城市防洪工程橡膠壩和水力自控翻板設(shè)計(jì)方案研究與分析

【摘 要】加吾爾塔木河及烏拉斯臺河城市防洪工程采用橡膠壩和水力自控翻板閘，有效美化了河道環(huán)境，既縮短了工期，又降低了工程造價。

【關(guān)鍵詞】防洪堤；橡膠壩設(shè)計(jì)方案；應(yīng)用與分析

1工程概況

塔城市處于塔爾巴哈臺山前洪積平原上，從西向東有五條河流穿過市區(qū)。即：烏拉斯臺河（包括薩孜河支流、發(fā)展河支流及烏拉斯臺河干流）、加吾爾塔木河（包括哈爾墩河支流和加吾爾塔木河干流）、東門外河、師范河、喀浪古爾河。加吾爾塔木河（包括哈爾墩河支流和加吾爾塔木河干流）是塔城市五條河流之一，該河段防洪對象有地稅局家屬院、塔南路大橋、聞琴路大橋、塔城市一小、廣場街橋、左公路大橋、體育館路、221省道等市標(biāo)志性建筑，最后匯入額敏河。

據(jù)調(diào)查和實(shí)際工程觀測在河流較順直段建橡膠壩，過壩水流較平穩(wěn)，壩袋不易發(fā)生振動，壩袋磨損較少，壩袋使用壽命較長。如果在河床、岸坡不穩(wěn)定的河段建壩，將增加維護(hù)費(fèi)用。因此，在選擇壩址時，必須在壩址上、下游均有一定長度的平直段。橡膠壩在常遇洪水（五年一遇）時，溢流水深0.34m，當(dāng)溢流水深超限時，需按設(shè)計(jì)洪水（五十年一遇）時進(jìn)行坍壩泄洪。

第二道壅水建筑物在2+946位置，在烏拉斯臺河中橋以下，為在修建壅水建筑物后，不影響烏拉斯臺河中橋行洪，回水長度不宜過長，故其壩高不易過高，且由于上游水面的遮擋也不影響景觀效果，因此在此處修建翻板閘比較合適。翻板閘自身就有泄洪排沙的作用，故不用再設(shè)排沙設(shè)施。

2基本資料

2.1氣象

塔城市屬中溫帶大陸性半干旱、半荒漠草原氣候，由于地處盆地地形狀態(tài)下，形成了氣溫較溫和，在干旱地區(qū)相對降水量較大，蒸發(fā)量較小的氣候特點(diǎn)，冬季漫長而寒冷，夏季短促而炎熱，山區(qū)熱量不足，光照較少，平原區(qū)熱量較豐富，光照充足。平原區(qū)受大風(fēng)影響較大，夏季炎熱，冬季寒冷。平原區(qū)多年平均氣溫6.8℃，極端最高氣溫42.8℃（2002年）極端最低氣溫-39.2℃（1969年），無霜期最長為176天，平均為133天，最短為108天。多年平均最大風(fēng)速17m/s，瞬時最大風(fēng)速40m/s，20cm口徑多年平均蒸發(fā)量為1685.7mm，多年平均年降水量為288.9mm，一日最大降水量為56.9mm。最大凍土深為1.46m。

2.2水文

由于擬修建水域景觀，水域景觀的修建使兩河溝水量在左公路和南環(huán)路區(qū)間匯集，兩河溝水量在烏拉斯臺河南環(huán)路橋處下泄。因此在南環(huán)路防洪節(jié)點(diǎn)兩河溝水量疊加，其余防洪節(jié)點(diǎn)洪水洪峰流量不變。其成果見下表。

水域景觀修建后兩河洪水在加吾爾塔木河南環(huán)路橋處疊加成果 單位m3/s

防洪節(jié)點(diǎn) 斷面位置 不同頻率設(shè)計(jì)值（%）

2.3工程地質(zhì)條件

區(qū)域地貌自北而南可劃分為中低山區(qū)、低山丘陵、山前傾斜平原與河流沖洪積平原；中低山區(qū)、低山丘陵地形起伏較大。擬建工程位處塔城盆地，屬河流沖洪積平原地貌，地勢由西北向東南緩傾，海拔高程542～538m。

中低山區(qū)、低山丘陵區(qū)是地表水和地下水的形成區(qū)、轉(zhuǎn)運(yùn)區(qū)， 山前傾斜平原區(qū)則是地下水的徑流區(qū)、賦存區(qū)。山區(qū)地下水以基巖裂隙水為主，側(cè)向補(bǔ)給河水，多以下降泉的形式出現(xiàn)；低山丘陵區(qū)、山前傾斜平原區(qū)地下水主要為第四系松散層孔隙型潛水，受大氣降水及河流側(cè)向補(bǔ)給。山區(qū)河段河水受降水和融水的補(bǔ)給，水量較豐；河流出山口后進(jìn)入山前洪積扇地段，河水大量滲漏補(bǔ)給地下水形成潛流；平原區(qū)北部地下水位埋深30～50m ，中部地下水位埋深10～30m，南部地下水位埋深2～10m。左、右岸工程地質(zhì)條件該段地貌單元為河流沖洪積平原。河道寬度6m～8m，水深0.3～0.5m，河岸高低不平，高出河水面0.5m～3.0m，兩岸多為居民區(qū)。

擬建工程處于傾斜平原南部，是地下水的徑流區(qū)、賦存區(qū)，地下水主要為第四系孔隙潛水，區(qū)內(nèi)主要受大氣降水及河流垂直入滲補(bǔ)給。

3.工程設(shè)計(jì)

