李思辰，張 垚（遼寧江河水利水電新技術(shù)設(shè)計(jì)研究院，遼寧沈陽110003）

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城市河段橡膠壩下游消能防護(hù)

李思辰，張 垚
（遼寧江河水利水電新技術(shù)設(shè)計(jì)研究院，遼寧沈陽110003）

［摘 要］在當(dāng)今城市河道建設(shè)中，為了美化城市形成景觀帶，通常會(huì)考慮修建多個(gè)橡膠壩等攔河建筑物，利用其回水來形成連續(xù)水面。這種建筑物在汛期時(shí)可以完全塌壩不阻礙行洪安全，但其建筑物本身的安全應(yīng)給予一定的重視。文中結(jié)合王家灣橡膠壩工程實(shí)例，分析認(rèn)為城市河段建筑物下游消能防護(hù)應(yīng)相對(duì)保守。

［關(guān)鍵詞］橡膠壩；消能設(shè)施；城市河段

1 項(xiàng)目背景

城市河段的橡膠壩主要擔(dān)負(fù)著生態(tài)蓄水形成連續(xù)水面的城市景觀功能，但城市段河道的工程安全更重要。王家灣橡膠壩，沈陽市王家灣橡膠壩位于沈陽市境內(nèi)渾河城市段的河段上，在干河子攔河壩下游約6.86 km處，距下游長青橋約5 km，是一座壩長為401.00 m的7跨橡膠壩，其中1～5號(hào)壩段為充氣式橡膠壩，壩高2.5 m，每跨長66.00 m，中墩寬為1.00 m，壩底板高程為43.00 m，壩頂高程為45.50 m，內(nèi)壓比0.75，橡膠壩管理房位于河道右岸；6號(hào)、7號(hào)壩段為充水式橡膠壩，壩高2.9 m，每跨長32.5 m，中墩寬為1.00 m，壩底板高程為43.60 m，壩頂高程為46.50 m，內(nèi)壓比1.5，橡膠壩管理房位于河道左岸。1號(hào)充氣式橡膠壩壩下和6，7號(hào)充水式橡膠壩壩下為底流消能，1號(hào)充氣式橡膠壩壩下為二級(jí)消力池，2～5號(hào)壩段為面流消能。橡膠壩工程為50年一遇洪水，工程等別Ⅲ等，建筑物級(jí)別為3級(jí)。

橡膠壩工程防洪標(biāo)準(zhǔn)為50年一遇，工程等別Ⅲ等，建筑物級(jí)別為3級(jí)。由遼寧省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院2005年1月設(shè)計(jì)。

運(yùn)行10年來，王家灣橡膠壩共計(jì)進(jìn)行了3次維修加固工程，工程運(yùn)行過程中存在的主要問題為運(yùn)行工況非原設(shè)計(jì)工況。原設(shè)計(jì)王家灣橡膠壩下游消能形式為面流消能型式，只做了干砌石海漫防護(hù)。當(dāng)時(shí)，因?yàn)榭紤]規(guī)劃中的長青橡膠壩修建以后，王家灣橡膠壩在長青橡膠壩回水范圍之內(nèi)，可以在王家灣壩下形成一定水深。根據(jù)《渾河沈陽城區(qū)段防洪規(guī)劃修編報(bào)告（2006）》，長青橡膠壩計(jì)劃在2010年修建，但至今未修建，目前壩下未形成面流消能所需的水深，所以消能工況非常不利。在2014年汛期后橡膠壩下游發(fā)現(xiàn)多處沖坑，需再次進(jìn)行除險(xiǎn)加固。

2 原工程結(jié)構(gòu)

橡膠壩原設(shè)計(jì)1號(hào)壩段經(jīng)常性塌壩調(diào)節(jié)蓄水位，其結(jié)構(gòu)為上游0.3 m厚干砌石護(hù)坡土工膜防滲和0.4 m厚鋼筋混凝土上游鋪蓋，壩袋高3.5 m，下游為0.3 m厚鋼筋混凝土1∶4護(hù)坡與消力池銜接，消力池為0.3 m厚鋼筋混凝土消力池，消力池池長22.6 m，后接0.4 m厚干砌石海漫。

2～5號(hào)壩段汛期塌壩平時(shí)不調(diào)節(jié)，其結(jié)構(gòu)為上游0.3 m厚干砌石護(hù)坡土工膜防滲和0.4 m厚鋼筋混凝土鋪蓋，壩袋高3.5 m，下游為0.3 m厚混凝土面板護(hù)坡設(shè)有排水孔，挑流消能（面板段水平長度14.5 m，挑坎段2 m），后接0.4 m厚干砌石海漫。

