七臺河市城市防洪工程壅水建筑物設計綜述

劉彥財

(黑龍江省引嫩工程管理處，黑龍江 大慶 163000)

七臺河市城市防洪工程壅水建筑物設計綜述

劉彥財

(黑龍江省引嫩工程管理處，黑龍江 大慶 163000)

根據河道壅水建筑的作用和特點，一般都采取溢流壩、翻板閘和橡膠壩3種建筑物結構形式，但橡膠壩正常運用時，壩袋充水脹起，成為壅水壩，并可壩頂少量溢流，當洪水期壩頂水深超過規定水深時，壩袋放水，坍平泄洪，不影響河道正常泄洪。優點較美觀，運行操作方便。

城市防洪；壅水；建筑物；橡膠壩

0 前 言

七臺河市是一座以煤炭工業為主的新興城市，目前已成為全國著名的重要煤炭基地。七臺河市工農業生產的迅速發展，在新形勢下出現了新的矛盾，現有水利工程和已經規劃工程不能滿足七臺河市社會及國民經濟發展的新要求、新形勢、新情況，為進一步加強和完善七臺河市的水利建設，需盡快完成七臺河市區倭肯河治理工程設計，以適應21世紀經濟全球化和市場經濟發展的需要，努力實現傳統水利向資源水利、生態水利、現代水利轉變，達到發展經濟、可持續利用資源、保護環境、平衡生態等目的，為建設生態文明、人與自然和諧提供科學依據。

1 壅水建筑物型式選擇

根據河道壅水建筑的作用和特點，擬定溢流壩、翻板閘和橡膠壩3種建筑物進行比較。

溢流壩堰頂高程較高，不設閘門調節，由于壅水后河道泄洪斷面減少，遇大洪水行洪抬高水位較大，不安全。

翻板閘在河道修建翻板閘，以閘門控制河道水位和泄流。枯水期閘門關閉，壅高水位后在閘門頂少量溢流，汛期則根據預報，隨時啟動閘門泄放洪水。缺點閘門較多，運行操作不方便[1]。

橡膠壩正常運用時，壩袋充水脹起，成為壅水壩，并可壩頂少量溢流，當洪水期壩頂水深超過規定水深時，壩袋放水，坍平泄洪，不影響河道正常泄洪。優點較美觀，運行操作方便。

綜合以上比較，橡膠壩相比翻板閘運行方便，且省內有多處建橡膠壩經驗，結合景觀綜合考慮壅水建筑物初選為橡膠壩。

2 橡膠壩總體布置

根據景觀要求，河道平直段布設兩座橡膠壩，1#橡膠壩位于左岸2+823，2#橡膠壩位于左岸8+952，壩軸線與河道水流方向垂直，橡膠壩段兩側與固灘連接。

2.1 1#橡膠壩布置

2.1.1 橡膠壩布置

1#橡膠壩布置在倭肯河右岸，順水流方向總長36 m，由進口段、閘室段、消力池、海漫組成。進口段長6 m，進口底高程160.30 m，進口邊墻采用鋼筋混凝土懸臂式擋土墻結構，進口鋪蓋采用50 cm厚混凝土板。閘室段長10 m，閘底板高程160.60 m，底板厚1.2 m，橡膠壩充水頂高程為162.60 m，壩高2 m，壩袋長100 m，兩側設鋼筋混凝土擋墻，墻頂高程與固灘高程齊平，均為163.00 m，閘室底板預埋Ф400充排水管，兩側邊墻內設Ф200超壓溢流管，其溢出中心高程為162.80 m。消力池長10 m，池深0.5 m，消力池底板厚0.8 m，兩側設懸臂式鋼筋混凝土擋土墻，墻頂高程163.00 m。海漫段長15 m，采用30 cm厚干砌石護坡護底，下設20 cm碎石墊層和土工布一層，末端設1 m深防沖槽[2]。

2.1.2 固灘布置

橡膠壩兩側與固灘連接，考慮景觀協調和交通需要，固灘頂高程163.00 m，頂寬取4 m，采用25 cm厚混凝土板，其下設砂礫石墊層20 cm，上游邊坡1∶2.5，其下設砂礫石墊層20 cm，下游邊坡1：5.0，其下設砂礫石墊層20 cm，上下游坡腳均設混凝土固腳，固腳下游設5 m寬干砌石護底。

2.2 2#橡膠壩布置

2.2.1 橡膠壩布置

2#橡膠壩布置在倭肯河右岸，順水流方向總長36 m，由進口段、閘室段、消力池、海漫組成。進口段長6 m，進口底高程158.50 m，進口邊墻采用鋼筋混凝土懸臂式擋土墻結構，進口鋪蓋采用50 cm厚混凝土板。閘室段長10 m，閘底板高程158.80 m，底板厚1.2 m，橡膠壩充水頂高程為160.80 m，壩高2 m，壩袋長100 m，兩側設鋼筋混凝土擋墻，墻頂高程與固灘高程齊平，均為161.20 m，閘室底板預埋Ф400充排水管，兩側邊墻內設Ф200超壓溢流管，其溢出中心高程為161.00 m。消力池長10 m，池深0.5 m，消力池底板厚0.8 m，兩側設懸臂式鋼筋混凝土擋土墻，墻頂高程161.20 m。海漫段長15 m，采用30 cm厚干砌石護坡護底，下設20 cm碎石墊層和土工布一層，末端設1 m深防沖槽。

