河道修复工程中液压坝结构设计与优化

魏绿英

(江西信江水利电力勘察设计有限公司，江西 上饶 334600)

从城市建设发展的角度来说，河流本身具有调节供水、排涝减灾、徐水灌溉等多种功能。近年来，城市的发展越来越注重生态环境的修复和建设，河流作为城市生态系统的重要组成部分，也需要及时修复，才能够更好的发挥其在促进城市建设发展中的作用。对河道修复工程中液压坝结构设计与优化进行分析，能够为河道修复工程的施工建设提供借鉴的经验。

1.1 液压坝的结构组成

液压坝是当前常用于河道修复工程和河道景观工程的一种液压混凝土升降坝，能够有效满足挡水和泄水两种功能。液压坝本身是依据自卸汽车力学原理建设的，是一种新型的活动坝，建成后的液压坝能够让河道形成宽阔的水面，在改善河流河道效果的同时，也能够对改善河道周边的生态和人文环境起到有效的作用。一般情况下，液压坝主要包括弧形坝面、液压杆、支撑杆、液压缸、液压泵站以及油路系统等部分[1]。为了能够保证液压坝的施工质量，坝面材料需要选择钢筋混凝土，坝面设计的各项参数需要以液压坝施工场地应用的挡水水头、坝体等来确定。单扇的坝板标准宽度为6 m，坝高依据河道修复工程的实际要求，需要在1.5～6 m的范围之内。液压杆、液压缸、支撑杆等装置都是能够实现对坝体升降进行控制的必要装置见图1。现阶段，在施工建设液压坝的过程中，已经可以应用液压控制系统来实现对液压升降坝的远程控制。

图1 液压坝

1.2 液压坝的性能特点

液压坝在实际应用中，主要能够体现出以下几个方面的特点：液压升降坝能够满足较大的跨度要求，且因为设计建造的结构比较简单，结构本身也具有较高的稳定性，因而能够满足大部分河道修复工程的应用要求；
液压升降坝主要采用的是液压传动的方式，整个过程都能够通过液压系统来进行控制，因而能够呈现出更高的自动化程度；
液压坝在设计建造中需要尽可能的完全贴近河床，在实际应用中不仅能够满足畅泄洪水的要求，还能够冲刷掉河流上游堆积的泥沙、卵石等物质，依靠升降坝能够实现对上下游水量的灵活处理；
在建成液压坝之后，坝面门前能够因为蓄水形成宽阔的水面，而门顶的溢流还可以形成瀑布，在呈现出良好的景观效果的同时，也能够达到修复河道、改善河流生态环境的目的；
钢筋混凝土本身具有良好的耐久性，在设计建造液压坝的过程中，确保钢筋混凝土的性能能够达到要求，就可以在一定程度上保证水坝的建设质量[2]。除此之外，由于液压坝的结构较为简单，能够省略以往在闸门施工中消耗的闸墩、金属结构埋件等方面的资金成本，施工周期也更短。

1.3 液压坝工作基本原理

液压坝在实际的工作中，主要是将液压缸作为坝面的背部，液压杆作为支撑板面背部的装置，这样就能够组成一个具有较高稳定性的支撑墩坝结构，满足升坝拦水、降坝行洪的功能要求；
液压坝整体主要是通过液压系统实现控制的，解锁装置主要由小液压缸和限位支撑杆组成，应用解锁装置能够挡住支撑杆上可以自由滚动的活动构件[3]。当支撑杆发挥作用时，液压杆就会停止，通过支撑杆和液压杆之间的相互交换，能够有效减少液压坝整体的应用时间，从而延长液压坝的使用寿命。除此之外，液压坝在工作的过程中，还能够通过安装的液压感应装置来对液压系统进行控制。这样能够最大程度的减少人力对整个液压坝和液压系统的监管和控制，自动根据供水的涨落来实现面板的自动升降。

在河道修复工程中设计液压坝结构，能够有效实现对河流水量的调节控制、改善河流生态环境的目的。基于液压坝在实际应用中体现出来的优势，在对河道修复工程中的液压坝结构进行设计和优化时，主要可以从以下几个方面来进行分析。

2.1 液压坝的选用

液压坝的坝高能够根据河道的大小和水位的调节情况来调整，因而在选用液压坝的过程中，可以结合河道修复工程的实际情况，在明确工程现场的洪水位、正常蓄水位、回水长度、蓄水量等数据信息之后，结合水利工程的施工技术标准，确定好液压坝施工需要应用的材料类型和设计数据[4]。例如，位于山西省大同市天镇县的南洋河属于海河流域永定河水系，依据南洋河的流域面积、洪峰流量等数据，确定南洋河修复工程的设计洪峰流量为733 m3/s，工程当地的年平均蒸发量为1 777.9 mm，蓄水池的年蒸发量在31万 m3左右，洪水携带泥沙导致南洋河的清水渠淤积厚度达到0.5～2.8 m左右。

在选用液压坝的过程中，还需要注意结合城市规划的具体要求，将河道治理与生态环境建设结合起来。一般情况下，选用液压坝的钢筋混凝土等级为C25，在必要的情况下还需要通过建设混凝土挡土墙的方式来满足液压坝和河道修复工程的施工建设要求。

