细河北台段橡胶拦河坝工程充排水系统探讨

郎福山 刘 岩

(沈阳翼羽工程建设监理有限公司， 辽宁 沈阳 110161)



细河北台段橡胶拦河坝工程充排水系统探讨

郎福山 刘 岩

(沈阳翼羽工程建设监理有限公司， 辽宁 沈阳 110161)

本文以细河北台段拦河坝工程为例，介绍了拦河坝坝型选定过程，分析了橡胶拦河坝特征尺寸的确定，重点研究了橡胶拦河坝充排水系统工艺流程，探讨了橡胶拦河坝充排水系统安全防护措施，为橡胶拦河坝工程安全高效运行提供了有力保障。

拦河坝； 充排水系统； 安全设施； 探讨

1 工程概况

本溪市平山区细河北台段拦河坝工程位于团结桥下游22m处。主要建筑物包括橡胶坝、节制闸、管理房和取水井等。橡胶坝底板高程111.20m，坝长204.4m，坝高2.5m，泄流净宽192m，橡胶坝底板顺水流方向长9m。橡胶坝共分三跨，两边跨坝长66m，中间跨坝长60m，中墩厚0.8m。橡胶坝底板高程111.20m。中墩顶高程114.20m，边墩顶高程114.70m，拦河坝正常蓄水位113.70m，挡水高度2.5m。

该工程正常挡水位113.70m。正常蓄水位对应库容29.7万m3。拦河坝处两岸堤防设计标准为20年一遇。根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》(SL 252—2000)的规定，库容不大于100万m3，工程规模为小(二)型。根据该工程的具体特点，结合现状河道的防洪标准，确定橡胶坝工程建筑物级别为5级，次要建筑物级别为5级，临时性水工建筑物级别为5级。设计洪水标准为10年一遇(P=10%)，相应洪峰流量1700m3/s，设计洪水位115.23m；坝下水位114.55m。校核洪水标准为20年一遇(P=5%)，相应洪峰流量2520m3/s，校核洪水位116.44m，坝下水位115.11m。

2 橡胶拦河坝特征分析

2.1 坝型的选定

该工程坝型为橡胶坝，与常规闸坝相比，橡胶坝具有结构简单、节省三材(钢材、木材和石材)、造价低、施工期短、自重轻、抗震性能好、跨度大、不阻水、止水效果好、新颖美观、管理方便、运行费用低等特点。

细河属山区性河流，流域面积1126.3km2，土壤被覆薄，地势起伏大，河道坡降陡，河槽调蓄能力小，故急骤强烈的暴雨而形成陡涨陡落的洪水。由于一次天气过程造成的暴雨历时较短，且主要集中在1d时间内，致使较大洪水呈单峰型。一次洪水历时一般3d左右，涨落历时短，从起涨到峰顶一般1d左右，洪峰滞时约6h，退水历时较长，一次洪水总量多集中在24h内。根据细河洪水特性，要求拦河坝在来洪水时能快速坍坝。相对于常规闸坝，橡胶坝的坍坝时间比较短(<2h)。

橡胶坝坝袋内水泄空后，紧贴在底板上，不缩小原有河床的过水断面。橡胶坝坍坝时基本不阻水。故该工程坝型选择为橡胶坝。

2.2 橡胶坝底板高程的确定

为防止推移质泥沙随水流卷入坝袋底部从而增加坝袋的磨损，在坍坝泄洪时，坝袋被泥沙覆盖，管理维修困难，因此，在满足泄洪断面的情况下，坝底板高程比河道高程抬高了0.20m。现状河道高程为111.00m，橡胶坝底板高程确定为111.20m。

2.3 坝长、坝高的确定

a.坝长的确定。现状河道平均宽度180m，最宽处210m。橡胶坝坝址所在位置的主河槽宽210m，设计橡胶坝长204.4m。

b.坝高的确定。橡胶坝正常蓄水位高程选取充分考虑灌溉地块最高点高程，使蓄水后水位高于最高点，保证地块内灌溉用水。灌溉地块最高点高程113.42m，同时在团结桥上游左岸支沟内建有取水口，取水口底高程113.50m。拦河坝上游两岸地面高程在115.00m以上，保证拦河坝建成后拦河坝上游地面不产生侵润和浸渍。选取拦河坝正常蓄水位高程113.70m，故确定橡胶坝坝高2.5m。

2.4 坍坝水位的确定

考虑拦河坝正常运行时，溢流水位不漫过主河槽，并有一定的超高，确定最大水深达0.5m时坍坝。

2.5 坝袋充胀介质选定

橡胶坝坝袋充胀介质的选择应综合考虑坝区自然条件，遵循管理运用方便、经济实用的原则。初拟橡胶坝坝型为充水式。其优点如下：

a.充水式橡胶坝最显著的特点是适用于低水头大跨度的拦河工程；操作灵活，有效坝高易于控制；汛期可快速放空坝袋，不影响河道行洪。

b.充水式橡胶坝在坝顶溢流时性能比较稳定，过水均匀，对下游冲刷小。

c.充水式橡胶坝气密性要求较低，可以降低施工难度，提高运行的可靠性。

d.充水式橡胶坝具有结构简单、施工方便、造价低、节省三材和抗震性能好的特点。

鉴于充水式橡胶坝的以上特点，最终选定为充水式橡胶坝。

3 橡胶坝充排水系统分析

3.1 充水水源设计

橡胶坝总长204.4m，共分三跨，两边跨坝长66m，中间跨坝长60m，橡胶坝的底坎高程111.30m，坝高2.5m。橡胶坝正常充水时断面积为9.71m2，总容积为1863.6m3，

