林聿圣

（武夷山市水利局,福建 武夷山 354300）

1 工程概況

武夷山市位于福建省北部閩贛兩省交界處,屬于中亞熱帶地區(qū),是福建省唯一以山命名的一座新型旅游城市,是世界文化和自然“雙遺產(chǎn)”地之一。武夷山市依托其獨(dú)特、稀有、絕妙的自然景觀,通過改善基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè),大大促進(jìn)了武夷山市旅游業(yè)的發(fā)展。但武夷山境內(nèi)水資源也存在分配不均現(xiàn)象,地處市中心西側(cè)一帶的文化創(chuàng)業(yè)園缺水現(xiàn)象嚴(yán)重,為促進(jìn)文化創(chuàng)業(yè)園區(qū)開發(fā)發(fā)展,更好地服務(wù)武夷山的旅游業(yè),2017 年經(jīng)上級(jí)批準(zhǔn)立項(xiàng)建設(shè)武夷山市黃柏溪引調(diào)水工程,以解決文化創(chuàng)業(yè)園區(qū)一帶缺水問題。該工程主要建設(shè)內(nèi)容有氣盾壩一座、6 km無(wú)壓引水隧洞1 條和8000 t調(diào)節(jié)池1 座以及配水系統(tǒng)。引水工程總引用流量0.44 m3/s,工程設(shè)計(jì)等別為IV等,主要建筑物按4 級(jí)設(shè)計(jì),項(xiàng)目總投資1.1 億元。引水工程渠首攔河壩采用氣盾壩結(jié)構(gòu),該氣盾壩是福建省第一家引進(jìn)建設(shè)安裝的具有防洪度汛能力可控、過水高度和運(yùn)行狀態(tài)可持續(xù)控制,施工及管理簡(jiǎn)單,運(yùn)行安全可靠的新型景觀式水工擋水建筑物。該壩過水寬度37 m,盾板高3.5 m,壩兩端為鋼筋砼側(cè)墻,與氣盾壩連接共同起到擋水抬高水位引溪水入隧洞之作用。2019 年底建成并進(jìn)入運(yùn)行調(diào)試階段。筆者通過設(shè)計(jì)、研究武夷山市黃柏溪引調(diào)水工程氣盾壩盾板與砼側(cè)墻面兩者之間的關(guān)系,旨在為該工程提供一定的技術(shù)支持,同時(shí)為類似工程中氣盾壩的應(yīng)用起到重要的參考價(jià)值。圖1所示的是氣盾壩設(shè)計(jì)橫斷面示意圖。

圖1 引水系統(tǒng)平面布置圖

2 氣盾壩關(guān)鍵技術(shù)

由圖1可以看出,氣盾壩主要由氣囊、限位繩、盾板、氣動(dòng)控制系統(tǒng)以及鋼筋砼基礎(chǔ)、側(cè)墻等組成,而氣囊、弧形鋼制盾板作為其主要結(jié)構(gòu),其中,弧形鋼制盾板是用來(lái)?yè)跛?氣囊布置在盾板下方,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)盾板的支撐作用,這樣以來(lái)極大程度上提高了結(jié)構(gòu)的性能。相較于傳統(tǒng)的橡膠壩和鋼閘門,氣盾壩具備以下優(yōu)點(diǎn)：

1）利用橡膠氣囊支撐鋼護(hù)板擋水,安全性高,使用壽命長(zhǎng)（30年以上）綜合經(jīng)濟(jì)效益顯著；

2）模塊化設(shè)計(jì),可以簡(jiǎn)化安裝過程和減少后期維護(hù)；

3）無(wú)需設(shè)置中墩,可連續(xù)延伸閘門橫跨水域,長(zhǎng)度可以設(shè)計(jì)200 m以上,擋水高度10 m以下閘壩可完全倒伏,實(shí)現(xiàn)高效行洪；