2.2.2 固灘布置

橡膠壩兩側與固灘連接，考慮景觀協調和交通需要，固灘頂高程161.20 m，頂寬取4 m，采用25 cm厚混凝土板，其下設砂礫石墊層20 cm層，上游邊坡1：2.5，其下設砂礫石墊層20 cm，下游邊坡1∶5.0，其下設砂礫石墊層20 cm，上下游坡腳均設混凝土固腳，固腳下游設5 m寬干砌石護底。

3 橡膠壩壩袋設計

1#橡膠壩與2#橡膠壩的壩袋設計均為充水式，壩袋內壓比α為1.3，壩袋強度設計安全系數按規定大于6.0，橡膠壩壩袋型號JBD2.0—200—1,膠布強度：J200200—1,200/200。壩袋膠布除滿足強度要求外，還應具有耐老化、耐腐蝕、抗沖擊，耐寒等特性。

橡膠壩的錨固系統采用螺栓壓板式錨固，形成一個密封的袋體，用水將壩袋充脹，構成可升高或降低泄流的橡膠壩。因此其錨固構件必須滿足強度和耐久性要求，達到牢固可靠和嚴密不透水的要求。

橡膠壩控制系統包括壩袋的充脹、排空，壩袋的超壓溢流、空氣排除及上下段水位觀測等。充排系統包括水泵房、進排水管路及集水井等。

4 橡膠壩水力計算

橡膠壩水力計算包括過流能力計算、消能防沖計算、滲透穩定計算。

4.1 泄流能力計算

根據《橡膠壩技術規范》(SL227—98)，橡膠壩泄流能力采用計算公式為：

(1)

式中：Q為過壩流量，m3/s；σ為淹沒系數；ε為側收縮系數；m為流量系數；b為溢流斷面平均寬度，m；H0為計入行近流速水頭的堰上水頭，m。

根據調洪計算塌壩后洪水全部在橡膠壩段泄流的橡膠壩過流能力，1#橡膠壩與2#橡膠壩設計過流量均為120 m3/s。計算結果見表1。

表1 橡膠壩(塌平)過流能力計算成果表

從表1中可以看出，1#橡膠壩與2#橡膠壩分別對應上游水位162.80 m和161.00 m的工況，計算過流量均為326.63 m3/s，均大于主河槽平槽最大泄流量120 m3/s，由于1#橡膠壩與2#橡膠壩所在位置河床總寬度分別約420 m和468 m，考慮橡膠壩與整體景觀的協調和美觀，橡膠壩壩長均采用100 m，其寬度能夠滿足泄流要求。

4.2 消能防沖計算

消能防沖計算采用以下公式進行計算：

(2)

水躍長度計算公式為：

(3)

消力池長度計算公式為：

Lsj=Ls+βLj

(4)

式中：Lsj為消力池長度，m；Ls為消力池斜坡投影長度，m；β為水躍長度校正系數,采用0.80。

消力池深度計算公式為：

d=σ0-hc″-hs′-△Z

(5)

消力池底板厚度計算公式：

(6)

式中：t為消力池底板厚度，m；△H為泄水時的上下游水位差，m；K1為消力池底板計算系數。

海漫長度計算公式為:

(7)

式中：Lp為海漫長度，m；q′為消力池未端單寬流量，m3/s/ m；Ks為海漫長度計算系數,根據地質資料取Ks=12。

海漫未端河床沖刷深度計算公式為：

(8)

式中：d″為海漫未端河床沖刷深度，m；q″為海漫未端單寬流量，m3/s/ m；[v0]為河床土質的不沖流速，m/s，取[v0]=0.6 m/s；hs″為海漫未端河床水深，m。

橡膠壩消能防沖計算成果見表2。

表2 橡膠壩消能防沖計算成果表

根據表2中計算結果，1#橡膠壩與2#橡膠壩均采用消力池池深0.5 m，池長10 m，海漫長15 m，海漫末端防沖槽深度1.0 m。

4.3 防滲設計

防滲計算采用公式：

J=△H/L

(9)

式中：L為滲經長度，m；△H為上下游水位差，m。

計算結果見表3。

表3 橡膠壩滲透穩定計算成果表

從表3中可以看出，滲透穩定滿足要求。

5 結 語

橡膠壩在運行過程中，由于在日曬、水浸的環境中使用，受到復雜的自然條件影響，在各種外力作用和人為因素的影響下，其狀態隨時都在變化，如機械磨損、老化變質等。在管理運行中如不及時養護修理，則缺陷必將逐步發展，影響橡膠壩的安全，嚴重的甚至會導致工程失事。實踐證明，有的橡膠壩工程，雖然原來有些缺陷，但由于認真管理，采取了積極的養護修理措施，而保證了工程的正常運用。相反，一個較好的橡膠壩工程，由于管理不善或無人管理，工程出現了缺陷，沒有及時地發現或者沒有采取必要的修補措施，造成壩袋撕裂，失去了橡膠壩的擋水作用。可見橡膠壩能否充分發揮效益，除了有合理地規劃、設計、施工以及高質量的壩袋外，加強對工程的管理和維護是十分重要的，而建立管理機構又是搞好運用管理的基礎和保證。又由于橡膠壩本身的特點是需要經常養護維修，為確保工程的正常運行，要求工程竣工后，必須建立管理機構。

[1]胡春艷.基于橡膠壩損壞原因和防治措施[J].黑龍江省水利科技，2008，36(03)：62-63.

[2]黑龍江省水利水電勘測設計研究院.七臺河市區倭肯河近期治理工程可行性研究報告[R].哈爾濱：黑龍江省水利水電勘測設計研究院，2012.

1007-7596(2014)12-0164-03

2014-10-16

劉彥財 (1976-)，男，黑龍江青岡人，工程師。

TV644

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