□徐君冉 趙海濤 張樂為

簡論氣盾壩的設(shè)計(jì)

□徐君冉 趙海濤 張樂為

簡論氣盾壩的設(shè)計(jì)，包括壩址選擇、壩高確定、壩袋設(shè)計(jì)、過流能力和消能計(jì)算、防滲長度和壩底板穩(wěn)定計(jì)算等，使之達(dá)到經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益、環(huán)境效益的最佳組合。

生態(tài)氣囊支撐壩；攔河蓄水；防滲長度；壩底板穩(wěn)定

1.壩址的選擇及壩高的確定

1.1 壩址布置原則

根據(jù) 《橡膠壩技術(shù)規(guī)范》(GB/ T50979-2014)，選擇壩址時(shí)應(yīng)根據(jù)橡膠壩的特點(diǎn)和運(yùn)用要求，考慮地形、地質(zhì)、水流、泥沙、環(huán)境影響等因素，經(jīng)過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后確定。壩址應(yīng)選擇在有開闊地形、穩(wěn)定岸坡的河段，宜優(yōu)先考慮地質(zhì)條件好的天然地基上，避免選用人工處理地基。攔河壩盡可能布置在河道相對(duì)順直、水流流態(tài)平順的河段；不宜選在沖刷和淤積變化大、斷面變化頻繁的河段。攔河壩布置考慮與兩岸地形相協(xié)調(diào)，壩址應(yīng)選在兩側(cè)地勢(shì)較高的河段。攔河壩布置考慮支流影響，布置在支流上游處，減少支流洪水對(duì)橡膠壩運(yùn)行的不利影響。選擇壩址還應(yīng)綜合考慮材料來源、對(duì)外交通、施工導(dǎo)流、場地布置、供水供電等條件，還應(yīng)考慮橡膠壩建成后運(yùn)行管理、壩袋檢修等條件。

1.2 壩址及壩高

以河北省遵化市沙河紀(jì)各莊氣盾壩為例，紀(jì)各莊氣盾壩主要考慮到人工濕地取水水頭要求及就近原則，同時(shí)考慮壩體上下游河道平順要求，將氣盾壩布置在沙河魏進(jìn)河匯入后上游約270m處，樁號(hào)2+200處，根據(jù)人工濕地進(jìn)口水位要求，壩高確定為3.0m。

2.氣盾壩布置

紀(jì)各莊氣盾壩分2跨，單跨凈長65.0m，高3.0m，底部由鋪蓋、防滲灌注樁、底板、消力池等組成，均為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。鋪蓋長10m，厚0.5m；防滲灌注樁位于鋪蓋首端以下，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，深20m，樁徑0.6m；壩袋底板長13.0 m，厚1.45m，消力池長14m，深1.0m，底板厚0.7m，兩岸均為鋼筋混凝土擋墻。鋼筋混凝土強(qiáng)度等級(jí)均為C30，抗?jié)B等級(jí)為W4，抗凍等級(jí)為F150,素混凝土墊層強(qiáng)度等級(jí)為C15。

盾板為弧形結(jié)構(gòu)，表面采用鋼制熱鍍鋅，每單元長5m，厚20mm，單元間采用高強(qiáng)橡膠復(fù)合帶軟連接；橡膠氣囊骨架材料由多層斜交簾布和特種橡膠構(gòu)成，工作壓力0.15MPa，厚40mm。

氣盾壩鋪蓋上游5m范圍內(nèi)的河底布置拋石防沖槽，深2.0m，并與上游河道銜接；岸坡防護(hù)采用鋼筋混凝土扭面，與上游河道銜接，厚0.5m。橡膠壩下游采用相同漸變方式與河道連接但襯砌方式改為漿砌石，漿砌石厚0.5m。

農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)管理為農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展尋找合適的解決方案，關(guān)注實(shí)際問題，應(yīng)用理論深化解決實(shí)際問題，解決農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展面臨的問題[3]。農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)管理掌控農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展、理論指導(dǎo)，應(yīng)為農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供最適宜的解決、發(fā)展方案。農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)管理不斷優(yōu)化農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展方案，要理論聯(lián)系實(shí)際，提出因地制宜、合理的方案，以對(duì)當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)提出適宜的、高效的實(shí)際方案，保障廣大農(nóng)民的利益，為廣大農(nóng)民排憂解難。在提出解決方案時(shí)，務(wù)必要聯(lián)系實(shí)際，實(shí)地考察，做到“以民為本”，對(duì)當(dāng)?shù)厍闆r進(jìn)行合理、全面分析，了解當(dāng)?shù)氐馁Y源情況，提出合理的規(guī)劃，利用農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)管理為農(nóng)村經(jīng)濟(jì)指出明確的方向，提出合理的規(guī)劃及有效的解決方案。

