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橡胶坝工程的规划与设计

发布日期:2018-11-16 浏览数:268 次

        橡胶坝是二十世纪50 年代末, 随着高分子合成材料工业发展出现的一种新型水工建筑物。它是用高强力合成纤维织物做受力骨架, 内外涂敷合成橡胶作粘结保护层, 加工成胶布, 按要求的尺寸,锚固在混凝土基础底板上, 成封闭袋形, 用水或气充胀, 形成挡水坝。不需挡水时, 泄空坝袋内的水或气, 便可恢复原有河渠断面。坝高可调节, 坝顶可溢流, 起活动坝和溢流堰的作用。橡胶坝具有造价低、节省三材、施工期短、结构简单, 自重轻、抗震性能好, 不阻水和止水效果好等特点, 所以橡胶坝在我国发展较快, 在河南也得到了广泛应用。

       下面主要对橡胶坝规划设计中经常遇到的有关问题进行分析讨论, 以供今后橡胶坝规划设计参考。

 

1、橡胶坝梯级规划
       工程规划是工程建设的重要组成部分, 是工程设计的排头兵, 是工程建设能否达到预期目的的关键所在, 橡胶坝设计也是如此。橡胶坝工程规划设计应遵从中华人民共和国行业标准SL227 - 98《橡胶坝技术规范》中关于工程规划方面的有关规定,包括基本资料搜集、坝址位置选择、工程规模、枢纽布置、环境及经济评价。我国北方由于缺水, 使城市环境恶化, 所以近年来, 北方城市在市区或市界河流上修建橡胶坝形成水面发展较快, 既美化了城市环境、改善了城市小气候, 又提高了城市品位及城市居民的生存生活质量, 为居民提供了休闲娱乐的好去处。河南在这方面发展也较快, 如南阳市在白河市区河段上修建了多座橡胶坝, 平顶山市在沙河市区河段上修建了橡胶坝, 郑州市在金水河上修建了橡胶坝等, 洛阳市在伊河及洛河市区段也修建了多座橡胶坝。为充分利用水资源, 节约投资, 在城市市区河段上建几座橡胶坝为最优方案呢? 这涉及到区域河段橡胶坝梯级开发规划, 如果未进行规划或规划不合理, 将会给今后橡胶坝建设造成不可弥补的损失。
        在城市区河道或渠道建橡胶坝, 首先要作市区河段或渠段橡胶坝梯级开发规划, 其梯级规划应符合河道或渠道的整体规划及城市整体规划。梯级开发规划应依据城市整体规划及有关河渠规划, 对橡胶坝梯级开发方案技术经济指标进行比较、优化,包括橡胶坝座数、坝址位置、坝长、坝高等, 坝址位置应选在河段相对顺直、水流流态平顺、不宜冲刷和淤积的河段。在初步确定了橡胶坝梯级开发方案后, 绘出橡胶坝梯级开发规划图并编制出规划报告, 提交市有关部门及专家论证(其参加论证部门应包括市计委、市水利局、市土地规划局、市城建部门等, 参加论证专家应包括水利行业、城市建筑规划行业、城市园林行业专家等) , 认真听取有关部门及各行业专家的意见, 进行修改完善, 经市计委与规划部门批准后, 方可依据规划, 进行橡胶坝工程设计。洛阳市洛河市区段橡胶坝梯级开发规划就曾进行过多次论证修改: 1995 年洛河市区段规划为五级橡胶坝, 到1997 年依据有关专家意见又改为三级, 1998 年第一级水面工程设计时又根据有关领导及专家意见确定洛河市区段按四级水面开发, 即第一级为上阳宫水面、第二级为同乐园水面、第三级为洛神浦水面、第四级为华林园水面,后经规划及计划部门批准实施。由于第二级水面1996 年已开工, 后停工复建, 所以从规划确定的四级水面看, 二级水面坝址位置不够理想, 这主要是原规划变更所致; 洛阳市中州渠市区段橡胶坝梯级规划及伊河龙门段橡胶坝梯级规划经多次论证后批准, 梯级规划均比较完善。水电站渠首坝若布置橡胶坝, 也应符合各河流水能梯级开发规划, 如与原规划不一致, 应报送原河流水能梯级开发规划审批部门批准。

 

2 、坝底板高程确定

       橡胶坝底板高程确定是橡胶坝规划设计中的一个关键环节, 底板过高影响河道行洪, 底板过低易形成淤积使橡胶坝不能正常运行, 并会因坝高增大增加工程投资。坝底板高程应根据地形、地质、水位、流量、泥沙、施工及检修条件等经技术经济比较后确定。橡胶坝底板高程在不影响河道行洪的前提下可尽量抬高, 一般宜较坝址处河床地形平均高程适当提高012~015m。确定橡胶坝底板高程时, 应调查了解河道属淤积型或冲刷型河床, 以便对具体河道情况进行分析, 合理确定橡胶坝底板高程。淤积型河床为河床逐年淤积, 河底高程逐年抬高, 一般河道下游段(或平原河道) 为淤积型河床, 如洛阳市区以下的伊、洛河段; 冲刷型河床为河床逐年冲刷, 河底高程逐年降低, 一般河道上游段(或山区河道) 为冲刷型河床。对于淤积型河床, 橡胶坝底板高程要考虑河道逐年淤高因素, 根据橡胶坝使用年限及每年河床调查淤积厚度, 计算淤积总厚度, 在此基础上适当提高, 并对其进行综合分析, 确定合理的橡胶坝底板高程。对于冲刷型河床, 橡胶坝底板高程要考虑河道逐年冲刷降低因素, 即依据橡胶坝使用年限及每年河床调查刷低厚度, 计算刷低总高度, 在此基础上适当提高, 并对其进行综合分析, 进而确定合理的橡胶坝底板高程。

