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        阿什河阿城城區(qū)段防洪工程橡膠壩設(shè)計(jì)

        2010-03-22 10:19:04柏金鳳
        黑龍江水利科技 2010年3期
        關(guān)鍵詞:設(shè)計(jì)

        王 冰,李 曼,柏金鳳

        (1.黑龍江省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院,哈爾濱150080;2.綏化市氣象局,黑龍江綏化152000)

        阿城城區(qū)段防洪工程是一項(xiàng)綜合工程。工程主要任務(wù)是防洪,完善阿什河城區(qū)段防洪體系,提高防洪標(biāo)準(zhǔn),逐步改善河道及兩岸水環(huán)境和生態(tài)環(huán)境,增加濱水空間。治理范圍為阿什河上游301國(guó)道至下游民合攔河閘范圍及下游2.48 km回水堤。橡膠壩主要作用是攔蓄河水,使蓄水河道非汛期形成二級(jí)蓄水水域,汛期橡膠壩壩,不影響河道泄洪。

        1 工程概況

        根據(jù)哈爾濱市阿城區(qū)近期城市規(guī)劃的要求,在糖廠位置設(shè)置橡膠壩,以滿足城區(qū)景觀要求,為打造濱水城市創(chuàng)造條件。所以本次設(shè)計(jì)在右岸樁號(hào)6+200位置布置橡膠壩,前提是不影響原有河道行洪,即滿足50 a一遇洪水泄洪條件,選定底板頂高程135.80 m,分三孔布置,每孔凈寬40 m。

        2 橡膠壩總體布置

        橡膠壩由進(jìn)口護(hù)砌段、混凝土鋪蓋段,橡膠壩段、消力池段、海漫段組成。

        進(jìn)口段由8 m長(zhǎng)的干砌石護(hù)砌段構(gòu)成?;炷龄伾w段長(zhǎng)8 m,寬125 m。橡膠壩段由底板、中墩、邊墩及壩袋組成。橡膠壩段長(zhǎng)10 m,寬125 m,分3孔,每孔凈寬40 m壩袋為橡膠壩袋,分3段,每段40 m,壩袋頂高程為138.30 m。

        消力池段長(zhǎng)8.0 m,寬125 m,底板頂高程135.00 m海漫段由10 m長(zhǎng)的干砌石護(hù)砌段構(gòu)成,右側(cè)為干砌石護(hù)坡,左側(cè)與原泄洪閘銜接。橡膠壩布置見圖1。

        圖1 橡膠壩布置圖

        3 水力計(jì)算

        3.1 橡膠壩過(guò)流能力計(jì)算

        過(guò)壩流量計(jì)算公式為:

        式中:Q為過(guò)壩流量,m3/s;B為溢流斷面的平均寬度,m;h0為堰頂水頭,m;m為流量系數(shù);σ為淹沒(méi)系數(shù);ε為側(cè)收縮系數(shù)。壩袋完全坍平時(shí),視作寬頂堰,流量系數(shù)取0.385;壩袋充脹時(shí),視作曲線型實(shí)用堰,流量系數(shù)取0.43。橡膠壩頂溢流時(shí),嚴(yán)禁壩袋發(fā)生振動(dòng),溢流時(shí)將溢流水深控制在0.3 m的范圍內(nèi)。

        經(jīng)計(jì)算壩袋完全坍平時(shí)泄流量為1 017 m3/s,加上右側(cè)原有泄洪閘的能力104.9 m3/s,共計(jì)1 121.9 m3/s,大于50 a一遇的洪峰流量1 047 m3/s,滿足設(shè)計(jì)過(guò)流要求。

        3.2 橡膠壩消能防沖計(jì)算

        橡膠壩采用底流消能措施,在坍壩時(shí)可不設(shè)消力池,充壩時(shí)堰上水深0.5 m下游水深0.3 m為控制條件。

        3.2.1 消力池深度計(jì)算

        躍前水深hc按下式推求:

        式中:T0為由消力池底板頂面算起的總勢(shì)能;q為過(guò)閘單寬流量,m3/s;α為水流動(dòng)能校正系數(shù);ψ為流速系數(shù);

        躍后水深hc″按下式推求:

        出池落差ΔZ按下式計(jì)算:

        式中:hs為出池河床水深。

        消力池深度d按下式計(jì)算:

        式中:σ0為水躍淹沒(méi)系數(shù)。

        經(jīng)計(jì)算,d=0.38 m,設(shè)計(jì)取0.5 m。

        3.2.2 消力池長(zhǎng)度計(jì)算

        水躍長(zhǎng)度:

        消力池長(zhǎng)度:

        式中:Lj為水躍長(zhǎng)度,m;Ls為消力池斜坡段投影長(zhǎng)度,m;Lsj為消力池長(zhǎng)度,m;β為水躍長(zhǎng)度校正系數(shù)。

