廣州某河道引調(diào)水工程蓄水氣盾閘設(shè)計(jì)

李旭

（廣州市水務(wù)規(guī)劃勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司，廣東 廣州 510640）

氣盾閘，也稱氣動(dòng)鋼盾橡膠壩，是一種新型的擋水結(jié)構(gòu)，是綜合橡膠壩、鋼板壩二者之長的新型水工建筑物。氣盾壩吸收了傳統(tǒng)活動(dòng)壩型之精華，摒棄了傳統(tǒng)活動(dòng)壩型之不足，具有結(jié)構(gòu)簡單，過水高度和運(yùn)行狀態(tài)持續(xù)可控；擋水和過水能力更高；充排時(shí)間短，運(yùn)行管理簡單；使用壽命超長，綜合效益高；對基礎(chǔ)的適應(yīng)性高；景觀效果佳等特點(diǎn)。

由于氣盾閘具備結(jié)構(gòu)簡單，運(yùn)行管理簡單、景觀效果佳等特點(diǎn)，較以往橡膠壩、混凝土閘壩體景觀效果好，建設(shè)周期短，可適用于城市景觀水體及水環(huán)境調(diào)蓄水工程。

1 工程概況

本工程位于烏涌流域，為烏涌主涌的一條支流，河涌全長約2.96km，流域面積1.35km，坡降0.82‰。流域內(nèi)地勢平坦，主要以建成區(qū)為主，地面高程基本在7～10m 左右。上游發(fā)源于城中村，河涌基本為明涌，部分河段已被覆蓋為暗渠，河道寬度4～12m，河道堤岸基本整治完畢，主要為混凝土或漿砌石結(jié)構(gòu)。

河涌上游山水受廣園路阻隔，旱季上游無活水源；下游僅部分區(qū)域進(jìn)行了截污，流域內(nèi)排水系統(tǒng)部分仍為合流制，雨天合流管道溢流，隨溢流而出的污染物沉積河道，形成內(nèi)源污染，進(jìn)一步加劇河涌污染。水體黑臭已嚴(yán)重影響附近居民的生產(chǎn)生活，無法滿足附近居民親水樂水的需要。

為解決河涌日常旱季無水，且水質(zhì)較差水動(dòng)力不足的問題，擬利用上游排渠作為引水通道，引烏涌水進(jìn)行補(bǔ)水。工程計(jì)劃沿線設(shè)置節(jié)制閘及蓄水閘4 座，并對主河道全段進(jìn)行清淤疏浚。

根據(jù)《防洪標(biāo)準(zhǔn)》及《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》中的規(guī)定，本工程等別為Ⅳ等，主要建筑物級(jí)別為4 級(jí)，排澇標(biāo)準(zhǔn)為20年一遇。

2 工程設(shè)計(jì)

2.1 方案對比

為確保明涌景觀水體環(huán)境美觀，攔蓄水建筑物布置應(yīng)在滿足河涌防洪排澇要求的同時(shí)，應(yīng)盡可能使得河涌保持景觀水位，因此攔蓄水建筑物選型尤為重要。因此選取幾種常見蓄水建筑物進(jìn)行對比。

結(jié)合工程實(shí)際情況，綜合考慮投資、施工難易程度和運(yùn)行管理等方面因素，選擇在近河涌下游設(shè)置閘體；考慮周邊環(huán)境及居住區(qū)等因素，設(shè)置氣盾閘過流條件好，施工工期較短，運(yùn)行管理相對便利。

氣盾閘設(shè)置閘寬8 米，景觀水位6.4 米，閘底高程4.6。閘室前設(shè)鋼筋砼鋪蓋，閘后設(shè)消力池、海漫等構(gòu)筑物。具體參數(shù)見表2。

表1 攔蓄水建筑物選型對比表

表2 氣盾閘建設(shè)前后20年一遇水面線成果對比

3 水力計(jì)算

3.1 過流計(jì)算

計(jì)算公式采用《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL265-2001）公式，因hs/H0 ≥0.9，故按高淹沒度堰流公式計(jì)算。

