王 冰，李 曼，柏金凤

(1.黑龙江省水利水电勘测设计研究院，哈尔滨150080;2.绥化市气象局，黑龙江绥化152000)

阿城城区段防洪工程是一项综合工程。工程主要任务是防洪，完善阿什河城区段防洪体系，提高防洪标准，逐步改善河道及两岸水环境和生态环境，增加滨水空间。治理范围为阿什河上游301国道至下游民合拦河闸范围及下游2.48 km回水堤。橡胶坝主要作用是拦蓄河水，使蓄水河道非汛期形成二级蓄水水域，汛期橡胶坝坝，不影响河道泄洪。

1 工程概况

根据哈尔滨市阿城区近期城市规划的要求，在糖厂位置设置橡胶坝，以满足城区景观要求，为打造滨水城市创造条件。所以本次设计在右岸桩号6+200位置布置橡胶坝，前提是不影响原有河道行洪，即满足50 a一遇洪水泄洪条件，选定底板顶高程135.80 m，分三孔布置，每孔净宽40 m。

2 橡胶坝总体布置

橡胶坝由进口护砌段、混凝土铺盖段，橡胶坝段、消力池段、海漫段组成。

进口段由8 m长的干砌石护砌段构成。混凝土铺盖段长8 m，宽125 m。橡胶坝段由底板、中墩、边墩及坝袋组成。橡胶坝段长10 m，宽125 m，分3孔，每孔净宽40 m坝袋为橡胶坝袋，分3段，每段40 m，坝袋顶高程为138.30 m。

消力池段长8.0 m，宽125 m，底板顶高程135.00 m海漫段由10 m长的干砌石护砌段构成，右侧为干砌石护坡，左侧与原泄洪闸衔接。橡胶坝布置见图1。

图1 橡胶坝布置图

3 水力计算

3.1 橡胶坝过流能力计算

过坝流量计算公式为:

式中:Q为过坝流量，m3/s;B为溢流断面的平均宽度，m;h0为堰顶水头，m;m为流量系数;σ为淹没系数;ε为侧收缩系数。坝袋完全坍平时，视作宽顶堰，流量系数取0.385;坝袋充胀时，视作曲线型实用堰，流量系数取0.43。橡胶坝顶溢流时，严禁坝袋发生振动，溢流时将溢流水深控制在0.3 m的范围内。

经计算坝袋完全坍平时泄流量为1 017 m3/s，加上右侧原有泄洪闸的能力104.9 m3/s，共计1 121.9 m3/s，大于50 a一遇的洪峰流量1 047 m3/s，满足设计过流要求。

3.2 橡胶坝消能防冲计算

橡胶坝采用底流消能措施，在坍坝时可不设消力池，充坝时堰上水深0.5 m下游水深0.3 m为控制条件。

3.2.1 消力池深度计算

跃前水深hc按下式推求:

式中:T0为由消力池底板顶面算起的总势能;q为过闸单宽流量，m3/s;α为水流动能校正系数;ψ为流速系数;

跃后水深hc″按下式推求:

出池落差ΔZ按下式计算:

式中:hs为出池河床水深。

消力池深度d按下式计算:

式中:σ0为水跃淹没系数。

经计算，d=0.38 m，设计取0.5 m。

3.2.2 消力池长度计算

水跃长度:

消力池长度:

式中:Lj为水跃长度，m;Ls为消力池斜坡段投影长度，m;Lsj为消力池长度，m;β为水跃长度校正系数。

经计算，Lsj=6.0 m，设计取8 m。

3.3 海漫计算

3.3.1 海漫长度计算

海漫长度计算公式为:

式中:Lp为海漫长度，m;qs为消力池末端单宽流量，m3/s;Ks为海漫长度系数;ΔH'为上、下游水位差，m。

经计算，Lp=9.8，设计取10.0 m。

3.3.2 防冲槽深度计算

防冲槽深度计算公式为:

式中:dm为海漫末端河床冲刷深度，m;qm为海漫末端河单宽流量，m3/s;［v0］为河床土质允许不冲流速，m/s;hm为海漫末端河床水深，m。

经计算防冲槽1.0 m。

3.4 坝袋设计

坝袋径向计算强度为:

式中:T为坝袋径向计算强度;γ为水的容重;α为内压比;H0为内压水头;H1为设计坝高。

设计内压比α值根据橡胶坝的其它参数，本着使胶布强度得到充分利用，达到坝袋有效周长最短，并结合厂家实际参数比较和计算确定为1.45。

坝袋径向计算强度T=29.69 KN/m

坝袋的有效周长:采用双锚线的坝袋，分坝袋有效周长和底垫片的有效长度两部分，实际有效长度再加上锚固所需长度。

坝袋有效周长和底垫片有效长度按下式计算:

式中:n为上游贴地段长度;α为内压比;H1为设计坝高。

式中:R为上游坝面曲线段半径。

式中:S1为上游坝面曲线段长度，m;S为下游坝面曲线段长度，m;X0为下游贴地段长度，m;L0为坝袋有效周长;l0为底垫片有效长度，m。

经计算坝袋有效周长为5.96 m，底垫片有效长度为4.5 m。

3.5 锚固设计

我国橡胶坝工程常用的锚固型式有:螺栓压板锚固、楔块挤压锚固及胶囊充水锚固3种。本工程选用比较经济耐久的楔块挤压锚固型式。

3.6 充排水系统设计

橡胶坝的充排水系统由水泵、水井、管道和控制系统组成，充水时用水泵抽水井中的水通过管道进入坝袋充起，需要坍坝时，用水泵抽坝袋内的水通过管道抽回进入消力池。充坝管径D=300 mm。

4 结语

橡胶坝具有节省“三材”、造价低、坝时不阻水、抗震性好及结构简单、安装速度快、工期短、操作灵活等特点。是适宜低水头大跨度的拦河工程，尤其适宜经常性充水，泄量较多的河道当闸门使用。阿什河阿城城区段具有河道宽，过洪频繁特点，修建橡胶坝非常适合。本工程取得了较好的经济效益，也为发展当地旅游业提供了一个新的亮点。随着材料科学技术的发展及坝袋生产技术水平的提高，橡胶坝将得到更广泛的应用。但是，必须做好防冰凌防泥沙淤积等实际管理技术与对策。

［1］黑龙江省水利水电勘测设计研究院.黑龙江省哈尔滨市阿城区阿什河阿城城区段防洪工程［R］.哈尔滨:黑龙江省水利水电勘测设计研究院，2009.

［2］王溥文，韩昌海，童中山.橡胶坝技术与应用［M］.北京:水利水电出版社，2008.

［3］中国水利水电科学研究院.SL227－98橡胶坝技术规范［S］.北京:中国水利水电出版社，1998.