        經(jīng)計(jì)算,Lsj=6.0 m,設(shè)計(jì)取8 m。

        3.3 海漫計(jì)算

        3.3.1 海漫長(zhǎng)度計(jì)算

        海漫長(zhǎng)度計(jì)算公式為:

        式中:Lp為海漫長(zhǎng)度,m;qs為消力池末端單寬流量,m3/s;Ks為海漫長(zhǎng)度系數(shù);ΔH'為上、下游水位差,m。

        經(jīng)計(jì)算,Lp=9.8,設(shè)計(jì)取10.0 m。

        3.3.2 防沖槽深度計(jì)算

        防沖槽深度計(jì)算公式為:

        式中:dm為海漫末端河床沖刷深度,m;qm為海漫末端河單寬流量,m3/s;[v0]為河床土質(zhì)允許不沖流速,m/s;hm為海漫末端河床水深,m。

        經(jīng)計(jì)算防沖槽1.0 m。

        3.4 壩袋設(shè)計(jì)

        壩袋徑向計(jì)算強(qiáng)度為:

        式中:T為壩袋徑向計(jì)算強(qiáng)度;γ為水的容重;α為內(nèi)壓比;H0為內(nèi)壓水頭;H1為設(shè)計(jì)壩高。

        設(shè)計(jì)內(nèi)壓比α值根據(jù)橡膠壩的其它參數(shù),本著使膠布強(qiáng)度得到充分利用,達(dá)到壩袋有效周長(zhǎng)最短,并結(jié)合廠家實(shí)際參數(shù)比較和計(jì)算確定為1.45。

        壩袋徑向計(jì)算強(qiáng)度T=29.69 KN/m

        壩袋的有效周長(zhǎng):采用雙錨線的壩袋,分壩袋有效周長(zhǎng)和底墊片的有效長(zhǎng)度兩部分,實(shí)際有效長(zhǎng)度再加上錨固所需長(zhǎng)度。

        壩袋有效周長(zhǎng)和底墊片有效長(zhǎng)度按下式計(jì)算:

        式中:n為上游貼地段長(zhǎng)度;α為內(nèi)壓比;H1為設(shè)計(jì)壩高。

        式中:R為上游壩面曲線段半徑。

        式中:S1為上游壩面曲線段長(zhǎng)度,m;S為下游壩面曲線段長(zhǎng)度,m;X0為下游貼地段長(zhǎng)度,m;L0為壩袋有效周長(zhǎng);l0為底墊片有效長(zhǎng)度,m。

        經(jīng)計(jì)算壩袋有效周長(zhǎng)為5.96 m,底墊片有效長(zhǎng)度為4.5 m。

        3.5 錨固設(shè)計(jì)

        我國(guó)橡膠壩工程常用的錨固型式有:螺栓壓板錨固、楔塊擠壓錨固及膠囊充水錨固3種。本工程選用比較經(jīng)濟(jì)耐久的楔塊擠壓錨固型式。

        3.6 充排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

        橡膠壩的充排水系統(tǒng)由水泵、水井、管道和控制系統(tǒng)組成,充水時(shí)用水泵抽水井中的水通過(guò)管道進(jìn)入壩袋充起,需要坍壩時(shí),用水泵抽壩袋內(nèi)的水通過(guò)管道抽回進(jìn)入消力池。充壩管徑D=300 mm。

        4 結(jié)語(yǔ)

        橡膠壩具有節(jié)省“三材”、造價(jià)低、壩時(shí)不阻水、抗震性好及結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝速度快、工期短、操作靈活等特點(diǎn)。是適宜低水頭大跨度的攔河工程,尤其適宜經(jīng)常性充水,泄量較多的河道當(dāng)閘門使用。阿什河阿城城區(qū)段具有河道寬,過(guò)洪頻繁特點(diǎn),修建橡膠壩非常適合。本工程取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益,也為發(fā)展當(dāng)?shù)芈糜螛I(yè)提供了一個(gè)新的亮點(diǎn)。隨著材料科學(xué)技術(shù)的發(fā)展及壩袋生產(chǎn)技術(shù)水平的提高,橡膠壩將得到更廣泛的應(yīng)用。但是,必須做好防冰凌防泥沙淤積等實(shí)際管理技術(shù)與對(duì)策。

        [1]黑龍江省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院.黑龍江省哈爾濱市阿城區(qū)阿什河阿城城區(qū)段防洪工程[R].哈爾濱:黑龍江省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院,2009.

        [2]王溥文,韓昌海,童中山.橡膠壩技術(shù)與應(yīng)用[M].北京:水利水電出版社,2008.

        [3]中國(guó)水利水電科學(xué)研究院.SL227-98橡膠壩技術(shù)規(guī)范[S].北京:中國(guó)水利水電出版社,1998.

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