3 水毀原因分析

通過工程的實(shí)際運(yùn)行，工況發(fā)生了巨大變化，原設(shè)計(jì)下游橡膠壩建成后，回水可達(dá)王家灣橡膠壩下游斜坡段半坡處，下游水深較深，上下游水頭差較小，可以采用面流消能，較為經(jīng)濟(jì)。事實(shí)上，下游回水達(dá)不到原設(shè)計(jì)高程，下游水墊極薄，加之下游消力池結(jié)構(gòu)，水頭能量得不到消除，所以在汛期過后壩下經(jīng)常出現(xiàn)沖坑。所以根據(jù)此工況，橡膠壩下游應(yīng)設(shè)置正常的消能設(shè)施。

4 除險(xiǎn)加固方案

2～5號(hào)壩段采用有底坎的底流消能。在面板護(hù)坡下接鋼筋混凝土消力池，厚0.80 m，順?biāo)鞣较蜷L30.00 m，底板頂高程37.00 m；海漫采用固濱籠結(jié)構(gòu)，厚1.00 m，順?biāo)鞣较蜷L64.60 m，海漫下鋪設(shè)反濾土工布，海漫頂高程38.50 m，結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 2～5號(hào)壩消力池剖面圖

5 消能防沖復(fù)合

1）工況分析

當(dāng)壩頂溢流時(shí)，由于泄流能力十分有限，單寬泄量較小，對(duì)下游防沖基本沒有影響。當(dāng)橡膠壩坍壩后，水流保持原流線行進(jìn)，水頭差極小，對(duì)下游防沖也基本沒有影響。其最不利工況在橡膠壩坍壩過程中出現(xiàn)，此時(shí)下游水位較小，假定上游水面基本維持不變，擋水水位最高，水頭差最大。

在坍壩過程中，上游水位維持不變（最大允許水位為46.00 m）時(shí)上下游水位差最大，消能防沖計(jì)算工況以（hc″-hs）為最大控制。

下游水位按主河槽（平均寬約401.00 m，糙率0.033，河道比降1.26‰）計(jì)算，當(dāng)水位從灘地漫流時(shí)橡膠壩已經(jīng)全部坍塌。計(jì)算參數(shù)見表1。

表1 上游水位46.00 m時(shí)橡膠壩消力池計(jì)算表

表2 上游水位46.00 m時(shí)各工況對(duì)應(yīng)水躍參數(shù)表 m

2）水躍計(jì)算

各工況對(duì)應(yīng)水躍參數(shù)見表2。

從上表可以看出，隨著橡膠壩坍壩，下游水位上升，躍后水深與下游水深之差逐漸減少，控制工況在單跨橡膠壩坍壩過程中，當(dāng)橡膠壩塌至1.0 m高，壩上水深為2.0 m時(shí)，躍后水深與下游水深之差最大，考慮到其它原因，當(dāng)橡膠壩塌壩至1.00 m高時(shí)為控制工況，通過計(jì)算，我們可以看出設(shè)計(jì)洪水時(shí)通常不是橡膠壩消能防沖的控制工況，其運(yùn)行調(diào)蓄期對(duì)下游的破壞要更嚴(yán)重。

3）消力池計(jì)算

控制工況消能計(jì)算結(jié)果見表3。

表3 消力池計(jì)算結(jié)果

6 結(jié)語

在當(dāng)今城市河道建設(shè)中，為了美化城市形成景觀帶，通常會(huì)考慮修建多個(gè)橡膠壩、鋼壩閘等攔河建筑物。但是通常一座城市河道的橡膠壩的回水會(huì)達(dá)到其上游橡膠壩的底板附近，那么一般橡

膠壩的運(yùn)行工況均為其下游處有較深的水墊，一些橡膠壩在修建時(shí)為了節(jié)約投資均采取了面流消能，把其下游橡膠壩的回水100%考慮在內(nèi)。事實(shí)上無法保證在任何時(shí)間段都可以100%執(zhí)行調(diào)度安排，如出現(xiàn)潰壩、破損、非常規(guī)檢修、交通施工需要等等工況出現(xiàn)時(shí)就會(huì)面臨著因?yàn)槟骋蛔鹉z壩臨時(shí)，或突然塌壩造成的其他橡膠壩的運(yùn)行工況的改變，之前已經(jīng)論證出橡膠壩的最不利工況會(huì)出現(xiàn)其運(yùn)行調(diào)蓄時(shí)，其防護(hù)結(jié)構(gòu)可能會(huì)出現(xiàn)損毀。所以，在城市河道攔河建筑物建設(shè)時(shí)，其防護(hù)形式應(yīng)該更保守充分考慮其最不利的工況也就是上游水頭最高而下游無水。

［參考文獻(xiàn)］

［1］陽秀春.淺談橡膠壩的安全運(yùn)行管理［J］.民營科技，2009（1）.

［2］劉亞鳳.橡膠壩在水利工程中的應(yīng)用［J］.水利科技與經(jīng)濟(jì)，2005，11(1).

［中圖分類號(hào)］TV86

［文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼］A

［文章編號(hào)］1002－0624（2016）06－0004－02

[收稿日期]2016-01-10