根据《本溪市平山区细河北台段拦河坝工程——工程地质勘察报告》，以及橡胶坝附近水源情况，考虑到橡胶坝充水时用水量较大，决定在橡胶坝上游河道靠近管理房一侧建一取水井，取水井按平均出水量400m3/h设计。

3.2 充水工艺分析

橡胶坝充水时，启动管理房内的离心泵，通过一根DN300的钢管将取水井中的水通过橡胶坝底板下的三根DN300充排水管，分别送至各个坝袋内，将橡胶坝充起。根据取水井出水量，充水潜水泵选用两台AL250/250A-37/4型离心泵，一用一备。橡胶坝的充水时间由取水井的出水量决定，充水时间约为1863.6/400=4.66(h)。充水系统工艺流程如图1所示。

图1 橡胶坝充水系统工艺流程

3.3 排水工艺分析

橡胶坝在汛期或维修期间需要排出坝袋内的水，使坝袋塌平。坝袋排水采用自排与强排相结合的方法，自排是利用坝袋内压与下游河道的水位差，各坝袋内的水通过三根DN300充排水管直接排入下游。当自排停止或汛期有突发洪水出现时，启动离心泵，使橡胶坝内的水位迅速降低，达到坝袋内的水迅速排出的目的。橡胶坝排水时考虑泵站的运行灵活性及减少设备的投资费用，通过管道的连接和闸阀的设置，橡胶坝的充水和排水用同一台水泵。汛期或需要时。该水泵的额定流量为600m3/h，额定扬程为14m。配套电机额定功率为37kW，额定电压为380V。汛期橡胶坝的总排水时间为(1863.6/600)/2=1.553(h)，满足泄洪和规范要求。

排水系统工艺流程如图2所示。

图2 橡胶坝排水系统工艺流程

3.4 供排水安全设施

3.4.1 供排水安全设施

该橡胶坝坝袋设计内压高程为44.55m，内水压力为3.25m高水柱，AL250/250A-37/4型离心泵可满足这一内压要求，因此利用水泵向坝袋供水安全可靠。排水有自排和抽排两套完整系统，又可互为补充。机排时利用同一台水泵通过闸阀调节可从坝袋直接排水，这样确保了升坝和落坝的正常进行。

3.4.2 防淤设施

为防止坝前泥砂淤积，影响坝袋运用，在坝基底板中埋设有内径为0.4m的冲砂管(预制钢筋混凝土管)，中心高程为110.65m，共设4根，管中心距为10m，与底板沉降缝错开布置。进口前端扩大为喇叭形，采用0.6m×0.6m×0.04m钢筋混凝土预制插板封堵，人工操作，冲砂时将板抽出即可。出口经消力池陡坡排沙入池。

3.4.3 其他安全设施

坝袋设有一根内径φ250mm的溢流管，引向左边岸坡，利用闸阀控制稳定袋内水压。溢流管进口在坝袋内的底垫片上开孔，并用法兰把底垫片固定在底板上，出口设在左边墩外侧，出口管底高程114.55m，管口设拍门，防止河水倒灌。溢流管也可兼作排气孔，坝袋上也设有排气孔，以排除坝袋内水气。

管理房内设有坝袋内压观测管，可由水位浮标带动水位计，观察内压值读数，以作为升坝、塌坝时的监控。在坝上、下游设置水位标尺，以便观测上、下游水位。此外，为防止河内树枝等漂浮物刺破坝体，在坝上游设置拦污设施，坝前设置照明设备。

4 结 语

在坝袋充水前，首先清除充水管口滤网上的杂物，关闭排水管阀门，清除坝上游树枝、石块等杂物，检查确认无危及坝袋的因素存在后，再对坝袋进行充水，排气管、溢流管必须畅通。坝袋最高充水高度不得超过设计坝高，严禁超高压运行。坝袋运行时，若发现上游有树枝或其他危及坝袋安全的物体顺流而下时，应迅速采取措施及时清除，以免损害坝袋。

通过上述分析探讨，对橡胶拦河坝工程充排水系统工艺进行优化，确保了橡胶拦河坝运行安全稳定。完善的充排水系统为橡胶坝运行提供了保障，该工程的顺利实施可供类似工程拦河坝设计运营借鉴参考，可大大提高拦河坝工程的安全运行寿命。

[1] 孙菲.细河北台段拦河坝电气节能设计与施工节能探讨[J].中国水能及电气化，2015(1)：55-57.

[2] 韩光辉.橡胶坝工程的优化设计[J].现代工业经济和信息化，2015(11)：46-47.

[3] 高日文.橡胶坝的施工技术[J].中国水运，2015(4)：153-154.

[4] 张涛.采用浅层地下水作为充坝水源的橡胶坝设计[J].水利科技与经济，2015(4)：24-26.

[5] 单泽彪，石要武，石屹然，等.基于分数阶PIλDμ的橡胶坝充排水恒流控制[J].吉林大学学报(工学版)，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