合页活动坝在城市景观建设中的应用

王震宇

（长春市水利勘测设计研究院，吉林 长春 130062）

0 引言

合页活动坝是目前世界领先的活动坝技术。它广泛应用于农业灌溉、渔业、船闸、海水挡潮、城市河道景观工程和小水电站等建设。合页活动坝力学结构科学、不阻水、不怕泥沙淤积；不受漂浮物影响；在损失极小水量的情况下，就能容易地冲掉上游的漂浮物，使河水清澈；放坝快速，不影响防洪安全；结构坚固可靠，抗洪水冲击的能力强。它攻克了传统活动坝型的所有缺点，同时它又具备传统坝型的所有优点；它像橡胶坝一样紧贴河床不阻水；像翻板坝一样自动放坝行洪，任意保持水位高度；像水闸一样坚固耐用。下面就合页活动坝在城市景观建设中的应用举一实例，供大家研究学习。

1 工程概况

长春市城市防洪工程——双阳河段，位于长春市双阳区境内。双阳河是饮马河上游左侧一级支流，流经长春市双阳区。石溪河防洪工程属于双阳城区防洪工程的一部分。石溪河是双阳河的一级支流，其下游河段位于双阳城区的西部，基本完成了对该河道的治理，在满足城区防洪安全的前提下，拦蓄石溪河水，形成岸青水蓝的蓝带绿带，增强了河道景观、游览、休闲功能，能改善新城区环境，提高新城区的建设品位，使之成为新城区的亮点，使新城区达到设施完善、环境优美、经济发达的山水型城区的建设目标。

根据城市发展要求，结合现状实际，拟建一座壅水建筑物，工程位置位于双阳区石溪河小河沿子桥下游410 m处。挡水高度2.3 m，宽度48 m。

2 自然概况

2.1 水文、气象

双阳地处寒温带大陆性半湿润季风区，春季干燥多风，夏季炎热多雨，秋季凉爽温差大，冬季寒冷漫长。多年平均气温5.1℃，极端最低气温-38.4℃，极端最高气温36.1℃。多年平均降水量为632.2 mm，降水主要集中在6—9月，为478.7 mm，占全年降水量的75.7%。降水量年际间变化较大，其中1991年降水量（有记录以来）居于首位，为871.9 mm，1944年最少，仅257.4 mm。暴雨多发生在7月中旬至8月中旬，发生机率达68%。双阳站1991年7月22日雨量为162.9 mm，是有记录以来最大值。多年平均（20 cm蒸发器）蒸发量为1 387.3 mm，4—6月份蒸发量大，为663.6 mm，占全年蒸发量48%。多年平均日照为2 529 h。初霜日期一般在9月下旬（23日），终霜期为5月2日，平均无霜期为143 d，封冻期一般在11月中旬到翌年3月下旬，140 d左右。

2.2 地基特性及设计参数

1）地形地貌及地层岩性。区域资料及野外地质调查分析，双阳河支流石溪河地貌形态单元属于河谷平原漫滩阶地，其岩性河道两岸漫滩阶地主要为第四系粘性土、淤泥质土及砂土组成，具有二元结构特征。

2）地质构造及地震烈度。从区域地质资料分析，该河谷地形具有西部上升，东部相对下降的地壳变化特征，由于所处大地构造相对稳定区域，因此，区内构造极不发育，从工作区的上游到下游的基岩地质图上未见有构造带通过，且新构造运动也没出现过。据GB18306-2001《中国地震动参数区划图》（1∶400万）确定，工作区地震基本烈度为Ⅶ度区，地震动峰值加速度为0.10 g。

3）水文地质条件。勘察区地下水为粘性土上层滞水以及砂层中孔隙潜水，局部粘性土较厚有微承压水存在。水质多属重碳酸钙镁型水，一般对混凝土基础及钢筋无腐蚀性。水位随季节受石溪河水位制约，潜水与河水具有水力联系，成互补关系。