4）鋼護(hù)板可以很好的保護(hù)橡膠氣囊免受冰塊等漂浮物和泥沙、雜物的侵害,延長(zhǎng)氣囊使用壽命（50 年以上）；

5）閘門系統(tǒng)振動(dòng)小,可安裝在任何高度水頭的河流,溢洪道等；

6）容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制,控制水位準(zhǔn)確,運(yùn)行費(fèi)用低；

7）充排系統(tǒng)采用空氣作為充脹介質(zhì),充排時(shí)間短,短時(shí)間內(nèi)可快速塌壩,而且以氣體為動(dòng)力,不存在漏油問題,不會(huì)造成水和周圍環(huán)境污染；

8）在突然斷電或控制系統(tǒng)失效情況下,可實(shí)現(xiàn)手工塌壩,安全性能高；

9）可實(shí)現(xiàn)雙向擋水功能,完全可以應(yīng)用在河道入?？谔帲?/p>

10）氣盾壩采用了景觀鋼壩,在調(diào)水期間,可以給觀眾呈現(xiàn)出景觀瀑布,不僅完成引水工程,而且給文化創(chuàng)業(yè)園區(qū)增添了一道亮麗的景觀。

然而氣盾壩的好壞,涉及到幾點(diǎn)關(guān)鍵技術(shù)：

①需要根據(jù)引水推移質(zhì)對(duì)盾板產(chǎn)生的沖擊力確定盾板的厚度、強(qiáng)度,除此之外,由于長(zhǎng)時(shí)間會(huì)在盾板上游產(chǎn)生積沙,因此,必須考慮鋼板強(qiáng)度；②長(zhǎng)時(shí)間水流以及泥沙必將對(duì)鋼板產(chǎn)生磨損,因此,需要對(duì)其鋼板進(jìn)行防腐防銹處理；③氣囊作為氣盾壩的動(dòng)力裝置,決定了整個(gè)氣盾壩能否正常運(yùn)行的關(guān)鍵,氣囊成型加工技術(shù),是氣盾壩核心技術(shù)。④氣盾壩單元同步問題；⑤盾板兩邊與砼擋墻接觸面的密封性。

2019 年底建成并進(jìn)入運(yùn)行調(diào)試階段。該壩在運(yùn)行調(diào)試期間發(fā)現(xiàn)一些問題,比較明顯的包括兩個(gè),即①在氣盾壩在靠近兩端側(cè)墻附近的兩邊盾板與中間盾板在升壩過程中出現(xiàn)中間快兩邊慢的不同步；②盾板兩邊與砼擋墻接觸面出現(xiàn)滲漏水。在問題出現(xiàn)之后進(jìn)行了及時(shí)的改正,經(jīng)過設(shè)計(jì)、生產(chǎn)廠家、土建施工單位共同商議并多次整改,但效果仍不理想,盾板升塌壩啟閉不同步、兩端接觸面滲漏水問題還不能完全解決。

3 原因分析

3.1 設(shè)計(jì)人員缺乏經(jīng)驗(yàn)

