某生態(tài)水系營造工程攔河橡膠壩沖排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

李孟洋

（河南省水利勘測設(shè)計(jì)研究有限公司，河南 鄭州 450000）

1 工程概況

赤峰市中心城區(qū)生態(tài)水系營造工程攔河橡膠壩設(shè)計(jì)包括在陰河上新建三座攔河橡膠壩，分別位于河道中心樁號(hào)6+100、6+750、8+450 處，順序命名為1#、2#、3#。三道橡膠壩結(jié)構(gòu)形式均相同，僅樁號(hào)位置不同，橡膠壩采用充水式，設(shè)計(jì)壩寬165 m（含2 個(gè)中墩1.60 m），共分3 孔，單孔凈寬54.46 m，橡膠壩總凈寬163.40 m，設(shè)計(jì)河道比降2.70‰。由于三座橡膠壩結(jié)構(gòu)型式均相同，下面以樁號(hào)8+450處的3#壩為例，重點(diǎn)圍繞3#橡膠壩沖排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行分析研究。

2 3#橡膠壩沖排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 橡膠壩袋的充脹與排放

據(jù)《橡膠壩工程技術(shù)規(guī)范》及國內(nèi)已建橡膠壩工程統(tǒng)計(jì)，坍壩時(shí)間1-2 h。橡膠壩建于行洪河道上，遇有突發(fā)洪水情況，需要在較短時(shí)間內(nèi)排水坍壩。主要采用動(dòng)力式排水，輔以自排，設(shè)計(jì)坍壩時(shí)間1.60 h。

橡膠壩壩袋容積843.20×3=2 529.60 m3（三孔），動(dòng)力式充水，充壩時(shí)間12.65 h。

2.2 水泵選型

2.2.1 排水管道泵

2.2.1.1 管道泵流量計(jì)算

充水式橡膠壩，水泵的選型根據(jù)壩的規(guī)模，充（坍）壩時(shí)間以及擬定的系統(tǒng)計(jì)算水泵流量及揚(yáng)程。按水泵流量公式：Q=，經(jīng)計(jì)算，結(jié)果見表1。

表1 陰河3#橡膠壩排水管道泵流量計(jì)算表

2.2.1.2 管道泵（離心泵）揚(yáng)程計(jì)算

按管道泵揚(yáng)程公式：HB=（Δ1-Δ2）+ΔH，計(jì)算結(jié)果表（此略）。

2.2.1.3 排水管道泵選型結(jié)果

根據(jù)表1計(jì)算結(jié)果可知，在許可的坍壩時(shí)間及合適的泵流量情況下，2 臺(tái)管道泵即可滿足排水要求。選擇4 臺(tái)管道泵，2備2用。

2.2.2 井用潛水泵流量計(jì)算

潛水泵流量及揚(yáng)程計(jì)算公式同管道泵，計(jì)算結(jié)果表（此略），潛水泵選型表（此略）。

2.3 水源井結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

根據(jù)地勘報(bào)告資料，水源井單井出水量200～220 m3/h，井深60 m，影響半徑250～300 m。壩址處地質(zhì)條件與該眼井基本相同。根據(jù)水文地質(zhì)資料，地下水埋深10 m，動(dòng)水位4～10 m。隔水底板巖性為凝灰?guī)r，埋深60 m，低山丘陵區(qū)地下水，以第四孔隙潛水為主，含水層為沖洪積砂礫卵石。

根據(jù)橡膠壩壩袋容積、充水時(shí)間，于主泵房內(nèi)建一眼水源井，水源井內(nèi)設(shè)井用潛水泵一臺(tái)，抽取地下水，直接由管道進(jìn)入橡膠壩袋。設(shè)計(jì)水源井結(jié)構(gòu)為鉆孔直徑600 mm，井內(nèi)徑400 mm，井深60 m。

按過濾器長度計(jì)算公式：L0=dlg（Q+1），經(jīng)計(jì)算，L0=33 m。取過濾器長度為40 m，選用1×10 mm 金屬網(wǎng)做濾水層。濾管開孔率為28%，圓孔直徑根據(jù)含水層顆粒大小確定，圓孔直徑d≤3.5d50，取20 mm，采用鋼筋骨架過濾器，骨架管上設(shè)縱向墊筋高度6 mm，間距保證纏絲距管壁3 mm，墊筋兩端設(shè)擋箍。水源井徑400 mm，井壁厚6 mm，井壁管長15 m，濾管長40 m，沉淀管長5 m。

2.4 充排管路設(shè)計(jì)