3 主要建筑物

此次设计内容为拟在主河道桩号1+126位置设置一处拦河闸，设计河底高程为206.69 m，河道上口宽59.0 m，一级岸顶高程209.55 m，日常蓄水位为209.00 m，主河道护岸边坡比 1∶2，堤防内边坡比 1∶2.5，设计水位（P=2%）为209.80 m，设计流量（P=2%）为 246 m3/s（主河道部分）、3 m3/s（滩地部分），现状堤防高程左侧为212.04 m、右侧为212.01 m。

根据SL252-2000《水利水电枢纽工程等级划分及洪水标准》和SL265—2001《水闸设计规范》及有关规范确定建筑物级别及洪水标准如下：此次拦河闸工程等级为Ⅲ等，建筑物级别为3级，洪水标准为50年一遇；临时建筑物为5级，施工期洪水为5年一遇。

此次工程主要建筑物为拦河闸，结合两岸及周边现状，现拟定钢坝闸和合页活动坝闸两种设计方案。

3.1 钢坝方案

拦河钢坝闸闸室净宽41 m，共2孔，每孔净宽20.5 m，闸中墩宽度7 m（内置启闭装置），边墩宽度3.8 m（内置启闭装置），墩顶高程212.00 m。采用2扇钢闸门，4台集成式液压启闭机控制闸门开度，启闭机安放在中墩及边墩内，中墩内设2台，边墩内设1台。闸门挡水高度2.3 m，为直立型式，闸门全开时水平，以底轴为支撑，每孔布置7只支铰。驱动装置每孔装置容量2×1 250 kN，配套功率2×30 kW。

拦河钢坝闸底板高程206.70 m，纵向长度62.78 m，由8 m长铺盖段、14.6 m长闸室段、12.68 m消力池段、27.5 m长海漫段组成。

3.2 合页活动坝方案

拦河合页活动坝闸孔净宽48 m，共8扇闸门，单扇闸门尺寸6.0 m×2.0 m，墩顶高程209.55 m。通过液压泵站采用自动控制，可人为调节闸门开度。

闸门挡水高度2.3 m，为弧型式，坝体结构采用弧形预制混凝土坝面，闸门全开时水平，用液压缸直顶以底部为轴的活动拦水坝面的背部，实现升坝拦水、降坝行洪的目的，每孔坝面背部设4只支铰。

闸底板高程206.70 m，纵向长度56.28 m，由8 m长铺盖段、7.0 m长闸室段、13.78 m消力池段、27.5 m长海漫段组成。

3.3 方案选定

坝型选择方案比较见表1。

表1 坝型方案比较表

通过上述两个方案的比较，从景观效果和对地基要求以及施工等方面考虑，两者没有太大区别，但从投资方面考虑，合页活动坝闸方案投资最省，故此次设计挡水建筑物采用合页活动坝闸方案。

4 挡水建筑物

合页活动坝由进口铺盖段，闸室段，消力池段及海漫段等组成。

1）进口铺盖段，采用钢筋混凝土U型槽结构。底板高程为206.69 m。铺盖段长8.0 m，净宽46.73～48.30 m，两侧悬臂挡墙顶宽0.3 m，根部宽0.6 m，墙高2.86 m，墙顶高程为209.55 m，底板总宽48.93～50.50 m，底板厚0.6 m。上下游设齿槽，上游齿槽深1.3m，宽0.5 m，下游齿槽深1.6 m，宽0.5 m。底板下部设10 cm厚C15素混凝土垫层。

2）闸室段，采用钢筋混凝土结构。上游底板高程为206.70 m，下游底板高程为206.32 m。顺水流方向长为7.0 m，总宽49.20 m，净宽48.3 m。单扇闸门宽6.0 m，共计8扇，闸门与两侧挡墙各留有0.15 m做为闸门与边墙止水用，两侧挡墙顶宽0.45 m，墙高2.55 m，墙顶高程为209.55 m。闸顶高程与日常蓄水位齐平，为209.00 m。闸室横向共分为4段，两边每段长12.60 m，中间两段每段长12.0 m。

