充水式橡膠壩充水水源設(shè)計(jì)實(shí)踐

□彭 鵬 □姚 珂（洛陽水利勘測設(shè)計(jì)院）

自20世紀(jì)90年代以來，河南省各地相繼修建了數(shù)量可觀的橡膠壩，就洛陽市而言，目前已在洛河、伊河、澶河、澗河建成了15座橡膠壩。這些橡膠壩對于美化城市環(huán)境，改善小氣候，補(bǔ)充地下水具有獨(dú)特的作用。橡膠壩連成的萬頃碧波宛如飄落在洛陽大地上的人間銀河，給洛陽市增添了亮麗的風(fēng)景。

洛陽市修建的這些橡膠壩充壩介質(zhì)全部是水。充壩水應(yīng)是不含雜質(zhì)和腐蝕性物質(zhì)的潔凈水。根據(jù)河道地質(zhì)、自來水管網(wǎng)設(shè)置和地下水的情況，通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后，橡膠壩的充水水源可以在自來水、大口井、深水井和無砂混凝土集水管4種方案選擇一種。

下面是洛陽市水利勘測設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)過的橡膠壩4種充水水源的設(shè)計(jì)實(shí)踐。

一、自來水水源

有的橡膠壩修建在城區(qū)中間，這里河道較窄，建的橡膠壩長度較短，多數(shù)為單跨，長度在100m內(nèi)，設(shè)計(jì)高度較低，以2.5m壩高較常見。這些橡膠壩單寬容積小，整座橡膠壩的充水容積也不大,加上河道中的淤泥多，水質(zhì)差，城區(qū)中自來水管網(wǎng)又較近，通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后，可選用自來水作為橡膠壩充壩介質(zhì)。這種橡膠壩充、排水管路布置較為簡單，充水管路中裝上水表和電動蝶閥，同自來水管連接后，根據(jù)需要就可以隨時(shí)向壩袋充水。洛陽市水利設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)的欒川縣城區(qū)3座橡膠壩就屬于此種類型,欒川縣城自來水管線就在橡膠壩附近，便于同橡膠壩充水管路連接,工程選用φ100mm焊接鋼管作為充水管路，把壩袋充至設(shè)計(jì)高度大約10h左右。洛陽市區(qū)內(nèi)瀍河上修建的幾座橡膠壩均屬于使用自來水充壩袋的例子。

二、大口井水源

在寬敞的河道上修建多跨橡膠壩，其總長度在200～500m，甚至更長，跨數(shù)2～6跨，甚至更多。這樣的橡膠壩設(shè)計(jì)壩高一般分2種，兩邊跨壩高3m左右，中間幾跨壩高4.5m左右，由于壩的總長度長，單寬容積又較大，橡膠壩的總充水容積數(shù)量就較大，比如兩邊跨長2×90m，壩高3m，內(nèi)壓比1.25，中間4跨4× 70m，壩高4.5m，內(nèi)壓比1.25，這樣一座橡膠壩的充水容積達(dá)13416m3之多，即便建在市區(qū)內(nèi)自來水管網(wǎng)又較近，從技術(shù)經(jīng)濟(jì)考量用自來水也是不可取的。鑒于上述情況，若河道中的砂卵石干凈含泥量小，砂子屬于中粗砂且砂卵石表層厚度達(dá)4～6m，也就是淺層透水性好，那么橡膠壩的充水水源可以設(shè)計(jì)為大口井。橡膠壩的跨數(shù)大于4跨，左右岸可設(shè)計(jì)2個(gè)控制室，在防滲鋪蓋上游左右岸各設(shè)計(jì)一個(gè)大口井，其底板高層低于水泵室底板3m左右。大口井的有效容積，根據(jù)充壩壩袋容積、涌水量和充壩水泵的流量及其它參數(shù)計(jì)算確定。砂卵石層向大口井的涌水量是一個(gè)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，在擬建大口井的附近開挖一個(gè)直徑1m的試驗(yàn)井，井底的高程和大口井的高程同樣高。試驗(yàn)井挖成后可架水泵進(jìn)行抽水試驗(yàn)，記錄下試驗(yàn)井的靜水位、動水位、水泵的抽水量和抽水時(shí)間，可以計(jì)算出單位時(shí)間單位面積的涌水量，選擇水泵室充水水泵的型號，洛陽水利設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)的大口井有效容積一般都在100m3左右，大口井可以設(shè)計(jì)為壁厚40cm，內(nèi)徑600cm的圓柱形狀，其井壁上設(shè)置直徑φ50～φ100mm的PVC管，管外口上包扎反濾布，井壁外圍填1m厚的粗砂、碎石反濾料，以保證進(jìn)入大口井內(nèi)的水潔凈無泥砂。利用大口井作為橡膠壩袋的充水水源，相對于其它類型的水源，由于涌水量相對大，水泵的抽水流量就可以選擇較大的，把壩袋充至設(shè)計(jì)高程的時(shí)間就短一些。龍門二級橡膠壩和伊河市區(qū)段一級橡膠壩就是利用大口井水源充壩的實(shí)例。

