刘彦财

(黑龙江省引嫩工程管理处，黑龙江 大庆 163000)

七台河市城市防洪工程壅水建筑物设计综述

刘彦财

(黑龙江省引嫩工程管理处，黑龙江 大庆 163000)

根据河道壅水建筑的作用和特点，一般都采取溢流坝、翻板闸和橡胶坝3种建筑物结构形式，但橡胶坝正常运用时，坝袋充水胀起，成为壅水坝，并可坝顶少量溢流，当洪水期坝顶水深超过规定水深时，坝袋放水，坍平泄洪，不影响河道正常泄洪。优点较美观，运行操作方便。

城市防洪；壅水；建筑物；橡胶坝

0 前 言

七台河市是一座以煤炭工业为主的新兴城市，目前已成为全国著名的重要煤炭基地。七台河市工农业生产的迅速发展，在新形势下出现了新的矛盾，现有水利工程和已经规划工程不能满足七台河市社会及国民经济发展的新要求、新形势、新情况，为进一步加强和完善七台河市的水利建设，需尽快完成七台河市区倭肯河治理工程设计，以适应21世纪经济全球化和市场经济发展的需要，努力实现传统水利向资源水利、生态水利、现代水利转变，达到发展经济、可持续利用资源、保护环境、平衡生态等目的，为建设生态文明、人与自然和谐提供科学依据。

1 壅水建筑物型式选择

根据河道壅水建筑的作用和特点，拟定溢流坝、翻板闸和橡胶坝3种建筑物进行比较。

溢流坝堰顶高程较高，不设闸门调节，由于壅水后河道泄洪断面减少，遇大洪水行洪抬高水位较大，不安全。

翻板闸在河道修建翻板闸，以闸门控制河道水位和泄流。枯水期闸门关闭，壅高水位后在闸门顶少量溢流，汛期则根据预报，随时启动闸门泄放洪水。缺点闸门较多，运行操作不方便[1]。

橡胶坝正常运用时，坝袋充水胀起，成为壅水坝，并可坝顶少量溢流，当洪水期坝顶水深超过规定水深时，坝袋放水，坍平泄洪，不影响河道正常泄洪。优点较美观，运行操作方便。

综合以上比较，橡胶坝相比翻板闸运行方便，且省内有多处建橡胶坝经验，结合景观综合考虑壅水建筑物初选为橡胶坝。

2 橡胶坝总体布置

根据景观要求，河道平直段布设两座橡胶坝，1#橡胶坝位于左岸2+823，2#橡胶坝位于左岸8+952，坝轴线与河道水流方向垂直，橡胶坝段两侧与固滩连接。

2.1 1#橡胶坝布置

2.1.1 橡胶坝布置

1#橡胶坝布置在倭肯河右岸，顺水流方向总长36 m，由进口段、闸室段、消力池、海漫组成。进口段长6 m，进口底高程160.30 m，进口边墙采用钢筋混凝土悬臂式挡土墙结构，进口铺盖采用50 cm厚混凝土板。闸室段长10 m，闸底板高程160.60 m，底板厚1.2 m，橡胶坝充水顶高程为162.60 m，坝高2 m，坝袋长100 m，两侧设钢筋混凝土挡墙，墙顶高程与固滩高程齐平，均为163.00 m，闸室底板预埋Ф400充排水管，两侧边墙内设Ф200超压溢流管，其溢出中心高程为162.80 m。消力池长10 m，池深0.5 m，消力池底板厚0.8 m，两侧设悬臂式钢筋混凝土挡土墙，墙顶高程163.00 m。海漫段长15 m，采用30 cm厚干砌石护坡护底，下设20 cm碎石垫层和土工布一层，末端设1 m深防冲槽[2]。

2.1.2 固滩布置

橡胶坝两侧与固滩连接，考虑景观协调和交通需要，固滩顶高程163.00 m，顶宽取4 m，采用25 cm厚混凝土板，其下设砂砾石垫层20 cm，上游边坡1∶2.5，其下设砂砾石垫层20 cm，下游边坡1：5.0，其下设砂砾石垫层20 cm，上下游坡脚均设混凝土固脚，固脚下游设5 m宽干砌石护底。

2.2 2#橡胶坝布置

2.2.1 橡胶坝布置

2#橡胶坝布置在倭肯河右岸，顺水流方向总长36 m，由进口段、闸室段、消力池、海漫组成。进口段长6 m，进口底高程158.50 m，进口边墙采用钢筋混凝土悬臂式挡土墙结构，进口铺盖采用50 cm厚混凝土板。闸室段长10 m，闸底板高程158.80 m，底板厚1.2 m，橡胶坝充水顶高程为160.80 m，坝高2 m，坝袋长100 m，两侧设钢筋混凝土挡墙，墙顶高程与固滩高程齐平，均为161.20 m，闸室底板预埋Ф400充排水管，两侧边墙内设Ф200超压溢流管，其溢出中心高程为161.00 m。消力池长10 m，池深0.5 m，消力池底板厚0.8 m，两侧设悬臂式钢筋混凝土挡土墙，墙顶高程161.20 m。海漫段长15 m，采用30 cm厚干砌石护坡护底，下设20 cm碎石垫层和土工布一层，末端设1 m深防冲槽。