3）消力池段，采用钢筋混凝土结构。消能方式选用底流式消能，消力池进口高程底为206.32 m，通过1∶4边坡与消力池底板相连，消力池顺水流方向长为13.78 m，消力池深1.0 m，消力池末端底高程为206.63 m。消力池两侧悬臂挡墙顶宽0.3 m，根部宽0.7 m，总宽为50.70 m，底板厚0.7 m，底板下设10 cm厚C15素混凝土垫层。消力池出口末端两侧设钢筋混凝土悬臂挡土墙3、挡土墙4。

4）海漫段，采用单式梯形断面形式。两侧边坡为1∶2.0，长20.0 m，底宽51.25～55.27 m，护坡及底脚护砌形式均为原有护砌结构形式，河底护砌采用25 cm干砌块石护砌，其下设20 cm厚碎石垫层及无纺布（300 g/m2）。海漫后设7.5 m长防冲槽，防冲槽采用抛石结构，抛石高2.0 m。

混凝土标号为C25，垫层为C15，二期混凝土采用C30；混凝土防冻等级为F250，混凝土防渗等级为W6。止水采用651型橡皮止水带，结构缝内填充2 cm厚沥青木板。填筑土压实度不得小于0.96，砂砾料填筑相对密度不小于0.7。

合页活动坝闸基础座落在淤泥质粉质壤土层上，承载力满足要求，但由于该土层属于高压缩性低强度易变形软土，易产生不均匀沉降，故此次设计对该段基础进行换填处理，换填材料采用砾质粗砂，换填底高程为204.20 m，换填厚度为1.0 m。

合页活动坝每扇闸设固定支撑杆装置2套，液压支撑杆装置2套。合页活动坝主体结构采用弧式预制混凝土结构，通过液压缸直顶以底部为轴的活动拦水坝面的背部来调控合页活动坝升坝拦水、降坝行洪的目的。采用互动支撑杆支撑活动坝面的背面，构成稳定的支撑墩坝。采用小液压缸及限位卡，形成支撑墩坝固定和活动的相互交换，达到固定拦水、活动降坝的目的。坝体控制采用人工手动控制，根据实际需要，人为调节坝体开度。启闭时间约4 min，液压启闭机型号HYB-F200，外径140 mm，行程1.4 m。

5 施工组织设计

5.1 施工导流

5.1.1 导流标准

根据SL303-2004《水利水电工程施工组织设计规范》中规定，主要建筑物施工导流临时建筑物应为5级，相应导流建筑物设计洪水频率P=10%～20%。根据工程的具体情况，合页活动坝建筑物施工导流标准采用P=20%。该工程春汛期（4—6月）流量为2.63 m3/s，秋汛期（9—10月）流量为2.46 m3/s。

5.1.2 导流方式及导流建筑物布置

根据双阳河流域的地形、水文、地质条件及水工建筑物布置，修建合页活动坝工程部分，施工导流采用涵管导流方式。基坑排水采用强排至下游河道内方式。

根据工程施工总体布置，施工围堰采用全段围堰形式。施工安排在第一年秋汛期开始，施工洪水流量为2.46 m3/s。施工采用涵管导流方式，布置在修建坝的右侧，通过计算，选用管径为D1200 mm钢筋混凝土Ⅰ级管，涵管长128 m，涵管进口底高程为206.70 m，出口底高程为26.63 m，涵前水深为1.8 m。施工围堰堤顶高程采用P=20%设计水位加0.5 m超高确定，故上游围堰顶高程采用209.00 m。围堰具体施工方法为：利用挖掘机在双阳河河滩地上取土用8 t运输车运输至合页活动坝上下游侧，进行施工围堰土方填筑，其次用挖掘机对开挖边坡开挖，开挖平台后将涵管安放对接好后，利用其进行导流挖。

5.2 主体工程施工

1）土方开挖。主要是河道开挖，采用机械化施工，在坝址范围内把覆盖层清除掉，开挖时预留20～30 cm保护层采用人工开挖，以免扰动坝基础。施工方法是采用反铲挖掘机挖土，开挖料满足回填要求的，堆放在指定位置待回填时使用，不符合回填要求的开挖料，可用于加固施工围堰或自卸汽车装土运输至指定的地点。采用5 m3液压挖掘机挖装，59 kW推土机集料，15 t自卸汽车运输。