三、深水井水源

同樣是多跨橡膠壩，壩的總長度較長，設(shè)計(jì)壩高2.5～4.5m，壩袋總的充水容積較大的，比如超過1萬m3，河道地質(zhì)情況不允許建大口井的，就考慮采用其它的充水水源，比如建深井。這樣的河道往往泥砂層較厚，泥的含量大，在較深的深度還有泥層或泥砂巖出現(xiàn)，可以說此種地質(zhì)條件淺層含水少、透水性能差，地質(zhì)條件不允許建大口井，而用自來水水源又不合算，就設(shè)計(jì)打深井作為充壩水源。洛河洛陽市區(qū)段已建成的7座橡膠壩充水水源均是深井。這些橡膠壩都是6跨，兩邊跨設(shè)計(jì)壩高2.5～3m，中間4跨設(shè)計(jì)壩高4.5m，總壩長500m左右，壩袋設(shè)計(jì)總充水容積在15000m3。洛河洛陽市區(qū)段河道地下水層在75～110m，打的深井也在這個(gè)范圍之內(nèi)。用專業(yè)打井隊(duì)按程序施工，經(jīng)鉆井、成井、洗井諸道工序后，還要作一項(xiàng)出水量試驗(yàn)，看井下含水層的涌水量有多大，給壩袋充水泵選型提供依據(jù)。已安全運(yùn)行并創(chuàng)造良好社會效益的這7座橡膠壩，深井中使用的深井潛水泵每小時(shí)流量在108～150m3之間。在防滲鋪蓋上游左右岸各設(shè)一個(gè)深井，兩臺水泵同時(shí)開啟，大概3d時(shí)間就可以把6跨橡膠壩袋同時(shí)充起。根據(jù)規(guī)范規(guī)定，不允許一次性將壩袋充至設(shè)計(jì)高度，宜逐級逐步達(dá)到設(shè)計(jì)高度，每次停留時(shí)間約0.5h，再者壩袋上游水位也是逐步緩慢升高的。因此,這些深井充水水源是在安全、平穩(wěn)、有效地運(yùn)行。深井的護(hù)壁用無砂混凝土管或鑄鐵管，管子的內(nèi)徑是根據(jù)設(shè)計(jì)選定的，并與深井潛水泵配套。若使用鑄鐵管，管壁上要鉆φ12mm通孔，孔數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)而定，一般孔的中心距徑向和軸向均5～8cm。無砂混凝土管或鑄鐵管外壁包扎2層反濾布，管的周圍還要填50cm的反濾料，以保證進(jìn)入管中的水潔凈。

四、無砂混凝土集水管

設(shè)計(jì)中還遇到另一種情況，那就是河道不寬，其中的砂卵石干凈，不含泥，砂子屬于中粗砂，透水性好，而河床的基巖面高，砂卵石層薄，充水水源采用大口井、深井地質(zhì)條件顯然不允許，使用自來水徑流不合算，經(jīng)過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后，設(shè)計(jì)采用無砂混凝土集水管。在橡膠壩上游河床中鋪設(shè)2條內(nèi)徑φ600mm、有一定坡度的無砂混凝土管，呈放射形狀從集中地向上游延伸，其長度根據(jù)試驗(yàn)確定，一般單根長度50～60m。埋入深度從管中線算起約0.8m，在管線中20m長處做一個(gè)小鎮(zhèn)墩以固定管路。無砂混凝土管外壁周圍包扎一層天然棕皮或一層反濾布，外填50cm厚5～20mm的碎石反濾料。實(shí)踐證明這種簡單的設(shè)計(jì)非常實(shí)用，只要橡膠壩底板建成（等于河道潛流已截流），就有大量的水流入無砂混凝土管而涌入集水池，而且這些水潔凈無雜質(zhì)，完全滿足橡膠壩充水水源的需要，選用較大流量充水水泵較短時(shí)間就可以把壩袋充至設(shè)計(jì)高程。洛陽龍門一級橡膠壩就是采用無砂混凝土管作為橡膠壩充水水源的一個(gè)例子。

對于充水式橡膠壩充水水源的設(shè)計(jì)，要因地制宜，綜合分析，合理選擇，精心設(shè)計(jì)。特別是河道地質(zhì)情況，如砂卵石層厚度、砂子粗細(xì)程度、泥土含量、基巖面深度、砂卵石層透水性、地下水埋深等要深入了解，還要綜合橡膠壩長度、高度、總充水量、自來水管網(wǎng)遠(yuǎn)近等諸多因素，進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析、比較后，確定哪種充水水源技術(shù)上安全可靠，能保證正常的充水運(yùn)行，同時(shí)經(jīng)濟(jì)上合理，不多花錢又能建一個(gè)優(yōu)秀的工程。