氣盾泵房布置在沙河左岸樁號(hào)2+ 200處，為地面式單層磚混結(jié)構(gòu)，凈尺寸：6.0m×7.0m，內(nèi)部放置集成充排系統(tǒng)，遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)布置在管理處。

各混凝土結(jié)構(gòu)底部需澆筑素混凝土墊層，每側(cè)應(yīng)超出結(jié)構(gòu)底邊緣400mm，厚150mm。

表1 氣盾壩消能計(jì)算成果表

3.氣盾壩設(shè)計(jì)

3.1 壩袋設(shè)計(jì)

氣盾壩盾板與氣囊通過錨固螺栓與底板連接，通過氣囊的充漲控制盾板的啟閉。采用充氣式氣囊，工作壓力0.15MPa。盾板及氣囊錨固型式為螺栓壓板錨固。橡膠氣囊材料采用多層斜交簾布和特種橡膠構(gòu)成。

3.2 水力計(jì)算

攔河壩工程的水力計(jì)算包括：過流能力計(jì)算和消能計(jì)算。

攔河壩泄流能力計(jì)算：攔河壩坍壩行洪能力按寬頂堰計(jì)算，根據(jù)水面線計(jì)算成果，橡膠壩塌壩運(yùn)行時(shí)的過流量滿足3年一遇沙河洪峰流量528m3/s，上游壅水0.09m，橡膠壩布置寬度滿足河道行洪能力。

消能防沖計(jì)算：根據(jù)橡膠壩及氣盾壩運(yùn)行特點(diǎn)，按《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》，分為以下三種工況進(jìn)行消力池設(shè)計(jì)。

工況1：溢流，溢流高度采用0.1m；

工況2：坍壩，每次坍壩高度控制在0.2m；

工況3：行洪，橡膠壩全部塌平行洪。

橡膠壩下游消能防沖按照《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》附錄B計(jì)算。見表1。

3.3 防滲長度計(jì)算

根據(jù)《遵化市沙河水平口引灤水源地保護(hù)工程初步設(shè)計(jì)階段工程地質(zhì)勘察報(bào)告》：場區(qū)地下水位埋深較淺，施工中應(yīng)考慮地表水、地下水的影響，壩基淺部為卵礫石，工程正常運(yùn)行時(shí)，在上下游水頭差的作用下有發(fā)生滲透破壞的可能性。根據(jù)規(guī)范判斷，地基發(fā)生滲透變形破壞的類型為管涌型，建議允許水力比降為0.15。建議采取防滲措施。

一是計(jì)算方法。

此次設(shè)計(jì)采用 《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》中的改進(jìn)阻力系數(shù)法研究壩基的滲流問題。

二是計(jì)算工況組合。見表2。

三是主要結(jié)論。

表2 壩基滲流計(jì)算水位組合表

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，紀(jì)各莊氣盾壩需在鋪蓋前端齒墻內(nèi)，需設(shè)置20m長垂直混凝土灌注樁。氣盾壩壩基增設(shè)垂直灌注樁后，抗?jié)B滿足規(guī)范要求。

4.結(jié)語

氣盾壩在河道景觀壩項(xiàng)目上運(yùn)用普遍，與傳統(tǒng)橡膠壩和鋼板閘相比優(yōu)勢(shì)非常明顯，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)詳細(xì)了解最新的設(shè)配性能，同類氣盾壩使用者的經(jīng)驗(yàn)，有關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范要求等，努力使設(shè)計(jì)作品達(dá)到經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益、環(huán)境效益的最佳結(jié)合?！?/p>

2016-07-14

徐君冉，女，漢族，河北省水利水電第二勘測設(shè)計(jì)研究院，工程師。

趙海濤，男，漢族，河北省水利水電第二勘測設(shè)計(jì)研究院，高級(jí)工程師。

張樂為，男，漢族，河北省石津灌區(qū)管理局，工程師。