2.2.2 固滩布置

橡胶坝两侧与固滩连接，考虑景观协调和交通需要，固滩顶高程161.20 m，顶宽取4 m，采用25 cm厚混凝土板，其下设砂砾石垫层20 cm层，上游边坡1：2.5，其下设砂砾石垫层20 cm，下游边坡1∶5.0，其下设砂砾石垫层20 cm，上下游坡脚均设混凝土固脚，固脚下游设5 m宽干砌石护底。

3 橡胶坝坝袋设计

1#橡胶坝与2#橡胶坝的坝袋设计均为充水式，坝袋内压比α为1.3，坝袋强度设计安全系数按规定大于6.0，橡胶坝坝袋型号JBD2.0—200—1,胶布强度：J200200—1,200/200。坝袋胶布除满足强度要求外，还应具有耐老化、耐腐蚀、抗冲击，耐寒等特性。

橡胶坝的锚固系统采用螺栓压板式锚固，形成一个密封的袋体，用水将坝袋充胀，构成可升高或降低泄流的橡胶坝。因此其锚固构件必须满足强度和耐久性要求，达到牢固可靠和严密不透水的要求。

橡胶坝控制系统包括坝袋的充胀、排空，坝袋的超压溢流、空气排除及上下段水位观测等。充排系统包括水泵房、进排水管路及集水井等。

4 橡胶坝水力计算

橡胶坝水力计算包括过流能力计算、消能防冲计算、渗透稳定计算。

4.1 泄流能力计算

根据《橡胶坝技术规范》(SL227—98)，橡胶坝泄流能力采用计算公式为：

(1)

式中：Q为过坝流量，m3/s；σ为淹没系数；ε为侧收缩系数；m为流量系数；b为溢流断面平均宽度，m；H0为计入行近流速水头的堰上水头，m。

根据调洪计算塌坝后洪水全部在橡胶坝段泄流的橡胶坝过流能力，1#橡胶坝与2#橡胶坝设计过流量均为120 m3/s。计算结果见表1。

表1 橡胶坝(塌平)过流能力计算成果表

从表1中可以看出，1#橡胶坝与2#橡胶坝分别对应上游水位162.80 m和161.00 m的工况，计算过流量均为326.63 m3/s，均大于主河槽平槽最大泄流量120 m3/s，由于1#橡胶坝与2#橡胶坝所在位置河床总宽度分别约420 m和468 m，考虑橡胶坝与整体景观的协调和美观，橡胶坝坝长均采用100 m，其宽度能够满足泄流要求。

4.2 消能防冲计算

消能防冲计算采用以下公式进行计算：

(2)

水跃长度计算公式为：

(3)

消力池长度计算公式为：

Lsj=Ls+βLj

(4)

式中：Lsj为消力池长度，m；Ls为消力池斜坡投影长度，m；β为水跃长度校正系数,采用0.80。

消力池深度计算公式为：

d=σ0-hc″-hs′-△Z

(5)

消力池底板厚度计算公式：

(6)

式中：t为消力池底板厚度，m；△H为泄水时的上下游水位差，m；K1为消力池底板计算系数。

海漫长度计算公式为:

(7)

式中：Lp为海漫长度，m；q′为消力池未端单宽流量，m3/s/ m；Ks为海漫长度计算系数,根据地质资料取Ks=12。

海漫未端河床冲刷深度计算公式为：

(8)

式中：d″为海漫未端河床冲刷深度，m；q″为海漫未端单宽流量，m3/s/ m；[v0]为河床土质的不冲流速，m/s，取[v0]=0.6 m/s；hs″为海漫未端河床水深，m。

橡胶坝消能防冲计算成果见表2。

表2 橡胶坝消能防冲计算成果表

根据表2中计算结果，1#橡胶坝与2#橡胶坝均采用消力池池深0.5 m，池长10 m，海漫长15 m，海漫末端防冲槽深度1.0 m。

4.3 防渗设计

防渗计算采用公式：

J=△H/L

(9)

式中：L为渗经长度，m；△H为上下游水位差，m。

计算结果见表3。

表3 橡胶坝渗透稳定计算成果表

从表3中可以看出，渗透稳定满足要求。

5 结 语

橡胶坝在运行过程中，由于在日晒、水浸的环境中使用，受到复杂的自然条件影响，在各种外力作用和人为因素的影响下，其状态随时都在变化，如机械磨损、老化变质等。在管理运行中如不及时养护修理，则缺陷必将逐步发展，影响橡胶坝的安全，严重的甚至会导致工程失事。实践证明，有的橡胶坝工程，虽然原来有些缺陷，但由于认真管理，采取了积极的养护修理措施，而保证了工程的正常运用。相反，一个较好的橡胶坝工程，由于管理不善或无人管理，工程出现了缺陷，没有及时地发现或者没有采取必要的修补措施，造成坝袋撕裂，失去了橡胶坝的挡水作用。可见橡胶坝能否充分发挥效益，除了有合理地规划、设计、施工以及高质量的坝袋外，加强对工程的管理和维护是十分重要的，而建立管理机构又是搞好运用管理的基础和保证。又由于橡胶坝本身的特点是需要经常养护维修，为确保工程的正常运行，要求工程竣工后，必须建立管理机构。

[1]胡春艳.基于橡胶坝损坏原因和防治措施[J].黑龙江省水利科技，2008，36(03)：62-63.

[2]黑龙江省水利水电勘测设计研究院.七台河市区倭肯河近期治理工程可行性研究报告[R].哈尔滨：黑龙江省水利水电勘测设计研究院，2012.

1007-7596(2014)12-0164-03

2014-10-16

刘彦财 (1976-)，男，黑龙江青冈人，工程师。

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