郎福山 劉 巖

(沈陽翼羽工程建設(shè)監(jiān)理有限公司， 遼寧 沈陽 110161)

?

細(xì)河北臺(tái)段橡膠攔河壩工程充排水系統(tǒng)探討

郎福山 劉 巖

(沈陽翼羽工程建設(shè)監(jiān)理有限公司， 遼寧 沈陽 110161)

本文以細(xì)河北臺(tái)段攔河壩工程為例，介紹了攔河壩壩型選定過程，分析了橡膠攔河壩特征尺寸的確定，重點(diǎn)研究了橡膠攔河壩充排水系統(tǒng)工藝流程，探討了橡膠攔河壩充排水系統(tǒng)安全防護(hù)措施，為橡膠攔河壩工程安全高效運(yùn)行提供了有力保障。

攔河壩； 充排水系統(tǒng)； 安全設(shè)施； 探討

1 工程概況

本溪市平山區(qū)細(xì)河北臺(tái)段攔河壩工程位于團(tuán)結(jié)橋下游22m處。主要建筑物包括橡膠壩、節(jié)制閘、管理房和取水井等。橡膠壩底板高程111.20m，壩長204.4m，壩高2.5m，泄流凈寬192m，橡膠壩底板順?biāo)鞣较蜷L9m。橡膠壩共分三跨，兩邊跨壩長66m，中間跨壩長60m，中墩厚0.8m。橡膠壩底板高程111.20m。中墩頂高程114.20m，邊墩頂高程114.70m，攔河壩正常蓄水位113.70m，擋水高度2.5m。

該工程正常擋水位113.70m。正常蓄水位對(duì)應(yīng)庫容29.7萬m3。攔河壩處兩岸堤防設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為20年一遇。根據(jù)《水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》(SL 252—2000)的規(guī)定，庫容不大于100萬m3，工程規(guī)模為小(二)型。根據(jù)該工程的具體特點(diǎn)，結(jié)合現(xiàn)狀河道的防洪標(biāo)準(zhǔn)，確定橡膠壩工程建筑物級(jí)別為5級(jí)，次要建筑物級(jí)別為5級(jí)，臨時(shí)性水工建筑物級(jí)別為5級(jí)。設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為10年一遇(P=10%)，相應(yīng)洪峰流量1700m3/s，設(shè)計(jì)洪水位115.23m；壩下水位114.55m。校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為20年一遇(P=5%)，相應(yīng)洪峰流量2520m3/s，校核洪水位116.44m，壩下水位115.11m。

2 橡膠攔河壩特征分析

2.1 壩型的選定

該工程壩型為橡膠壩，與常規(guī)閘壩相比，橡膠壩具有結(jié)構(gòu)簡單、節(jié)省三材(鋼材、木材和石材)、造價(jià)低、施工期短、自重輕、抗震性能好、跨度大、不阻水、止水效果好、新穎美觀、管理方便、運(yùn)行費(fèi)用低等特點(diǎn)。

細(xì)河屬山區(qū)性河流，流域面積1126.3km2，土壤被覆薄，地勢(shì)起伏大，河道坡降陡，河槽調(diào)蓄能力小，故急驟強(qiáng)烈的暴雨而形成陡漲陡落的洪水。由于一次天氣過程造成的暴雨歷時(shí)較短，且主要集中在1d時(shí)間內(nèi)，致使較大洪水呈單峰型。一次洪水歷時(shí)一般3d左右，漲落歷時(shí)短，從起漲到峰頂一般1d左右，洪峰滯時(shí)約6h，退水歷時(shí)較長，一次洪水總量多集中在24h內(nèi)。根據(jù)細(xì)河洪水特性，要求攔河壩在來洪水時(shí)能快速坍壩。相對(duì)于常規(guī)閘壩，橡膠壩的坍壩時(shí)間比較短(<2h)。

橡膠壩壩袋內(nèi)水泄空后，緊貼在底板上，不縮小原有河床的過水?dāng)嗝?。橡膠壩坍壩時(shí)基本不阻水。故該工程壩型選擇為橡膠壩。

2.2 橡膠壩底板高程的確定

為防止推移質(zhì)泥沙隨水流卷入壩袋底部從而增加壩袋的磨損，在坍壩泄洪時(shí)，壩袋被泥沙覆蓋，管理維修困難，因此，在滿足泄洪斷面的情況下，壩底板高程比河道高程抬高了0.20m?，F(xiàn)狀河道高程為111.00m，橡膠壩底板高程確定為111.20m。

