简论气盾坝的设计

□徐君冉 赵海涛 张乐为

简论气盾坝的设计

□徐君冉 赵海涛 张乐为

简论气盾坝的设计，包括坝址选择、坝高确定、坝袋设计、过流能力和消能计算、防渗长度和坝底板稳定计算等，使之达到经济效益、社会效益、环境效益的最佳组合。

生态气囊支撑坝；拦河蓄水；防渗长度；坝底板稳定

1.坝址的选择及坝高的确定

1.1 坝址布置原则

根据 《橡胶坝技术规范》(GB/ T50979-2014)，选择坝址时应根据橡胶坝的特点和运用要求，考虑地形、地质、水流、泥沙、环境影响等因素，经过技术经济比较后确定。坝址应选择在有开阔地形、稳定岸坡的河段，宜优先考虑地质条件好的天然地基上，避免选用人工处理地基。拦河坝尽可能布置在河道相对顺直、水流流态平顺的河段；不宜选在冲刷和淤积变化大、断面变化频繁的河段。拦河坝布置考虑与两岸地形相协调，坝址应选在两侧地势较高的河段。拦河坝布置考虑支流影响，布置在支流上游处，减少支流洪水对橡胶坝运行的不利影响。选择坝址还应综合考虑材料来源、对外交通、施工导流、场地布置、供水供电等条件，还应考虑橡胶坝建成后运行管理、坝袋检修等条件。

1.2 坝址及坝高

以河北省遵化市沙河纪各庄气盾坝为例，纪各庄气盾坝主要考虑到人工湿地取水水头要求及就近原则，同时考虑坝体上下游河道平顺要求，将气盾坝布置在沙河魏进河汇入后上游约270m处，桩号2+200处，根据人工湿地进口水位要求，坝高确定为3.0m。

2.气盾坝布置

纪各庄气盾坝分2跨，单跨净长65.0m，高3.0m，底部由铺盖、防渗灌注桩、底板、消力池等组成，均为钢筋混凝土结构。铺盖长10m，厚0.5m；防渗灌注桩位于铺盖首端以下，钢筋混凝土结构，深20m，桩径0.6m；坝袋底板长13.0 m，厚1.45m，消力池长14m，深1.0m，底板厚0.7m，两岸均为钢筋混凝土挡墙。钢筋混凝土强度等级均为C30，抗渗等级为W4，抗冻等级为F150,素混凝土垫层强度等级为C15。

盾板为弧形结构，表面采用钢制热镀锌，每单元长5m，厚20mm，单元间采用高强橡胶复合带软连接；橡胶气囊骨架材料由多层斜交帘布和特种橡胶构成，工作压力0.15MPa，厚40mm。

气盾坝铺盖上游5m范围内的河底布置抛石防冲槽，深2.0m，并与上游河道衔接；岸坡防护采用钢筋混凝土扭面，与上游河道衔接，厚0.5m。橡胶坝下游采用相同渐变方式与河道连接但衬砌方式改为浆砌石，浆砌石厚0.5m。

农业经济管理为农村经济发展寻找合适的解决方案，关注实际问题，应用理论深化解决实际问题，解决农村经济发展面临的问题[3]。农业经济管理掌控农村经济发展、理论指导，应为农村经济发展提供最适宜的解决、发展方案。农业经济管理不断优化农村经济发展方案，要理论联系实际，提出因地制宜、合理的方案，以对当地农业提出适宜的、高效的实际方案，保障广大农民的利益，为广大农民排忧解难。在提出解决方案时，务必要联系实际，实地考察，做到“以民为本”，对当地情况进行合理、全面分析，了解当地的资源情况，提出合理的规划，利用农业经济管理为农村经济指出明确的方向，提出合理的规划及有效的解决方案。

气盾泵房布置在沙河左岸桩号2+ 200处，为地面式单层砖混结构，净尺寸：6.0m×7.0m，内部放置集成充排系统，远程控制系统布置在管理处。

各混凝土结构底部需浇筑素混凝土垫层，每侧应超出结构底边缘400mm，厚150mm。

表1 气盾坝消能计算成果表

3.气盾坝设计

3.1 坝袋设计

气盾坝盾板与气囊通过锚固螺栓与底板连接，通过气囊的充涨控制盾板的启闭。采用充气式气囊，工作压力0.15MPa。盾板及气囊锚固型式为螺栓压板锚固。橡胶气囊材料采用多层斜交帘布和特种橡胶构成。

3.2 水力计算

拦河坝工程的水力计算包括：过流能力计算和消能计算。

拦河坝泄流能力计算：拦河坝坍坝行洪能力按宽顶堰计算，根据水面线计算成果，橡胶坝塌坝运行时的过流量满足3年一遇沙河洪峰流量528m3/s，上游壅水0.09m，橡胶坝布置宽度满足河道行洪能力。

消能防冲计算：根据橡胶坝及气盾坝运行特点，按《水闸设计规范》，分为以下三种工况进行消力池设计。

工况1：溢流，溢流高度采用0.1m；

工况2：坍坝，每次坍坝高度控制在0.2m；

工况3：行洪，橡胶坝全部塌平行洪。

橡胶坝下游消能防冲按照《水闸设计规范》附录B计算。见表1。

3.3 防渗长度计算

根据《遵化市沙河水平口引滦水源地保护工程初步设计阶段工程地质勘察报告》：场区地下水位埋深较浅，施工中应考虑地表水、地下水的影响，坝基浅部为卵砾石，工程正常运行时，在上下游水头差的作用下有发生渗透破坏的可能性。根据规范判断，地基发生渗透变形破坏的类型为管涌型，建议允许水力比降为0.15。建议采取防渗措施。

一是计算方法。

此次设计采用 《水闸设计规范》中的改进阻力系数法研究坝基的渗流问题。

二是计算工况组合。见表2。

三是主要结论。

表2 坝基渗流计算水位组合表

根据计算结果，纪各庄气盾坝需在铺盖前端齿墙内，需设置20m长垂直混凝土灌注桩。气盾坝坝基增设垂直灌注桩后，抗渗满足规范要求。

4.结语

气盾坝在河道景观坝项目上运用普遍，与传统橡胶坝和钢板闸相比优势非常明显，设计时应详细了解最新的设配性能，同类气盾坝使用者的经验，有关设计规范要求等，努力使设计作品达到经济效益、社会效益、环境效益的最佳结合。□

2016-07-14

徐君冉，女，汉族，河北省水利水电第二勘测设计研究院，工程师。

赵海涛，男，汉族，河北省水利水电第二勘测设计研究院，高级工程师。

张乐为，男，汉族，河北省石津灌区管理局，工程师。