液压升降杆，间距2.5m，液压油管采用两层钢丝编织的高压软管，内径16mm，每个油缸连接一根高压油管，单扇闸门共用2根油管，油管根数共计64根，埋设于面板后预留油管槽中，边墙处油管槽采用开槽处理，每条液压油管经预留油槽集合形成油管束引至液压泵，油管槽采用二期混凝土回填，液压泵布置于左岸現有橡胶坝管理房内。

4 工程功能复核

4.1 过流能力计算

由于液压升降坝在塌坝运行时基本无挡水设施，采用平底闸堰流公式进行过流能力计算，得出南沙河发生设计洪水时：泄洪流量1221m3/s，对应设计洪水位26.8m；发生校核洪水时：泄洪流量1895m3/s，对应校核洪水位28.26m。南沙河2#坝过流能力满足设计规范要求。

4.2 渗流稳定计算

拦河坝设计堰顶高程23.5m，坝址处河床高程23.2m，正常蓄水位为26.5m。发生最大渗流坡降时为上下游水位差值最大，2#坝在上游最大蓄水高度及下游无水条件下渗流坡降最大，即上游蓄水位26.5m，下游水位23.2m时，以此作为地基渗流稳定计算的控制工况。

采用改进阻力系数法进行计算，得水平段最大渗透坡降0.064，出口段最大渗透坡降0.149，小于地基允许水平渗透坡降0.25，允许出口渗透坡降0.50。

4.3 闸室稳定计算

根据工程布置，取10m长单联长度作为受力单元进行闸室稳定计算。由于2#坝未缩窄行洪断面，行洪时上下游水位几近齐平，无水平水压力。因此，行洪时无需验算抗滑稳定、基底压应力，稳定计算只需计算完建期、最高挡水位及地震三种工况。

根据稳定计算成果，地基应力及抗滑稳定系数均满足稳定性要求。

4.4 消能工尺寸复核

由于2#坝未缩窄行洪断面，行洪时上下游水位几近齐平，消能工尺寸复核工况选择2#坝在最大蓄水高度，逐渐塌坝条件下进行计算，按照坝面板与竖直面分别呈夹角20°、35°、50°、65°四种工况进行复核。

根据消能工计算成果可以看出，2#坝消力池长度13.5m，池深1.1m，海漫防冲槽长度27.0m，防冲槽深1.5m，满足消能防冲要求。

5 工程运行情况

自工程运行蓄水后，在鞍山市南沙河河道内蓄起一片人工水面，形成景观蓄水水面达40hm2，最大蓄水水深3.3m，自运行后无事故发生，各扇闸门均可顺利升降，启闭自如，拦河坝经历了多次洪水考验，运行状况良好。

工程建成后，进一步改善了鞍山市南沙河的两岸景观和自然环境，形成了河道两岸局部小气候，推进了生态宜居的城市生活圈的建设，为市区内带状水上公园的建设奠定了良好基础，给城市居民提供了休闲娱乐、健身的好去处，有效提高当地居民的生活质量并推进生态和谐河道的建设。

6 结语

本文介绍了鞍山市南沙河2#坝在充分利用原有橡胶坝底板的基础上，进行的液压升降坝改造工程。相比于同坝型、同规模的新建工程，大大降低了工程投资，缩短了工期，同时，液压升降坝操作更加便捷，节省了运行管理费用。

南沙河2#坝改造工程运行后取得了良好的生态效益和社会效益，可为以后类似的景观拦河坝改造工程提供宝贵的借鉴经验。endprint