李雙艷

（河北省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，天津 300250）

近年來，為適應(yīng)我國(guó)北方平原水資源缺乏，結(jié)合河道水流平緩，河道斷面較寬的特點(diǎn)，兼顧防洪、除澇、地下水補(bǔ)給及景觀要求，橡膠壩廣泛應(yīng)用于水利工程建設(shè)；與此同時(shí)，組裝式連拱閘作為一種更適用于山區(qū)河道的新型水利工程技術(shù)也受到了越來越多的青睞。兩者均具備蓄水功能，頂部可溢流，景觀效果好等特點(diǎn)。文中對(duì)兩種型式的水工建筑物適用范圍及其優(yōu)缺點(diǎn)分別進(jìn)行了分析和討論。

1 組裝式連拱閘

1.1 結(jié)構(gòu)及其工作原理

組裝式連拱閘由若干矩形的拱閘板組成，在拱閘板之間設(shè)置用角鐵對(duì)接成的T型立柱，拱閘板的兩端頂壓在T型立柱上，在拱閘板的兩側(cè)邊和底邊用扁鋼和螺栓固定平板橡膠止水，在T型立柱的內(nèi)側(cè)設(shè)置加固立柱的斜拉桿。在T型立柱的下端部焊接固定鋼管，該T型立柱由兩角鐵用螺栓對(duì)接構(gòu)成，在兩角鐵之間設(shè)置防滲漏膠墊。在斜拉桿的中部設(shè)置可調(diào)節(jié)斜拉桿的正反扣活拉環(huán)。在拱閘板的內(nèi)弧形面上橫向連接若干條加強(qiáng)角鋼。上游水推力通過拱端傳至立柱進(jìn)而傳至底板，使閘門得以穩(wěn)定。

拱閘板可根據(jù)運(yùn)行需要隨時(shí)拆卸，恢復(fù)河道行洪斷面，控制下泄流量及上游水位。

1.2 適用范圍及特點(diǎn)

1.2.1 適用于低水頭山區(qū)河道

山區(qū)雨量大、歷時(shí)短，匯流區(qū)域坡度較大，集流快，河道調(diào)蓄能力小，洪水具有暴漲暴落、峰高、量大、歷時(shí)短的特點(diǎn)。

山區(qū)河道斷面一般較窄，且多為單式斷面。組裝式連拱閘能極大地適應(yīng)山區(qū)河道特點(diǎn)，拆卸方便快捷，汛期來時(shí)可將閘門全部拆除，迅速恢復(fù)河道行洪斷面，良好地適應(yīng)了山區(qū)河道來水迅猛的特點(diǎn)。

由于需要人工拆卸，故閘門高度不宜過高，根據(jù)已建工程實(shí)例，門高一般為1.5～2.0m，跨度根據(jù)門高尺寸一般可達(dá)1.5～2.5m。

1.2.2 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單

土建結(jié)構(gòu)僅包括閘底板及邊墻，無需布置電路，充排管路，泵房等。

1.2.3 非汛期蓄水，閘頂溢流，滿足景觀要求

非汛期時(shí)，可蓄水，攔蓄河道基流，滿足灌溉用水需要，還可回灌地下水。閘前達(dá)到景觀水位后，閘頂可溢流，形成景觀瀑布效果，美化環(huán)境，此外，有些山區(qū)河道可根據(jù)景觀及蓄水要求在不同位置布置多個(gè)連拱閘形成梯級(jí)水面效果。

1.2.4 維修方便，使用壽命長(zhǎng)

由于閘門拆卸方便，每年可利用行洪期間或冬季閘門拆卸后進(jìn)行維修及防腐處理，延長(zhǎng)閘門使用年限。

1.2.5 不存在冬季冰凍問題

冬季冰凍期，可將閘門拆卸，安全度過冬季，不存在冰凍破壞問題。

1.2.6 可緩解閘前淤積問題

組裝式連拱閘閘門均為活動(dòng)可拆卸閘門，可隨時(shí)對(duì)單孔或多孔閘前進(jìn)行沖淤，且沖淤效果良好，徹底解決了同類攔蓄建筑物的上游淤積問題。但由于其閘孔凈寬較小，在行洪河道行洪期間，水流流速較大，易被較大樹木柴草等淤堵，卡在T型立柱之間，因此在設(shè)置組裝式連拱閘的河道日常維護(hù)中，應(yīng)及時(shí)清理河道，保證河道干凈整潔。