本工程閘底高程為4.4m，堤頂高程為8m。本次過流驗(yàn)算按其最不利工況進(jìn)行復(fù)核驗(yàn)算，即遭遇20年一遇洪水位情況。

表3 水閘過流能力計(jì)算成果

經(jīng)計(jì)算可知，本工程氣盾閘布置滿足P=5%設(shè)計(jì)洪峰流量要求。

3.2 抗?jié)B穩(wěn)定計(jì)算

根據(jù)SL265-2001《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》，采用改進(jìn)阻力系數(shù)法計(jì)算閘基各滲流要素。按最不利工況進(jìn)行復(fù)核：水閘產(chǎn)生最大水頭差2.1 米（排空狀態(tài)）。

水閘的滲流可劃分為9 個(gè)區(qū)域進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算簡圖如下所示。

圖1 滲流計(jì)算簡圖

表4 滲透坡降計(jì)算表

3.3 整體穩(wěn)定及基底應(yīng)力計(jì)算

按《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL265-2001）的規(guī)定，閘室穩(wěn)定應(yīng)滿足下列要求：各計(jì)算工況下閘底平均基底壓力不大于地基允許承載力，最大基底應(yīng)力不大于地基允許承載力的1.2 倍；基底應(yīng)力的最大值與最小值之比不大于規(guī)定的允許值；沿閘基底面的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)不小于規(guī)定的允許值。

根據(jù)本工程氣盾閘運(yùn)行情況，擬定氣盾閘水位組合情況如下：

表5 氣盾閘穩(wěn)定計(jì)算水位組合表

表6 氣盾閘穩(wěn)定計(jì)算及閘室基底應(yīng)力計(jì)算表

經(jīng)計(jì)算，水閘抗浮、抗滑穩(wěn)定滿足規(guī)范要求，基底應(yīng)力滿足天然地基承載力要求，基底不均勻系數(shù)滿足規(guī)范要求?？紤]氣盾閘現(xiàn)狀河床為淤泥細(xì)砂，為使其基底壓應(yīng)力分布均勻，減少基礎(chǔ)沉降，防止地震液化，擬采用Ф600 高壓旋噴樁處理，同時(shí)提高地基土抗?jié)B能力。

4 工程運(yùn)行調(diào)度方式

在日常（旱天） 運(yùn)行情況下，黃埔東路氣盾閘在運(yùn)行時(shí)需結(jié)合烏涌水閘做好聯(lián)合調(diào)度，三戽涌基本無水時(shí)開始立壩運(yùn)行，進(jìn)行補(bǔ)水，由于烏涌涌口設(shè)有水閘，需控制外涌水位不高于5.8m，避免外江高潮位上溯，待需要換水時(shí)則利用落潮期，結(jié)合烏涌水閘運(yùn)行進(jìn)行塌壩排水。

日常結(jié)合上游補(bǔ)水，調(diào)節(jié)景觀水位保持在6.1～6.7m，控制氣盾閘上最高壅水不超過30cm，以避免氣盾閘發(fā)生振動(dòng)，影響結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，并保證上游排水不受影響。若上游來水較少，河道流動(dòng)性較差，則通過排氣使氣盾閘倒伏，降低特定水位高度，形成水景觀及水面流動(dòng)性效果。

由于引水期間，周邊農(nóng)田現(xiàn)狀地面高程較低，可能出現(xiàn)渠道水位高于農(nóng)田的情況，因此引水期間需選取引水灌溉和農(nóng)田退水合適時(shí)機(jī)，方可打開引水和排水口，避免因引水造成內(nèi)澇。

5 結(jié)論

作為流域調(diào)補(bǔ)水的重要建構(gòu)筑物，氣盾閘運(yùn)行管理簡單，與周邊城市水環(huán)境結(jié)合度較好；鋼護(hù)板可保護(hù)氣囊免被河道大件垃圾破壞，過洪能力較好，不阻水，適用于未完成分流改造的蓄水段河流域；建設(shè)周期短，安全性能較好，適用于城市景觀水體及水環(huán)境調(diào)蓄水工程，為有水位調(diào)控要求及部分水動(dòng)力較弱的河道調(diào)補(bǔ)水方案設(shè)計(jì)可提供一定借鑒。