从液压坝的具体应用类型来说，液压卧倒坝是液压坝施工建设中一种较为常见的类型。这种坝型能够整合以往河道治理中应用的橡胶坝和传统钢闸门的应用优势，从本质上来说，是对以上两种坝型的不断优化和升级。这种坝型在实际的应用过程中，不仅能够呈现出完全倒伏的效果，还具有更高的结构稳定性。

2.2 液压坝的施工

(1)预埋件安装。在对液压坝进行施工的过程中，首先需要确保预埋件的安装质量。在做好预留槽的清理工作之后，需要对预埋件和混凝土的结合面进行凿毛操作。一般情况下，为了能够保证安装的预埋件符合实际的施工技术标准和要求，需要应用分组独立校核的方式，让各道工序在实际施工作业中能够相互独立，避免因施工作业的冲突而出现误差。在完成安装作业之后，需要对预埋件进行复核定位，确保预埋件的安装质量。在安装预埋件的过程中如果存在接头错位的情况，可以通过缓坡处理的方式来进行纠正，对于一些出现凹坑的部分则需要及时进行补焊磨光。

(2)混凝土二次浇筑。在安装好预埋件的5～7 d之内，需要浇筑二期混凝土来保证液压坝结构的稳定性。拌合和振捣混凝土的过程中，需要避免跑模，确保浇筑混凝土的密实度。在拆模之后，需要及时对预埋件进行再次的检测，确保混凝土的浇筑尺寸符合液压坝结构的设计要求和标准。针对混凝土浇筑作业中可能存在的误差问题，一般需要应用误差消除补偿的方式，将施工作业的误差控制在合理的范围之内。

(3)液压坝门施工。液压坝与以往应用的平面闸门有着明显的区别，在对液压坝进行施工的过程中，需要结合河道修复工程现场的实际情况，事先计算出液压坝的结构受力情况。例如，在对液压坝的静力进行计算时，主要应用到以下公式：

P=ρgh

(1)

式中：P为静水压强，ρ为水的密度，G为工程当地的重力加速度，h为水深。

对液压坝的结构受力情况进行计算，能够判断出在发生洪水之后，设计的液压坝是否能够符合工程的实际建设要求。

在明确液压坝施工设计的相关数据之后，就可以开始液压坝门的施工。液压坝的坝面在实际施工中通常需要采取场内成型的方式，在现场需要做好坝面的浇筑养护工作。不仅在安装之前对相关材料的质量进行仔细检查，在安装时还需要做好坝面主支承部件的安装调试工作，在安装和焊接完毕之后也需要进行校正。在安装坝面的过程中，一般需要让所有的主支承面能够呈现在同一个平面上，并注重对误差的审核和检查。在安装坝面之后，还需要对坝面进行静平衡的试验，让坝面的安装施工能够符合工程的施工建设要求。

(4)液压系统安装。液压系统在液压坝中应用最主要的目的，就是保证液压坝能够实现同步的升降。而为了满足这一要求，在安装液压系统的过程中，通常需要应用管路并联的方式。在敷设管道的过程中，需要依据事先对液压坝施工建设计算得到的相关参数，确定好管道敷设的排列走向和布置方式，保证管道的敷设能够层次分明。在安装管道之后，就可以将液压元件、阀块、阀架等连接起来。在安装好液压系统之后，一般需要在试运行之前对管道进行清洗，为液压系统的正常运行做好充足的准备。

(5)PLC控制总成安装与调试。PLC控制系统是能够与液压系统相结合，对整个液压坝进行控制的重要系统。在安装PLC控制总成的过程中，通常需要事先结合河道修复工程当地的水文条件和行洪要求来编制具体的PLC程序，并在液压坝试运行之后，依据相关的参数来对PLC程序中的相关内容进行调整，减少PLC程序和控制系统运行中存在的偏差，保证系统的运行和控制效果。

2.3 液压坝的应用效果

从技术层面来看，液压坝在施工建设中应用的钢闸门能够满足所有河流的河道形式，不需要对河道进行改造，且坝面和坝体的整体结构都具有较高的稳定性；
液压坝的坝面主要应用的是钢结构，与以往应用的橡胶坝相比，使用寿命更长，相应的维护成本也比较低；
借助液压系统来实现对整个液压坝的有效控制，不仅能够体现操作的灵活性，也能够通过自动化的控制来减少人力，保障人员的生命安全和泄洪安全；
液压坝本身的坝型也更加优美，能够在自由调节坝顶高度的同时，呈现出更优美的河流景观。而从效益的层面来看，液压坝是河道修复工程中的重要组成部分，在满足修复河道要求的同时，也能够通过对河流的生态修复来改善地表河流水系的生态系统，对于改善当地的环境质量、保护生物多样性等方面都具有重要的作用。

综上所述，科学的设计和优化液压坝结构，对提高河道修复工程的施工建设质量具有重要的作用。河道修复工程是生态修复工程中一种非常重要的工程类型，从河道治理和蓄水坝设计建造的角度，以液压坝结构来提高河道修复工程的施工建设质量水平，不仅能够充分发挥河流在促进城市建设发展中的作用，还能够通过河道修复来达到改善城市环境、促进生态建设等方面的作用。