从调研中看小型拦河坝闸坝的设计与选型

李 阳，赵建宇

(黑龙江省引嫩工程管理处，黑龙江大庆163000)

黑龙江省小型拦河闸坝工程有800多座，控制灌溉面积10.87万hm2。大部分拦河闸坝为砂石坝、柴石坝和堆石坝，永久性拦河闸坝采用的型式近20种，如消能坝，混凝土L型和h型坝、装配式面板坝、橡胶坝、立轴翻转闸、双支点水力自动翻版闸等。从地域上看，各种小型拦河坝多分布在山区和半山区的水稻种植带。

小型拦河闸坝工程规模小，但数量多，分布面广。群众自建的临时性工程，差不多年年都需要加固或修复1～2次。近几年各地修建的永久性拦河坝，也多存在着盲目引进和设计粗糙等问题，每年汛期都有一定数量永久性工程发生不同程度的水毁。系统地总结近两年的洪水对小型拦河闸坝的破坏情况，探讨小型合闸坝设计中应解决的问题，提出不同类型拦河闸坝的适应条件，是我省山区和半山区小型拦河闸坝建设急待解决的问题。

1 小型拦河闸坝的水毁程度和形式

近几年，黑龙江省各市县广泛交流了拦河闸坝设计、施工、管理等方面的经验和教训。综合全省小型拦河闸坝的水毁程度和水毁形式为:

1.1 水毁程度

为了与水毁拦河闸坝的重建、局部改建和局部修补结合起来，我们将拦河闸坝的水毁程度划分成4级，即严重水毁、局部水毁、轻度水毁和无水毁。

临时性拦河坝(包括砂石坝、柴石坝和堆石坝等)全省近700座，严重水毁占60%以上，其余的30%以上为局部水毁。在东部地区，临时性拦河坝基本上都是毁灭性的损失。

永久性拦河闸坝(包括铁丝石笼坝、转配式面板坝、铸铁架式插板闸等。铁丝石笼坝属于半永久性拦河工程，因其设计标准低，极易遭到洪水破坏;如讷河市共有36座铁丝石笼坝，全部遭到严重和局部水毁，其中属于严重水毁的占9座。装配式面板坝因坝体结构整体性较差，设计和施工中的问题较多，水毁也较严重;如嫩江县严重水毁的6座永久性拦河坝中，装配式面板坝就占5座;富裕县共有6座装配式面板坝，严重水毁就有4座。铸铁架式插板闸是由混凝土拆线堰和铸铁闸架组成的闸坝结合式拦河工程，由于河流漂浮的枝柴多，严重的着挂在铸铁扎架上形成了枝柴坝，严重阻水，造成铸铁架式插板闸坝严重水毁，如克山县有铸铁架式插板闸十几座，洪水中全部严重和局部水毁，大部分拦河工程还造成了河流漫滩或改道。

水毁程度较轻的有双支点水力自动翻板闸等，消能坝的消能效果好，坝体稳定性强，水毁程度较轻;在现场调查的5座鈄流消能坝中，有2座属于局部和轻度水毁，多因拦河坝阻水造成坝段绕流冲刷破坏;另外4座皆完好无损，皆属于几种或分散设置泄洪排沙口的多孔口鈄流消能坝。双支点水力自动翻板闸，能根据水位变化自动开关，泄洪能力强，运行较为可靠。据调查全省现有双支点水力自动翻板闸中，无一水毁，且闸前无淤积无挂柴无淹没现象。

1.2 水毁的主要形式

按着拦河闸坝水毁部位划分，其主要水毁形式有以下4种:

1.2.1 坝段绕冲

现场调查的我省东部永久性拦河闸坝，出现坝段绕冲的占74%，其中因坝肩失稳被冲开或上游河堤决口，使主河槽改道的几座多发生在砂砾质河滩，单一种形式的拦河坝，拦河坝上无泄洪排沙闸口或泄排口很少的情况下。

1.2.2 坝体破坏

永久性拦河闸坝中严重水毁的站20%，多数为坝体破坏。主要发生在砂砾质河床，坝基较浅的轻型拦河坝和整体性较差的装配式面板坝上。如一些人字架式面板坝，连拱坝，装配式面板坝等，工程基础埋深一般仅1～2 m，因消能不好造成坝下严重冲刷，坝体失稳而遭到全部水毁;克山县龙头桩基框架薄壁坝，也是座落在沙砾地基上，洪水期坝下框架内的块石被淘空，造成渗径短路，框体与桩基间的节点被剪断，坝体向下移倾覆破坏。

1.2.3 引水闸渠破坏

多与坝端绕冲或洪水漫谈相关。据现场调查，进水闸水毁的约占30%，闸后渠道水毁或严重淤积的占49%。

1.2.4 淤积

除全部为拦河闸和闸坝结合型的拦河闸坝之外，大部分单一型式的拦河坝淤积严重，砂砾质都淤平乐坝顶上游;水土流失严重地区的砾石质河道，也有严重淤积的，如克山县光复人字架面板坝，在坝上游卵石最大淤高超过坝顶0.8 m，坝下游也基本淤平至坝顶。