2）施工工序。先进行基坑开挖，基坑排出积水后即可进行混凝土浇筑施工，达到设计要求后，即可进行下一道工序施工。闸底板、边墩、消力池等均为钢筋混凝土结构，全部采用现场浇筑。施工顺序由下而上依次为闸底板、边墩（墙）、消力池。

3）混凝土浇筑。严格遵守DL/T5144-2001《水工混凝土施工规范》有关要求。采购符合设计要求的混凝土通过混凝土泵车直接运输至指定位置，局部位置人工挑运，1.1 kW插入式振捣器振捣。

4）土方回填。待建筑物混凝土养护期过后，采用推土机推土至建筑物周边，不能采用推土机的工作面考虑人工手推车倒运土方至建筑物周边，再利用人工分层回填并且用蛙式夯夯实，保证土的压实度和压实质量。采用74 kW推土机集料，74 kW拖拉机履带碾压，2.8 kW蛙式夯实机补夯。

5）闸门安装。可用10 t起重机吊装，人工配合安装。

6）液压设施的安装。液压启闭机是保证升降坝安全运行的关键设备，应严格按照设计图纸和规范中的有关技术要求进行安装。液压启闭机的油缸总成、液压站及液控系统、电气系统、管道和基础埋件等的安装工艺程序、安装的尺寸偏差、安装质量检查、试运转和负荷试验等，必须有关规定和要求执行。

①液压泵站的安装。

液压泵站、插装阀组、油箱等，安装时应进行清洗，安装调试后应将地脚螺栓拧紧。并应注意保持设备的清洁。

压系统用油牌号应符合设计要求。油液在注入系统以前必须经过滤后使其清洁度达到管路系统及油液的清洁度表所列标准之一。其成分经化验符合相关标准。液压站油箱在安装前必须检查其清洁度，并符合技术说明书的要求，所有的压力表、压力控制器，压力变送器等均必须校验准确。液压启闭机电气控制及检测设备的安装应符合规定。电缆安装应排列整齐。电气控制柜、操作台等电缆接线均从埋入混凝土内的钢管中通过。全部电气设备应可靠接地。

②液压缸总成的安装。

安装前应对油缸总成进行外观检查，并对照技术说明书的规定时限，确定是否应进行解体清洗。现场解体清洗必须在技术服务人员的全面指导下进行。液压缸安装前应进行清扫擦去灰尘和油污。检查活塞杆有无变形，在活塞杆竖直状态下，其垂直度不大于0.5/1 000，且全长不超过杆长的1/4 000；如能检查缸内壁，则检查其有无碰伤和拉毛现象。液压缸吊装时，应根据液压缸的直径、长度和重量决定支点或吊点的个数，以防止变形。安装时应把轴承上的润滑脂清洗干净，然后上足新的润滑脂。初调高度指示器和主令开关的上下断开接点。

③管路的配置和安装。

配管前，油缸总成、液压站及液控系统设备应已正确就位，所有的管夹基础埋件完好。按设计图纸要求进行配管和弯管，管路凑合段长度应根据现场实际情况确定。管路布置应尽量减少阻力，布局应清晰合理，排列整齐。

预安装合适后，拆下管路，正式焊接好管接头或法兰，清除管路的氧化皮和焊渣，并对管路进行酸洗、中和、干燥及钝化处理。液压管路系统安装完毕后，应使用冲洗泵进行油液循环冲洗。循环冲洗时将管路系统与液压缸、阀组、泵组隔离（或短接），循环冲洗流速应大于5 m/s，循环冲洗后，最终应使管路系统的清洁度达到规定标准。管材下料应采用锯割方法，不锈钢管的焊接应采用氩弧焊、弯管应使用专用弯管机，采用冷弯加工。高压软管的安装应符合规定的要求，其长度、弯曲半径、接头方向和位置均应正确。高压、低压、并联备用管路应按规范要求用不同油漆颜色进行区别。管路布局应清晰合理，并用支架或管卡固定牢固。