2.3 壩長、壩高的確定

a.壩長的確定。現(xiàn)狀河道平均寬度180m，最寬處210m。橡膠壩壩址所在位置的主河槽寬210m，設(shè)計(jì)橡膠壩長204.4m。

b.壩高的確定。橡膠壩正常蓄水位高程選取充分考慮灌溉地塊最高點(diǎn)高程，使蓄水后水位高于最高點(diǎn)，保證地塊內(nèi)灌溉用水。灌溉地塊最高點(diǎn)高程113.42m，同時(shí)在團(tuán)結(jié)橋上游左岸支溝內(nèi)建有取水口，取水口底高程113.50m。攔河壩上游兩岸地面高程在115.00m以上，保證攔河壩建成后攔河壩上游地面不產(chǎn)生侵潤和浸漬。選取攔河壩正常蓄水位高程113.70m，故確定橡膠壩壩高2.5m。

2.4 坍壩水位的確定

考慮攔河壩正常運(yùn)行時(shí)，溢流水位不漫過主河槽，并有一定的超高，確定最大水深達(dá)0.5m時(shí)坍壩。

2.5 壩袋充脹介質(zhì)選定

橡膠壩壩袋充脹介質(zhì)的選擇應(yīng)綜合考慮壩區(qū)自然條件，遵循管理運(yùn)用方便、經(jīng)濟(jì)實(shí)用的原則。初擬橡膠壩壩型為充水式。其優(yōu)點(diǎn)如下：

a.充水式橡膠壩最顯著的特點(diǎn)是適用于低水頭大跨度的攔河工程；操作靈活，有效壩高易于控制；汛期可快速放空壩袋，不影響河道行洪。

b.充水式橡膠壩在壩頂溢流時(shí)性能比較穩(wěn)定，過水均勻，對(duì)下游沖刷小。

c.充水式橡膠壩氣密性要求較低，可以降低施工難度，提高運(yùn)行的可靠性。

d.充水式橡膠壩具有結(jié)構(gòu)簡單、施工方便、造價(jià)低、節(jié)省三材和抗震性能好的特點(diǎn)。

鑒于充水式橡膠壩的以上特點(diǎn)，最終選定為充水式橡膠壩。

3 橡膠壩充排水系統(tǒng)分析

3.1 充水水源設(shè)計(jì)

橡膠壩總長204.4m，共分三跨，兩邊跨壩長66m，中間跨壩長60m，橡膠壩的底坎高程111.30m，壩高2.5m。橡膠壩正常充水時(shí)斷面積為9.71m2，總?cè)莘e為1863.6m3，

根據(jù)《本溪市平山區(qū)細(xì)河北臺(tái)段攔河壩工程——工程地質(zhì)勘察報(bào)告》，以及橡膠壩附近水源情況，考慮到橡膠壩充水時(shí)用水量較大，決定在橡膠壩上游河道靠近管理房一側(cè)建一取水井，取水井按平均出水量400m3/h設(shè)計(jì)。

3.2 充水工藝分析

橡膠壩充水時(shí)，啟動(dòng)管理房內(nèi)的離心泵，通過一根DN300的鋼管將取水井中的水通過橡膠壩底板下的三根DN300充排水管，分別送至各個(gè)壩袋內(nèi)，將橡膠壩充起。根據(jù)取水井出水量，充水潛水泵選用兩臺(tái)AL250/250A-37/4型離心泵，一用一備。橡膠壩的充水時(shí)間由取水井的出水量決定，充水時(shí)間約為1863.6/400=4.66(h)。充水系統(tǒng)工藝流程如圖1所示。

圖1 橡膠壩充水系統(tǒng)工藝流程

3.3 排水工藝分析

橡膠壩在汛期或維修期間需要排出壩袋內(nèi)的水，使壩袋塌平。壩袋排水采用自排與強(qiáng)排相結(jié)合的方法，自排是利用壩袋內(nèi)壓與下游河道的水位差，各壩袋內(nèi)的水通過三根DN300充排水管直接排入下游。當(dāng)自排停止或汛期有突發(fā)洪水出現(xiàn)時(shí)，啟動(dòng)離心泵，使橡膠壩內(nèi)的水位迅速降低，達(dá)到壩袋內(nèi)的水迅速排出的目的。橡膠壩排水時(shí)考慮泵站的運(yùn)行靈活性及減少設(shè)備的投資費(fèi)用，通過管道的連接和閘閥的設(shè)置，橡膠壩的充水和排水用同一臺(tái)水泵。汛期或需要時(shí)。該水泵的額定流量為600m3/h，額定揚(yáng)程為14m。配套電機(jī)額定功率為37kW，額定電壓為380V。汛期橡膠壩的總排水時(shí)間為(1863.6/600)/2=1.553(h)，滿足泄洪和規(guī)范要求。

排水系統(tǒng)工藝流程如圖2所示。

圖2 橡膠壩排水系統(tǒng)工藝流程

3.4 供排水安全設(shè)施

3.4.1 供排水安全設(shè)施

該橡膠壩壩袋設(shè)計(jì)內(nèi)壓高程為44.55m，內(nèi)水壓力為3.25m高水柱，AL250/250A-37/4型離心泵可滿足這一內(nèi)壓要求，因此利用水泵向壩袋供水安全可靠。排水有自排和抽排兩套完整系統(tǒng)，又可互為補(bǔ)充。機(jī)排時(shí)利用同一臺(tái)水泵通過閘閥調(diào)節(jié)可從壩袋直接排水，這樣確保了升壩和落壩的正常進(jìn)行。