氣盾壩屬于引進(jìn)國(guó)外的技術(shù)產(chǎn)品,經(jīng)過國(guó)內(nèi)生產(chǎn)廠家的技術(shù)消化和不斷鉆研改進(jìn),目前產(chǎn)品技術(shù)已較為成熟,但安裝使用這種壩的工程項(xiàng)目并不多,導(dǎo)致水利行業(yè)設(shè)計(jì)人員對(duì)氣盾壩的結(jié)構(gòu)、性能以及與土建一體化設(shè)計(jì)的情形了解不足,往往設(shè)計(jì)人員只設(shè)計(jì)氣盾壩土建結(jié)構(gòu)部分,氣盾壩的壩體、控制系統(tǒng)及與土建結(jié)合部的預(yù)埋件通常交由氣盾壩生產(chǎn)廠家進(jìn)行二次設(shè)計(jì),忽略了氣盾壩盾板升壩后與兩端砼側(cè)墻起了共同擋水可能會(huì)出現(xiàn)的升塌壩開啟不暢和接觸面滲漏水的實(shí)際,往往在設(shè)計(jì)文件中未注明這些方面的細(xì)節(jié)。存在設(shè)計(jì)上的缺陷。因此,造成這一問題的主要原因就在于工程施工的氣盾壩存在上述問題,導(dǎo)致運(yùn)行調(diào)試期間出現(xiàn)壩端啟閉不暢中間盾板已開啟到位、兩端盾板還不能完全開啟到位的現(xiàn)象（見圖2）及盾板與砼側(cè)墻接觸面滲漏水。筆者認(rèn)為設(shè)計(jì)人員包括土建設(shè)計(jì)單位人員和生產(chǎn)廠家設(shè)計(jì)人員應(yīng)多交流溝通,為產(chǎn)品設(shè)計(jì)與土建設(shè)計(jì)在細(xì)節(jié)問題上設(shè)計(jì)出更完善的細(xì)部結(jié)構(gòu)圖紙文件,便于施工單位施工,防止出現(xiàn)本文提到的不盡人意的隱患[1]。

圖2 武夷山市黃柏溪引調(diào)水工程氣盾壩

3.2 施工過程不嚴(yán)謹(jǐn)

武夷山市黃柏溪引調(diào)水工程氣盾壩兩端與土建主體工程接觸面采用鋼筋砼墻面,在砼墻體施工時(shí)采用木模板立模,在施工過程對(duì)模板安裝的垂直度和平整度進(jìn)行嚴(yán)格的測(cè)量制作安裝,砼振搗時(shí)也是小心翼翼,但拆模后仍存在表面凹凸不平和墻體面垂直度不盡人意,造成墻體表面與氣盾壩盾板之間存在局部空隙和在升塌壩啟降過程中出現(xiàn)局部卡殼,影響氣盾壩升壩和塌壩,在接觸面產(chǎn)生滲漏水,雖經(jīng)事后多方案處理,但仍不能完全做好氣盾壩升塌壩起降自如和接觸面不滲水,這是施工存在的缺陷[2]。氣盾壩安裝流程見圖3。

4 解決方案

針對(duì)武夷山市黃柏溪引調(diào)水工程存在的氣盾壩升塌壩出現(xiàn)的盾板啟閉不自如,盾板與側(cè)墻面在升壩狀態(tài)下產(chǎn)生的滲漏水的問題,筆者有幸參與該壩施工建設(shè),調(diào)試期間經(jīng)過仔細(xì)觀察思考,認(rèn)為有幾種方法可以解決：

（1）設(shè)計(jì)單位設(shè)計(jì)人員應(yīng)不斷地學(xué)習(xí)、吸收新的知識(shí),應(yīng)熟知?dú)舛軌蔚墓δ芙Y(jié)構(gòu)和運(yùn)行模式；認(rèn)真對(duì)氣盾壩壩體與土建主體工程進(jìn)行細(xì)部結(jié)構(gòu)的詳細(xì)設(shè)計(jì),提出具體設(shè)計(jì)方案。

①在施工圖設(shè)計(jì)說明內(nèi)容中特別注明施工方法,在氣盾壩運(yùn)行軌跡范圍內(nèi)邊墻要特殊處理,處理方法一是邊墻安裝304不銹鋼板；方法二是貼大理石或花崗巖；方法三是混凝土表面抹光處理后噴涂聚酯涂料。三種方法的初衷就是提高混凝土表面光潔度,減少閘門止封橡膠與邊墻基礎(chǔ)的磨損,同時(shí)保證了止封橡膠和邊墻的貼合緊密,避免出現(xiàn)閘門邊墻止不住水的問題。邊墻或在設(shè)計(jì)技術(shù)交底時(shí)特別要求施工單位在施工過程中要注意的事項(xiàng),可能對(duì)緩解本文提到的不盡人意之處有減輕作用。

