白靓如，杨晓霞

（华北水利水电大学，河南 郑州 450046）

丁坝是河道整治工程中常用的建筑物，其主要作用是：束窄河槽、提高流速、冲刷浅滩；制造环流、横向导沙、增加航道水深；淤高河滩、保护河岸等[1]。但是传统的实体丁坝施工进度慢、稳定性差，在突发洪水时易遭到破坏，防洪抢险的风险较大[2]。透水丁坝是基于传统实体丁坝而创新的一种新型河工整治建筑物，有学者于1992 年首次提出水力插板技术，如图1 所示，并将该技术应用于滨海油田的堤防工程[3]；1998 年李西平[4]等提出井柱网格透水丁坝新技术，并将该技术应用到淮河的最大支流-沙河上；刘国起[5]等针对新疆沙漠段多沙河流，首次提出将透水丁坝和水利插板这两种技术相结合的水力插板透水丁坝新型护岸建筑物；高先刚[6]等对桩式透水丁坝进行动床模型试验，分析河床形态及冲淤特性，结果表明挑角和透水率影响较大，最适挑角45°～90°，最适透水率20%～30%。一些发达国家对透水丁坝的形式及工程应用做了许多研究[7-9]。近些年，在长江航道治理工程中也开展了不少新型透水丁坝的研究及应用，刘焕芳[10]等基于物理模型试验建立能量方程，推导出桩柱透水丁坝的壅水高度的计算公式；丁晶晶[11]等研究了混凝土四面透水框架在改进丁坝结构型式的应用，试验表明透水丁坝头局部冲刷坑深度得到有效控制；常留红[12-13]等依托长江南京下游12.5 m 深水航道建设工程，提出了一种空心梯形块结构型式的透水丁坝，研究了其适用条件及局部水力特性；许百强[14]等通过水槽概化模型试验研究了长江上游透水丁坝水面线分布情况，结果表明透水丁坝对上游壅水的效果强于实体丁坝，而且还具有减轻丁坝水毁、延长丁坝使用寿命以及改善生态环境等优点；闫杰超[15]等结合物理水槽试验和理论分析，研究淹没齿型丁坝阻力与其壅水响应关系，结果表明其阻力系数大小主要与无量纲淹没度和相对坝长有关。闫继红[16]等依托孟加拉国贾木纳河右岸丁坝防护项目，探讨丁坝坝头处冲刷机理及其主要影响因素并提出防护改进措施。

图1 水力插板技术

但是在实际工程中，现有透水丁坝一旦修建不能随意拆除，且对于能够适应多种水流条件的透水丁坝的研究较少。本文提出了一种新型矩形透水丁坝的设计思路，非汛期时，合理设置坝体与河岸角度及透水率，束窄河槽以满足通航要求；汛期时，可根据来流特点改变坝体透水率，调整坝体使之与堤岸接近平行，有效降低水流与坝体的正面冲击，适应多种水流条件。

1 新型透水丁坝结构设计

1.1 坝体的整体设计

坝体由主坝体和设置在主坝体前为迎水面的副坝体组成，均匀对应开有多个矩形过水孔洞，如图2（a）所示，三维结构图如图3 所示。主坝体正面左右两端竖向设有固定台，固定台上端开有对称轴孔，其间设有螺纹丝杆，螺纹丝杆的两端都通过轴承套装在对应固定台的轴孔内。螺纹丝杆的右端穿过轴承并固定有带把手的转盘，副坝体的上端面左右两端对称设有中部带螺纹孔的连接台，连接台套装在螺纹丝杆上，下端通过支撑台连接在一起，支撑台中部横向开有滑槽。副坝体的底部两端对称固定安装有2 个滑轮。滑轮套装在支撑台上的滑槽内，主坝体的正面与副坝体的背面接触连接。

当通过把手顺时针转动转盘时，转盘带动螺纹丝杆转动，螺纹丝杆转动的同时，套装在螺纹丝杆上的连接台会沿螺纹丝杆向左移动，连接杆移动的同时会带动副坝体通过底部的滑轮沿支撑台上的滑槽向左移动，此时由于副坝体的位置发生变化，主坝体与副坝体上原本重叠的过水孔洞发生错位移动，使副坝体遮挡住了主坝体上的过水孔洞，所以减少了坝体的过水量，如图2（b）所示。