1.2.7 施工方便，造價(jià)低廉

組裝式連拱閘結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，施工方便，施工工期短，投資低，技術(shù)上容易被群眾接受。擋水高度2m，組裝式連拱閘每延米造價(jià)2萬元（含土建費(fèi)）。

2 橡膠壩

橡膠壩是一種利用高分子合成材料制成的新型擋水建筑物。是將膠布按照設(shè)計(jì)的尺寸錨固于底板上成封閉狀，用水（氣）充脹形成的擋水壩。

2.1 結(jié)構(gòu)及其工作原理

橡膠壩由底板、邊墻、泵房、壩袋、充排系統(tǒng)及電路控制系統(tǒng)等組成。利用充排系統(tǒng)控制壩體運(yùn)行，需要擋水時(shí)，對(duì)橡膠壩進(jìn)行充水（氣），依靠充脹后的壩袋進(jìn)行擋水，不需要擋水時(shí)，放空壩袋，恢復(fù)原有河渠過水?dāng)嗝妗?/p>

2.2 適用范圍及特點(diǎn)

2.2.1 適用于低水頭平原河道

平原河道的特點(diǎn)是水流比較平穩(wěn)，河道斷面較寬，宜修建橡膠壩，充分發(fā)揮其跨度大的優(yōu)點(diǎn)。而山區(qū)河道陡坡流急，含有大量推移質(zhì)，會(huì)造成橡膠壩的振動(dòng)及磨損，對(duì)橡膠壩的工作條件極為不利。

2.2.2 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單

橡膠壩相比常規(guī)擋水建筑物結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但除土建結(jié)構(gòu)外，仍需布置電路，充排管路，充氣站或水泵房等。

2.2.3 壩頂溢流，景觀效果好

北方平原水資源匱乏地區(qū)，可利用橡膠壩攔蓄河道基流。壩頂可溢流，滿足景觀需求。

2.2.4 使用壽命短

壩袋由橡膠、纖維等材料制成，存在老化問題。物理因素如尖銳物體的劃傷，化學(xué)因素如水中的酸、堿、鹽的腐蝕，生物因素如霉菌、昆蟲、嚙齒動(dòng)物和水生生物的破壞，均威脅著壩袋的安全。一旦出現(xiàn)大面積漏氣則需要對(duì)其進(jìn)行更換，其壽命一般為10～15年。

2.2.5 充塌壩時(shí)間較長(zhǎng)

根據(jù)已建工程統(tǒng)計(jì)橡膠壩充壩時(shí)間一般為2～3h，塌壩時(shí)間一般為1～2h。對(duì)于建在行洪河道上的橡膠壩，由于塌壩時(shí)間較長(zhǎng)，易造成洪水漫灘或漫壩。因此北方平原地區(qū)以地下水回灌及景觀美化為目的河流更適宜選擇橡膠壩。

2.2.6 冬季冰凍問題嚴(yán)峻

冬季冰凍期宜塌壩越冬，若不能塌壩越冬，需在壩前采取破冰措施，春季冰層解凍后，冰凌過壩時(shí)應(yīng)采取措施，防止劃傷壩袋。

2.2.7 造價(jià)較低，運(yùn)行管理復(fù)雜

橡膠壩造價(jià)相對(duì)較低，建成后后期運(yùn)行管理復(fù)雜，調(diào)度運(yùn)行及維護(hù)費(fèi)用較高。擋水高度2m，橡膠壩每延米造價(jià)10萬元（含土建費(fèi)）