 

3 、橡胶坝工程结构设计
       橡胶坝工程结构设计包括坝袋设计锚固设计控制系统设计土建工程设计、安全与观测设备等。橡胶坝工程结构设计应严格执行《橡胶坝技术规范》及有关混凝土结构设计规范规程等。下面就橡胶坝工程设计及施工中常遇到的问题进行探讨分析。
3、1  妥善处理橡胶坝袋两端坍肩问题
橡胶坝充水后往往出现两端坍肩现象, 使橡胶坝蓄水位达不到设计要求。针对这种现象, 设计部门及坝袋制作厂家也都在探讨分析解决问题的途径。根据目前解决坍肩问题的探索实践, 解决坍肩措施主要有两种: 其一, 在橡胶坝袋制作时, 坝袋厂家可适当放大坝袋端部周长, 使其在坝袋安装充水后, 两端坝顶略高于中部, 从而达到解决橡胶坝坍肩的目的; 其二, 在橡胶坝底板两端适当抬高,一般是在2~3m 范围内, 底板抬高012~013m ,以此来解决橡胶坝两端坍肩。从工程应用来看, 第一种措施不宜掌握, 应用较少; 第二种措施较为直观, 易操作, 所以采用较多, 如同乐园橡胶坝、洛神浦橡胶坝均采用了第二种措施来解决坍肩问题。综合以上分析, 在橡胶坝设计中建议采用第二种措施来解决橡胶坝的坍肩问题。
3、2  供排水管路优化设计
橡胶坝供、排水管路按传统布置方法一般为供、排水管路分开布置, 这样布置控制操作较方便, 但需钢材多、投资大。近年来设计人员通过管道及闸阀布置, 采取一定的技术措施, 可使供、排水管二者合一, 供、排水泵二者合一, 可减少布置排水泵, 这样可节约钢材45 %, 减少工程投资。其具体原理为: 通过在水泵室内布置管路、闸阀、水泵, 通过开启不同的闸阀, 以达到利用同一管道或同一水泵实现供水或排水的目的。在龙门一级橡胶坝改造设计及上阳宫、同乐园、洛神浦等橡胶坝工程中均采用了供排水管路合一的管道布置方式,使工程布置优化, 节约了工程投资。故建议在今后的橡胶坝工程设计中可优先考虑供、排水管路及供排水泵合一的工程布置措施。
3、3  橡胶坝底板放水孔布置分析
橡胶坝底板是否布置放水孔以备坝袋检修或放空用, 在《橡胶坝技术规范》中并没有明确规定,这样就只有靠设计人员根据各工程的具体情况分析确定。
橡胶坝一般为坍坝泄洪, 淤积物由坝顶顺流而下, 坝前很难形成淤积。根据对各地橡胶坝工程的调查分析及访问有关专家, 橡胶坝底板以下设底孔对冲淤作用不大(不可能设过多底孔) 。橡胶坝底孔为局部布置, 对整个库区淤积来说, 不管是坍坝或立坝, 底孔放水时只会在孔前拉一道深槽, 对局部有冲淤作用, 就整个库区来说其冲淤作用大, 但对于坝长较小者(坝长小于50m) 可起到一定的冲淤作用。橡胶坝检修是否增设底孔布置也是值得商榷的事情。橡胶坝检修是指坝袋更换或坝袋锚固的检修。坝袋更换周期较长, 一般在十五年以上, 设底孔使用率较低。对于只布置一跨的橡胶坝工程, 增设底孔对更换坝袋较为有利, 即底孔可起到导流作用; 对布置一跨以上的橡胶坝来说, 一个坝袋更换或检修时, 可通过修筑临时围堰, 由其它坝段导流, 所以可不设底孔导流, 如设底孔, 仍需开挖临时导流槽, 其费用不会减少。

      从以上分析可知, 对于单跨橡胶坝宜布置底孔, 有利于检修和冲淤; 对于多跨橡胶坝一般可不设底孔, 如布置底孔, 应进行必要的技术经济论证。

 

4 、结语
       橡胶坝是近年来在河南省发展较快的一种坝型, 由于橡胶坝具有起落灵活、坍坝泄洪、造价低廉等特点, 可应用于灌溉或水电站引水渠首、城市供水及景观用水、水库溢洪道等工程, 所以大有发展前途。作为水利工程规划设计人员应依据橡胶坝的特点及应用范围大力推广, 同时应在规划设计中注意总结经验, 使橡胶坝设计更趋合理、完善。