2.4.1 充、排水管徑計(jì)算

表2 陰河3#橡膠壩充、排水管道管徑計(jì)算表

充排水管路采用螺紋鋼管，管徑為DN400 mm、DN300 mm。因壩較長，為適應(yīng)底板的不均勻變形，鋼管間于沉陷處采用柔性橡膠接頭連接。之外，另設(shè)3根φ50 mm的觀測管。

2.4.2 充排水管路布置

三孔壩袋充排時(shí)分別單獨(dú)使用一套管路，即每個(gè)壩袋均有一套獨(dú)立的充排管路。按此布置，可通過充排管路上的閘閥控制單個(gè)壩袋的塌落，以適應(yīng)泄洪排砂等特殊情況的要求。

壩袋底板內(nèi)布置2條直徑為DN300 mm的充、排水管路，每條充排管路各設(shè)充（排）水口一處，充（排）水口需設(shè)置水帽。充排水管安裝高程距橡膠壩底板頂面0.50 m。2條管路進(jìn)入泵房后與直徑為DN400 mm的集水管連接，然后與泵房內(nèi)的水源井連通形成供水管路系統(tǒng)。DN400 mm集水管另一側(cè)分出2條支管與4 臺(tái)管道離心泵連接。泵房內(nèi)設(shè)4 臺(tái)管道離心泵，2 備2用，當(dāng)其中2臺(tái)管道離心泵因事故停機(jī)或檢修時(shí)，另2臺(tái)備用管道離心泵可照常工作。

由于排水系統(tǒng)管路與充水系統(tǒng)管路設(shè)計(jì)共用一套，以閥門切換來運(yùn)行壩袋的充排。壩段底板內(nèi)埋設(shè)管路設(shè)成略傾斜，坡度1.40‰，自泵房底層外墻與底板相交處轉(zhuǎn)成水平。

2.5 泵房及控制室

在橡膠壩址右側(cè)翼墻外，壩址右岸防洪堤內(nèi)設(shè)計(jì)充排水泵房，分上下兩層，下層是橡膠壩充排水及管道部分控制室，上層為管理及辦公室，管理房設(shè)控制室、值班室、會(huì)議室及衛(wèi)生間。泵房建筑面積337 m2。

泵房上層管理及辦公室為框架結(jié)構(gòu)，混凝土獨(dú)立基礎(chǔ)，泵房外墻體為37 cm 厚承重空心磚，內(nèi)墻體為24 cm 厚非承重空心磚，屋頂為混凝土屋頂。內(nèi)墻抹1∶3混合砂漿，刷內(nèi)墻涂料，外墻1∶2水泥砂漿抹灰，刷防水涂料。管理房室內(nèi)地面為水泥地面砂漿壓平、搟光，走廊、控制室、值班室鋪室內(nèi)地磚。室內(nèi)吊木楞天棚，上鋪苯板保溫。屋面采用保溫彩鋼板。窗為雙層塑鋼窗。室內(nèi)門為實(shí)木門，外門為塑鋼門。抗震設(shè)計(jì)按七度設(shè)防。

泵房下層控制室為防滲鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，控制室下層井房內(nèi)設(shè)水源井一眼，井用潛水泵二臺(tái)（一備一用），離心泵4 臺(tái)（2備2用），泵房上下層之間用樓梯相連接。

2.6 壩袋安全與觀測

2.6.1 安全設(shè)備設(shè)置

橡膠壩每個(gè)壩段均設(shè)兩處超壓溢流管，分別出露于邊墻及中墩頂，管徑為DN300 mm，管材為熱軋無縫鋼管。為準(zhǔn)確監(jiān)測橡膠壩上下游水位，在壩上下游設(shè)置水位計(jì)，保證壩體安全運(yùn)行。每個(gè)壩段內(nèi)設(shè)2 個(gè)排水口，在排水口周圍設(shè)1∶10 反坡，保證排水暢通。同時(shí)設(shè)置水帽于排水口上部防止壩袋損害。充水時(shí)壩袋頂留有殘存氣體，為排除壩袋內(nèi)殘存氣體，每個(gè)壩袋兩端各設(shè)置一個(gè)排氣閥。

2.6.2 壩袋內(nèi)壓觀測

采用DN50 mm的熱軋無縫鋼管為連通管進(jìn)行壩袋內(nèi)壓觀測，連通管引至泵房內(nèi)，設(shè)置專門觀測空間，出露部分采用有機(jī)玻璃管以利于觀測。

3 結(jié)語

綜上所述，熟悉3#橡膠壩沖排水系統(tǒng)總體概況，圍繞橡膠壩袋的充脹與排放、水泵選型、水源井結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、充排管路設(shè)計(jì)、泵房及控制室和壩袋安全與觀測等六方面完成3#橡膠壩沖排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)內(nèi)容。