②氣盾壩生產(chǎn)廠家在設(shè)計(jì)盾板與側(cè)墻接觸面止水設(shè)計(jì)成L型止封橡膠見圖3。L型止封橡膠一邊安裝于閘門面板邊緣,另一邊因止封橡膠的角度作用與特殊處理過側(cè)墻緊密貼合。

圖3 L型止封橡膠示意圖

③為保證氣盾閘門面板的順利啟降和止封效果,閘門面板與邊墻的間隙設(shè)計(jì)成20 cm,間隙過寬止封橡膠不能很好的與邊墻貼合,邊墻部位會(huì)漏水；過窄閘門面板與邊墻有可能產(chǎn)生干涉,閘門不能正常升降。閘門面板間隙合理即可防止邊墻滲漏水,同時(shí)保證閘門充排氣時(shí)升降自如,也能很好地解決本文中提到的不盡人意之隱患[3]。

（2）施工單位人員要有高度的工程施工質(zhì)量意識(shí),在各施工環(huán)節(jié)、施工工藝等方面提前意識(shí)到可能存在的工程質(zhì)量缺陷并提出應(yīng)對(duì)解決方案加以實(shí)施。如武夷山市黃柏溪引調(diào)水工程砼側(cè)墻在施工時(shí)采用鋼模板立模和精準(zhǔn)測(cè)量、安裝并加強(qiáng)模板支撐剛度,防止模板移位變形,對(duì)本文提到的不盡人意之隱患可能會(huì)完全消除或大部分消除；同時(shí)在施工過程中嚴(yán)格按照施工設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)將公差控制在合理范圍內(nèi),如混凝土過墻的平整度公差3 mm,兩個(gè)閘墩間,距離主錨栓中心線150 cm范圍內(nèi)的混凝土表面平整度為6 mm,且每英尺范圍內(nèi)變化不超過3 mm。為了嚴(yán)格控制誤差,禁止混凝土從較高位置澆筑。

5 結(jié)語(yǔ)

在社會(huì)的不斷發(fā)展中,國(guó)家對(duì)水利事業(yè)的關(guān)注度越來(lái)越高,并投入大量資金,各類水利工程項(xiàng)目不斷建設(shè),安全、環(huán)保、生態(tài)以及施工簡(jiǎn)單的一些新型產(chǎn)品新型施工工藝項(xiàng)目也不斷地被應(yīng)用到水利建設(shè)項(xiàng)目上。水利工程建設(shè)項(xiàng)目,不但要安全,還要生態(tài)、環(huán)保,并結(jié)合當(dāng)?shù)刈匀缓腿宋木坝^融入美觀元素,氣盾壩主要由氣囊、限位繩、盾板、鋼筋砼擋墻等組成,其中,氣囊體積小,這樣以來(lái)大大降低了充氣、排氣時(shí)間,可在短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)塌壩,氣盾壩能夠在汛期實(shí)現(xiàn)快速塌壩,可實(shí)現(xiàn)過水高度和運(yùn)行狀態(tài)可持續(xù)控制,施工及管理簡(jiǎn)單,運(yùn)行安全可靠等優(yōu)點(diǎn),不僅完成引水工程,而且給文化創(chuàng)業(yè)園區(qū)增添了一道亮麗的景觀。但是氣盾壩建成后若達(dá)不到設(shè)計(jì)美觀效果,將會(huì)出現(xiàn)壩頂（盾板頂）升壩后成不了一條直線、盾板兩端接觸面滲水等問題。本文針對(duì)運(yùn)行過程中存在的問題提出相應(yīng)的解決方法,通過設(shè)計(jì)、研究武夷山市黃柏溪引調(diào)水工程氣盾壩盾板與砼側(cè)墻面兩者之間的關(guān)系,旨在為該工程提供一定的技術(shù)支持,同時(shí)為類似工程中氣盾壩的應(yīng)用起到重要的參考價(jià)值。