图2 坝体结构设计

图3 透水丁坝3D 效果示意

1.2 坝体与堤岸的连接设计

透水丁坝竖向设置在河道一侧的钢板桩上，钢板桩下段固定在河道地基中，上段的背面有两个固定在河堤内的横柱，钢板桩的上段前侧中部竖向开有凹槽，凹槽前侧的河道内竖向设有矩形坝体，如图4 所示。

图4 坝体与堤岸的连接设计

钢板桩上凹槽的长度等于坝体的高度，坝体临近河岸的一侧为近岸面，远离河岸的一侧为远岸面，坝体远岸面中部靠下的位置处横向设有牵引环，近岸面与钢板桩的凹槽通过铰链铰接固定在一起。

1.3 坝体与堤岸的传动结构设计

河岸上设置牵引车，牵引车的移动轨迹与河岸边平行，并且在河岸上沿着牵引车的移动轨迹线均匀设有多个固定桩槽，在牵引车前后两端临近的固定桩槽内安装固定桩用来限制牵引车的位置，如图5 所示。

图5 坝体与堤岸牵引设计

在河岸的边缘处沿河道平行铺设固定轨道，固定轨道底部沿轨道方向均匀开有多个保险孔，如图6 所示。固定轨道上设有导向台，导向台底部固定在固定轨道内，并可沿固定轨道前后移动，导向台上端面后端竖向设有限位螺栓，拧紧限位螺栓可以固定导向台在固定轨道上的位置，导向台上端面前端竖向开有贯穿导向台的销孔，销孔内套装有保险销，保险销的下端穿过导向台延伸至固定轨道内对应的保险孔内，当限位螺栓松动时保险销也能限制导向台在固定轨道上的位置。导向台上端面中部固定设有导向轮，坝体上的钢绞绳通过导向轮导向后固定在牵引车上，当牵引车向前移动时，通过钢绞绳拉动坝体绕钢板桩逆水流向河岸移动。

图6 堤岸固定轨道

2 布置方案

枯水期来临时，透水丁坝群要达到最大阻水效果，使水位壅高达到正常航运水深，防止在坝前发生挑流，可将丁坝群纵向排列布置，如图7 所示。首先将牵引车前后两端固定桩槽内的固定桩拆除，然后向后移动牵引车使坝体受水流冲击沿水流方向绕钢板桩旋转移动，当坝体与水流方向的夹角呈90°时，停止移动牵引车，在牵引车前后两端临近的固定桩槽内安装上固定桩，用来限制牵引车的位置，此时由于牵引车的位置被固定，所以坝体位置也被固定。此时，透水丁坝达到最大阻水效果。

图7 透水丁坝群纵向排列布置

中水期时，可根据实际航道水深的需要灵活调整坝体与河岸的夹角。

汛期来临时，为了拓宽河道，达到快速泄洪的目的，首先将导向台上的保险销从销孔内拔出，之后将牵引车前后两端固定桩槽内的固定桩拆除，接着向前移动牵引车通过钢绞绳拉动坝体，使坝体绕钢板桩逆水流向河岸旋转移动。移动牵引车时，拧松导向台上的限位螺栓，沿牵引车移动方向推动导向台，当导向台移动到固定轨道最前端时，拧紧限位螺栓，将导向台固定在固定轨道上，并将保险销插进销孔内，此过程中牵引车继续移动，当坝体贴近岸边时，停止移动牵引车并在牵引车前后两端临近的固定桩槽内安装固定桩，用来限制牵引车位置，由于固定台和牵引车的位置都被固定，所以坝体位置也被固定，此时坝体贴近河岸，河道最宽。

汛期过后，来流量减少，接下来的布设方式按上述枯水期的方式进行设置。

3 结束语

（1）该设计能降低水流对坝体的冲击，通过改变副坝体与主坝体的相对位置来控制坝体过水孔洞的大小，从而可使水流在通过透水丁坝群时逐级减缓水流流速，降低首坝所受到的水流冲击力。

（2）该透水丁坝设计可改善枯水期航道通航能力，通过改变透水丁坝的挑角及透水率，束窄航道，壅高水位，以满足枯水期通航要求；汛期拓宽河道，快速泄洪。与此同时，还能营造多种水流形态，有利于鱼类索饵、产卵和避难，且该结构本身也能为其他众多水生生物提供栖息场所。

（3）该透水丁坝设计可用于游荡型河道的整治，塑造河道主槽，通过改变透水丁坝与河岸的角度，挑射水流，降低对堤岸的侵蚀。

（4）该设计在通过牵引车调整角度时，还需考虑牵引车最大承受力等问题；坝体长度、高度等设计参数的具体值，还需通过模型试验验证确定。