3 應(yīng)用實(shí)例

龍鳳河位于秦皇島市盧龍縣東南部，全長(zhǎng)31.5km，流域面積221km2；盧龍縣境內(nèi)13.5km，流域面積85km2。作為飲馬河的主要支流，長(zhǎng)期以來其在盧龍縣防洪排水安全中起著十分重要的作用。由于河道上游工礦企業(yè)及食品企業(yè)污廢水常年直排入河，導(dǎo)致河道內(nèi)水質(zhì)惡化，破壞了河流生態(tài)環(huán)境，下泄污水入飲馬河后最終進(jìn)入渤海，對(duì)渤海水質(zhì)造成了十分嚴(yán)重的污染。為改善河道水質(zhì)，響應(yīng)中央和河北省委省政府提出的，開展為期3年的“北戴河及相鄰地區(qū)近岸海域環(huán)境綜合整治行動(dòng)”，2012年對(duì)龍鳳河進(jìn)行了污染治理。

3.1 方案比選

結(jié)合龍鳳河自身特點(diǎn)進(jìn)行論證分析。

（1）龍鳳河地處山區(qū)，具備山區(qū)河道特點(diǎn)，天然縱坡大，河道寬度較窄，擋水設(shè)計(jì)高度低。

（2）由于污水廠運(yùn)行費(fèi)用較高，蓄水需求主要為枯水期分段攔蓄污水，集中供給下游污水處理廠處理，設(shè)計(jì)建造梯級(jí)蓄水建筑物。

（3）龍鳳河流域植被較差，是一條多泥沙河流。

（4）河道地處寒冷地區(qū)，冬季冰凍問題嚴(yán)峻。

（5）河道內(nèi)污水易對(duì)橡膠壩袋形成腐蝕，影響使用壽命。

根據(jù)組裝式連拱閘及橡膠壩的各自特點(diǎn)，最終方案采用4座組裝式連拱閘，梯級(jí)布置。

3.2 組裝式連拱閘布置及調(diào)度運(yùn)用

為便于調(diào)度管理，4座組裝式連拱閘布置于現(xiàn)有交通橋上下游附近，分別位于樁號(hào)1+600、2+950、4+950、7+100處，如圖 1所示。

圖1 連拱閘位置分布

兩側(cè)擋墻采用C25鋼筋混凝土半重力式擋墻，墻長(zhǎng)8.0m，墻頂高程為設(shè)計(jì)堤頂高程，墻頂寬0.7m，底板采用C25鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，長(zhǎng)8.0m，厚80cm，上下游采用漿砌石扭墻與護(hù)坡平順連接。為增強(qiáng)閘板的承載力及閘板之間的擠壓力，單孔閘板設(shè)計(jì)為拱形，材料選用8mm厚鍍鋅鋼板制成；閘板單孔弧線寬2.0m，高度1.5m，閘孔數(shù)5～9孔，依據(jù)河寬而定。

枯水期污水處理調(diào)度，全部關(guān)閉4座蓄水連拱閘存蓄污水，最上游蓄滿1.5m水頭后，閘頂開始溢流，第2座連拱閘開始蓄水，從上至下依次蓄滿4座連拱閘后，污水處理廠開始工作，從下游最后一座閘前開始抽水處理，處理后清水直接排放下游，從下至上依次開啟閘門排放污水至最后一座閘前，直至處理完畢。至此為一個(gè)周期，循環(huán)往復(fù)。汛期將閘門全部拆卸，恢復(fù)河道行洪斷面，安全度汛。

4 結(jié)語(yǔ)

組裝式連拱閘相比較橡膠壩更適用于低水頭山區(qū)河道，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，閘頂可溢流，景觀效果好，施工及維修方便，使用壽命長(zhǎng)，造價(jià)低等特點(diǎn)，彌補(bǔ)了橡膠壩的許多不足。此技術(shù)在龍鳳河上的應(yīng)用在秦皇島市盧龍縣尚屬首次，工程實(shí)施后社會(huì)及經(jīng)濟(jì)效益顯著。

［1］SL227—98，橡膠壩技術(shù)規(guī)范［S］.

［2］SL191—2008，水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［3］SL265—2001，水閘設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［4］郭宏冰.懷柔縣首創(chuàng)組裝式連拱閘獲成功［J］.北京水利，2001（3）.

［5］常志來.組裝式連拱閘［P］.中國(guó)專利:01266006.X.2002-7-10.

［6］高本虎.橡膠壩工程技術(shù)指南［M］.北京:中國(guó)水利水電出版社，2004.