2 小型拦河闸坝设计应解决的问题

全省小型拦河闸坝工程水毁严重，除了因大部分地区洪水超标之外，很多县区在小型拦河闸坝设计中，缺乏必要的水情、稳定和强度计算，设计粗糙，盲目引进是其根本原因。拦河闸坝工程只有适应山区河流的特性和运行特点，才能保证它的安全运行和使用寿命。为此，小型拦河闸坝设计必须解决好以下4个问题:

2.1 在总体布局上应处理好设障与行洪的关系

山区河流比降大，流速大，洪水暴涨暴落，破坏力强。在河道上修建拦河坝，实际上是在河道主槽上设障，势必影响行洪，使不该出槽或造成上游河堤决口，影响滩地农业，危机拦河坝的自身安全。这就要求在拦河闸坝的总体布局和设计上，尽量加大主河槽的泄洪流量，保护坝头和滩地，使其在超标准洪水时，尽量减少拦河工程和滩地农业的损失。

2.1.1 拦河闸坝要有足够的长度

建设拦河混闸坝，上游河宽必然增加，为保证行洪闸坝长度一般应比上游正常河宽增加1.2～1.5倍。为保持河势和减少投资，在拦河闸坝设计中，可取坝长的1/4～1/5作为自溃坝，以保证超标准洪水时自溃，防治河流绕冲改道。

2.1.2 在拦河工程的选型上，应尽量选择闸坝结合型

这里所说的闸不是指一般拦河工程设的1～2孔冲砂闸，而是指在拦河工程主流断面上设置必要长度的泄洪闸和泄洪口，以控制河势，增大洪水时的泄洪流量。

2.1.3 加强坝头防护

拦河坝端除设置必要长度的导流翼墙和护岸外，在与软滩地联接时，还应按顺坝方向向滩内设置一定长度的防渗防绕冲的暗刺墙拦河闸坝上游侧无河堤或为低标准砂土河堤时，应加强护岸林带建设。

2.2 处理好枝柴，泥沙排泄与引水的关系

山区河流洪水期漂流的枝柴多，粗颗粒的推移质砂砾石多。极易着挂在拦河建筑物上和堆积在拦河坝前，影响行洪堵塞引水口。因此，必须处理好洪水期枝柴和泥沙下泄问题。

1)洪水期漂浮枝柴较多的较大河流，拦河闸坝不宜采用铸铁闸架立轴翻转闸盒橡胶坝，易于挂柴和被枝柴破坏的结构形式。应尽量采用双支点水力自动翻版闸或多孔钭流消能坝等。

2)洪水期推移质泥沙较多，易造成拦河建筑物上游淤积时，不宜采用单一种类型的拦河坝，应尽量采用闸坝结合型和全闸型的拦河闸坝。在进水闸口侧的冲砂闸，应有足够的深度和宽度，以保证进水闸正常引水。

2.3 处理好水毁拦河坝改造与旧坝利用的关系

小型拦河坝的水毁破坏往往是由于总体布置不适宜山区河流的特性而造成的。因此当小型拦河坝出现严重或局部水毁时，不要盲目的封堵冲口，不宜全部拆除急于重建拦河坝，应认真分析水毁成因再充分利用剩余坝段和原基础材料的前提下，适当改变冲口部位的闸坝形式，是恢复后的拦河坝变成多排泄孔口坝，永久与自溃相结合坝、闸与坝相结合等复合型拦河闸坝，以适应山区河流的特性。

2.4 处理好拦河闸坝老化病害与应用新材料修补的关系

小型拦河闸坝多用传统的建筑材料修筑，设计标准低，施工质量差。经多年运用极易出现老化病害，在拦河闸坝的不同部位出现混凝土和浆砌石结构的冲蚀、磨蚀、冻蚀剥蚀等现象是很普遍的，如不及时修补势必造成工程水毁。因此，应有针对性的选用防渗、抗冲耐磨、抗冻融等新材料进行修补。如土工膜和土工布等防渗反滤材料;直接加入拌合混凝土和砂浆中而祈祷改性作用的无机胶凝材料和高分子聚合物材料等。

3 不同类型拦河闸坝的适应条件

从拦河闸坝的水毁程度和水毁形式分析中可以看出，不同类型的拦河闸坝的适应条件是不同的。根据某一条河流上某一坝址的具体情况，有真对性的选择闸坝型式，才能做到设计合理，运行安全可靠，造价相对低廉。把各种小型永久性拦河闸坝划分成4种基本类型:即单一型拦河坝、多孔型拦河坝、闸坝结合型和全闸型。四类拦河闸坝其适应条件为:

