城市河段橡胶坝下游消能防护

李思辰，张 垚（辽宁江河水利水电新技术设计研究院，辽宁沈阳110003）



城市河段橡胶坝下游消能防护

李思辰，张 垚
（辽宁江河水利水电新技术设计研究院，辽宁沈阳110003）

［摘 要］在当今城市河道建设中，为了美化城市形成景观带，通常会考虑修建多个橡胶坝等拦河建筑物，利用其回水来形成连续水面。这种建筑物在汛期时可以完全塌坝不阻碍行洪安全，但其建筑物本身的安全应给予一定的重视。文中结合王家湾橡胶坝工程实例，分析认为城市河段建筑物下游消能防护应相对保守。

［关键词］橡胶坝；消能设施；城市河段

1 项目背景

城市河段的橡胶坝主要担负着生态蓄水形成连续水面的城市景观功能，但城市段河道的工程安全更重要。王家湾橡胶坝，沈阳市王家湾橡胶坝位于沈阳市境内浑河城市段的河段上，在干河子拦河坝下游约6.86 km处，距下游长青桥约5 km，是一座坝长为401.00 m的7跨橡胶坝，其中1～5号坝段为充气式橡胶坝，坝高2.5 m，每跨长66.00 m，中墩宽为1.00 m，坝底板高程为43.00 m，坝顶高程为45.50 m，内压比0.75，橡胶坝管理房位于河道右岸；6号、7号坝段为充水式橡胶坝，坝高2.9 m，每跨长32.5 m，中墩宽为1.00 m，坝底板高程为43.60 m，坝顶高程为46.50 m，内压比1.5，橡胶坝管理房位于河道左岸。1号充气式橡胶坝坝下和6，7号充水式橡胶坝坝下为底流消能，1号充气式橡胶坝坝下为二级消力池，2～5号坝段为面流消能。橡胶坝工程为50年一遇洪水，工程等别Ⅲ等，建筑物级别为3级。

橡胶坝工程防洪标准为50年一遇，工程等别Ⅲ等，建筑物级别为3级。由辽宁省水利水电勘测设计研究院2005年1月设计。

运行10年来，王家湾橡胶坝共计进行了3次维修加固工程，工程运行过程中存在的主要问题为运行工况非原设计工况。原设计王家湾橡胶坝下游消能形式为面流消能型式，只做了干砌石海漫防护。当时，因为考虑规划中的长青橡胶坝修建以后，王家湾橡胶坝在长青橡胶坝回水范围之内，可以在王家湾坝下形成一定水深。根据《浑河沈阳城区段防洪规划修编报告（2006）》，长青橡胶坝计划在2010年修建，但至今未修建，目前坝下未形成面流消能所需的水深，所以消能工况非常不利。在2014年汛期后橡胶坝下游发现多处冲坑，需再次进行除险加固。

2 原工程结构

橡胶坝原设计1号坝段经常性塌坝调节蓄水位，其结构为上游0.3 m厚干砌石护坡土工膜防渗和0.4 m厚钢筋混凝土上游铺盖，坝袋高3.5 m，下游为0.3 m厚钢筋混凝土1∶4护坡与消力池衔接，消力池为0.3 m厚钢筋混凝土消力池，消力池池长22.6 m，后接0.4 m厚干砌石海漫。

2～5号坝段汛期塌坝平时不调节，其结构为上游0.3 m厚干砌石护坡土工膜防渗和0.4 m厚钢筋混凝土铺盖，坝袋高3.5 m，下游为0.3 m厚混凝土面板护坡设有排水孔，挑流消能（面板段水平长度14.5 m，挑坎段2 m），后接0.4 m厚干砌石海漫。

3 水毁原因分析

通过工程的实际运行，工况发生了巨大变化，原设计下游橡胶坝建成后，回水可达王家湾橡胶坝下游斜坡段半坡处，下游水深较深，上下游水头差较小，可以采用面流消能，较为经济。事实上，下游回水达不到原设计高程，下游水垫极薄，加之下游消力池结构，水头能量得不到消除，所以在汛期过后坝下经常出现冲坑。所以根据此工况，橡胶坝下游应设置正常的消能设施。

4 除险加固方案

2～5号坝段采用有底坎的底流消能。在面板护坡下接钢筋混凝土消力池，厚0.80 m，顺水流方向长30.00 m，底板顶高程37.00 m；海漫采用固滨笼结构，厚1.00 m，顺水流方向长64.60 m，海漫下铺设反滤土工布，海漫顶高程38.50 m，结构见图1。

图1 2～5号坝消力池剖面图

5 消能防冲复合

1）工况分析

当坝顶溢流时，由于泄流能力十分有限，单宽泄量较小，对下游防冲基本没有影响。当橡胶坝坍坝后，水流保持原流线行进，水头差极小，对下游防冲也基本没有影响。其最不利工况在橡胶坝坍坝过程中出现，此时下游水位较小，假定上游水面基本维持不变，挡水水位最高，水头差最大。

在坍坝过程中，上游水位维持不变（最大允许水位为46.00 m）时上下游水位差最大，消能防冲计算工况以（hc″-hs）为最大控制。

下游水位按主河槽（平均宽约401.00 m，糙率0.033，河道比降1.26‰）计算，当水位从滩地漫流时橡胶坝已经全部坍塌。计算参数见表1。

表1 上游水位46.00 m时橡胶坝消力池计算表

表2 上游水位46.00 m时各工况对应水跃参数表 m

2）水跃计算

各工况对应水跃参数见表2。

从上表可以看出，随着橡胶坝坍坝，下游水位上升，跃后水深与下游水深之差逐渐减少，控制工况在单跨橡胶坝坍坝过程中，当橡胶坝塌至1.0 m高，坝上水深为2.0 m时，跃后水深与下游水深之差最大，考虑到其它原因，当橡胶坝塌坝至1.00 m高时为控制工况，通过计算，我们可以看出设计洪水时通常不是橡胶坝消能防冲的控制工况，其运行调蓄期对下游的破坏要更严重。

3）消力池计算

控制工况消能计算结果见表3。

表3 消力池计算结果

6 结语

在当今城市河道建设中，为了美化城市形成景观带，通常会考虑修建多个橡胶坝、钢坝闸等拦河建筑物。但是通常一座城市河道的橡胶坝的回水会达到其上游橡胶坝的底板附近，那么一般橡

胶坝的运行工况均为其下游处有较深的水垫，一些橡胶坝在修建时为了节约投资均采取了面流消能，把其下游橡胶坝的回水100%考虑在内。事实上无法保证在任何时间段都可以100%执行调度安排，如出现溃坝、破损、非常规检修、交通施工需要等等工况出现时就会面临着因为某一座橡胶坝临时，或突然塌坝造成的其他橡胶坝的运行工况的改变，之前已经论证出橡胶坝的最不利工况会出现其运行调蓄时，其防护结构可能会出现损毁。所以，在城市河道拦河建筑物建设时，其防护形式应该更保守充分考虑其最不利的工况也就是上游水头最高而下游无水。

［参考文献］

［1］阳秀春.浅谈橡胶坝的安全运行管理［J］.民营科技，2009（1）.

［2］刘亚凤.橡胶坝在水利工程中的应用［J］.水利科技与经济，2005，11(1).

［中图分类号］TV86

［文献标识码］A

［文章编号］1002－0624（2016）06－0004－02

[收稿日期]2016-01-10