3.4.2 防淤設(shè)施

為防止壩前泥砂淤積，影響壩袋運(yùn)用，在壩基底板中埋設(shè)有內(nèi)徑為0.4m的沖砂管(預(yù)制鋼筋混凝土管)，中心高程為110.65m，共設(shè)4根，管中心距為10m，與底板沉降縫錯(cuò)開布置。進(jìn)口前端擴(kuò)大為喇叭形，采用0.6m×0.6m×0.04m鋼筋混凝土預(yù)制插板封堵，人工操作，沖砂時(shí)將板抽出即可。出口經(jīng)消力池陡坡排沙入池。

3.4.3 其他安全設(shè)施

壩袋設(shè)有一根內(nèi)徑φ250mm的溢流管，引向左邊岸坡，利用閘閥控制穩(wěn)定袋內(nèi)水壓。溢流管進(jìn)口在壩袋內(nèi)的底墊片上開孔，并用法蘭把底墊片固定在底板上，出口設(shè)在左邊墩外側(cè)，出口管底高程114.55m，管口設(shè)拍門，防止河水倒灌。溢流管也可兼作排氣孔，壩袋上也設(shè)有排氣孔，以排除壩袋內(nèi)水氣。

管理房內(nèi)設(shè)有壩袋內(nèi)壓觀測(cè)管，可由水位浮標(biāo)帶動(dòng)水位計(jì)，觀察內(nèi)壓值讀數(shù)，以作為升壩、塌壩時(shí)的監(jiān)控。在壩上、下游設(shè)置水位標(biāo)尺，以便觀測(cè)上、下游水位。此外，為防止河內(nèi)樹枝等漂浮物刺破壩體，在壩上游設(shè)置攔污設(shè)施，壩前設(shè)置照明設(shè)備。

4 結(jié) 語

在壩袋充水前，首先清除充水管口濾網(wǎng)上的雜物，關(guān)閉排水管閥門，清除壩上游樹枝、石塊等雜物，檢查確認(rèn)無危及壩袋的因素存在后，再對(duì)壩袋進(jìn)行充水，排氣管、溢流管必須暢通。壩袋最高充水高度不得超過設(shè)計(jì)壩高，嚴(yán)禁超高壓運(yùn)行。壩袋運(yùn)行時(shí)，若發(fā)現(xiàn)上游有樹枝或其他危及壩袋安全的物體順流而下時(shí)，應(yīng)迅速采取措施及時(shí)清除，以免損害壩袋。

通過上述分析探討，對(duì)橡膠攔河壩工程充排水系統(tǒng)工藝進(jìn)行優(yōu)化，確保了橡膠攔河壩運(yùn)行安全穩(wěn)定。完善的充排水系統(tǒng)為橡膠壩運(yùn)行提供了保障，該工程的順利實(shí)施可供類似工程攔河壩設(shè)計(jì)運(yùn)營借鑒參考，可大大提高攔河壩工程的安全運(yùn)行壽命。

[1] 孫菲.細(xì)河北臺(tái)段攔河壩電氣節(jié)能設(shè)計(jì)與施工節(jié)能探討[J].中國水能及電氣化，2015(1)：55-57.

[2] 韓光輝.橡膠壩工程的優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].現(xiàn)代工業(yè)經(jīng)濟(jì)和信息化，2015(11)：46-47.

[3] 高日文.橡膠壩的施工技術(shù)[J].中國水運(yùn)，2015(4)：153-154.

[4] 張濤.采用淺層地下水作為充壩水源的橡膠壩設(shè)計(jì)[J].水利科技與經(jīng)濟(jì)，2015(4)：24-26.

[5] 單澤彪，石要武，石屹然，等.基于分?jǐn)?shù)階PIλDμ的橡膠壩充排水恒流控制[J].吉林大學(xué)學(xué)報(bào)(工學(xué)版)，2015(4)：1219-1224.

Discussion on water supply and drainage system in Xihe River Beitai Segment Rubber Barrage Project

LANG Fushan, LIU Yan

(Shenyang Yiyu Engineering Construction Supervision Co., Ltd., Shenyang 110161, China)

In the paper, Xihe River Beitai Segment Rubber Barrage Project is adopted as an example for introducing barrage dam type selection process and analyzing the determination of characteristics and size of rubber barrage. The process flow of rubber barrage water supply and drainage system is mainly studied. The safety protection measures of rubber barrage water supply and drainage system are discussed, thereby providing powerful guarantee for the safe and efficient operation of rubber barrage project.

barrage dam; water supply and drainage system; safety facilities; discussion

10.16616/j.cnki.11- 4446/TV.2016.12.007

TV64

A

1005-4774(2016)12- 0023- 03