3.1 单一型式的拦河坝

坝高＜1.2 m的轻型坝，如L和H型混凝土薄壁坝、人字架装配式面板坝、装配式连拱坝等;坝高＜2.0 m的重力式坝，如装配式面板坝等。一般仅在进水闸侧设1～3孔冲砂闸。这类单一形式的拦河坝，是目前我省采用最多的，也是近两年洪水中破坏最重的一类。但其造价比较低廉，一般在下列条件下采用:

1)拦河设障后对行洪影响不大，出现超标准洪水时，漫滩淹地损失较小。

2)洪水期推移质砂量重，不存在坝前严重淤积影响正常引水的问题。

3)河床平坦，以砾石和卵石为主，河槽和岸滩都比较稳定，不易出现河流改道问题。

依安县1997年在建的纪三拦河坝，为单一型的钢筋混凝土L坝，坝长180 m，坝高1.2 m，埋压部分的底宽为3.5 m，河床为卵石，采用铁丝石笼护坦消能。经两次超标准洪水仍完好无损。右侧滩地多次过水，但眼底损失很小，无坝段绕冲，无坝前淤积，仅是铁丝锈蚀严重应予改造。

3.2 多孔口形式的拦河坝

多孔口拦河坝的单孔宽度一般为1.5～2.0 m，孔口的多少根据泄洪冲砂要求确定。一般采用较多的是多孔口钭流消能坝，在坝高＜1.2 m地基稳定的条件下，也可采用轻型坝，如钢筋混凝土L和H型薄壁坝等。对V型河槽孔口应在主流部位几种设置;对平底河槽孔口可沿坝长均匀布置。孔口一般采用叠梁式木制插板闸们，在洪水来临前拆除;也可设计成木框架－土工膜式闸板，洪水时能自毁泄洪排砂。在坝长数百米的中型河道上，除设有一定数量的排泄孔口外，最好按3～10 a一遇的洪水标准，设置一段自溃坝，以保证较大洪水时的泄洪排砂能力，这类多孔口型拦河坝适合如下条件:

1)坝址处滩地宽阔，建坝后对行洪影响较大，洪水期易造成漫滩淹地，设置河主流改道。

2)河流上游植被较差，洪水期漂浮的枝柴很多，推移质泥沙量较大。

讷河县拉哈镇多孔口消能坝，设计坝长139 m，坝高2.0 m，设18孔单宽2.0 m的泄洪冲砂口，均匀分布在坝体上。经近10 a洪水考验，坝上水深仅1.5 m，除部分孔口洪水期末及时拆除叠梁闸板，造成上游部分淤积外，工程完好无损。

3.3 坝闸结合型

当拦河坝高＞2.0 m时，宜修建闸坝结合型式的拦河工程，此处所谓的闸坝结合型可分为两种型式:

1)是下半部采用固定式的坝体，一般为混凝土拆线堰或实用堰;上半部采用闸式结构，如单铰门翻板闸、立轴翻转闸等，这类闸体的高度一般＜1.0 m。

2)是拦河工程的两侧或一侧为固定式的坝体，较适宜的坝型为钭流消能坝和装配式面板坝;在拦河工程的中部端或另一侧采用闸式结构，目前较适宜的闸型为钢筋混凝土双支点水力自动翻板闸。

闸坝结合的型式其泄洪排砂能力要大于多孔口型的拦河坝，但小于全部闸式的拦河工程。闸坝结合型的拦河工程，具有较强的泄洪排砂能力，洪水期不易出现河水漫滩和主流改道现象，枯水季节又有一定的调蓄水量的功能。尤其是后一种横向布置的闸坝结合型式，在拦河坝局部水毁的改建中，应广泛采用。前一种上下部结合的拦河闸坝型式，在洪水期漂浮枝柴较多的较大河道上应谨慎采用。

3.4 全闸型

立轴翻转闸、单铰门翻板闸、双支点水力自动翻板闸、橡胶坝、膜片拉索坝等，这类洪水期能自动开闭或用人工辅助开闭的闸盒软体坝类，我们统称为全闸型。全闸型拦河工程的最大优点是基本上不影响河道正常行洪，泄洪排沙能力强，调蓄水量能力强。但在山区河流洪水期漂浮枝柴多，工程管理不善的条件下，多数闸型适用寿命较短。目前较好的全闸型为钢筋混凝土水力自动翻板闸，在大连地区已推广25座，运行效果良好。因其工程造价偏高，在其他地区推广较少。

本文提出的探讨性意见，意在对今后新建和改建拦河闸坝中能有所帮助。

［1］ 王富强.水力自控翻板闸门的应用发展及运行中存在的问题［J］.黑龙江水利科技，2008，36(6):80－82.

［2］ 祁庆和.水工建筑物［M］.北京:中国水利水电出版社，2004.