3.1工程總體布置

為城市防洪兼顧景觀工程，在滿足河堤布置及有利于行洪和沖砂的前提下，結(jié)合河道景觀水面要求，在河道左岸樁號2+706.5、右岸樁號3+391處設(shè)置1道壩袋跨度為80.8m的橡膠壩，在河道左岸樁號2+946、右岸樁號3+591處設(shè)置1道凈跨為72m的水力自控翻板閘。這兩種類型建筑物均能起到壅水的作用，能為城市提供一定的景觀水面。

3.2橡膠壩工程

3.2.1橡膠壩結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

橡膠壩工程為底寬80.80m的堵頭式橡膠壩，分別位于河道左岸樁號1+050處。自上游向下看，橡膠壩上游設(shè)置8m長、0.4m厚C25F200W6混凝土護(hù)坦。橡膠壩底板順?biāo)鞣较蜷L6.5m，材料為C25F200W6鋼筋混凝土。橡膠壩下游設(shè)置消力池，池深0.5m，順?biāo)鞣较蜷L10.0m，材料為C25F200W6混凝土。消力池后設(shè)置0.4m厚漿砌石護(hù)坦，順?biāo)鞣较蜷L10m。橡膠壩工程邊墩高度為2.50m。

3.3水力自動控翻板閘門工程

3.3.1水力自動控翻板閘門設(shè)計(jì)

水力自控翻板閘位于河道樁號（左岸2+946、右岸3+591）處，由固定壩和翻板閘門組成，固定壩為現(xiàn)澆鋼筋砼結(jié)構(gòu)，砼標(biāo)號為C25F200W6；水力自控翻板閘門、牛腿、支墩及防護(hù)墩采用預(yù)制鋼筋砼結(jié)構(gòu)，砼標(biāo)號為C25F200W6。壩長為72.8m，共設(shè)置水力自控翻板閘12孔，閘門尺寸為1.5m×6.0m（高×寬）。底板高程527.01m，支墩長1.3m，寬0.4m，高1.365m。固定壩順?biāo)鞣较蜷L5m，底板厚1.0m，其基礎(chǔ)上、下游齒墻深度均為1.5m。

水力自控翻板閘上游鋪蓋齒墻深為2.5m，長度為10m，上游鋪蓋采用0.3m厚C20F200W4砼現(xiàn)澆襯砌；水力自控翻板閘后接消力池，池深為0.2m，池長10m，采用0.3m厚C25F200W6砼現(xiàn)澆襯砌。消力池后接混凝土海漫，長度為20m，底板厚0.3m，縱坡0.1‰，末端設(shè)擋墻，擋土墻深度為2.5m。

水力自控翻板閘與兩側(cè)防洪堤采用擋土墻連接，兩側(cè)防洪堤堤高2.5m，兩側(cè)擋土墻頂高程為529.51，墻高為4.1m。

水力自控翻板閘運(yùn)行操作時，應(yīng)控制分時序開啟不同的閘門，有左岸向右岸布置有12孔水力自控翻板閘門，將其分為五組，在運(yùn)行期間，最先開啟第三組水力自控翻板閘，然后依次開啟二、四組，最后開啟一、五組。最大泄流量不得超過61m3/s，閘前設(shè)計(jì)洪水位為528.81m。

3.3.2水力自控翻板閘基礎(chǔ)穩(wěn)定計(jì)算

水力自控翻板閘基礎(chǔ)為整體式鋼筋砼結(jié)構(gòu)，閘基底部為河床圓礫石，呈松散～稍密狀態(tài)，閘底與地基之間摩擦系數(shù)f=0.5～0.55。

水力自控翻板閘為4級水工建筑物，根據(jù)《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》SL265—2001的規(guī)定，抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)不小于[Kc]=1.2；閘室平均基底應(yīng)力不大于地基允許承載力，最大基底應(yīng)力不大于地基允許承載力的1.2倍；閘室基底應(yīng)力的最大值與最小值之比不大于規(guī)范要求。

4工程方案分析

4.1所選壩型既滿足用水，又美化環(huán)境

橡膠壩是一種耐久性強(qiáng)抗震性能強(qiáng)美化環(huán)境效果好的新壩型，它應(yīng)用于防洪方面，可在枯水期沖水成壩蓄水，滿足用水及美化環(huán)境的需求，汛期排空壩內(nèi)水，坍壩過洪，不影響河道行洪，保證了防洪安全。

4.2充分利用橡膠壩，減少了工程造價

橡膠壩用于河道上作為低水頭，可以不用常規(guī)閘的啟閉機(jī)和工作橋等， 這樣大大降低了工程的規(guī)模和費(fèi)用，減少了工程造價。

4.3充分利用施工圍堰或活動圍堰，可節(jié)省勞力并縮短工期

用于施工圍堰或活動圍堰，橡膠活動圍堰高度可升可降，并且可從堰頂溢流，不需取土筑堰可保持河道清潔，節(jié)省勞力并縮短工期。

4.4充分利用城區(qū)防洪工程，可美化城市環(huán)境

用于城區(qū)防洪工程，造型優(yōu)美，線條流暢，可為城市建設(shè)增添一道優(yōu)美的風(fēng)景。

作者簡介：

陳曉翠，女，水利中級工程師，現(xiàn)從事水利工程設(shè)計(jì)、預(yù)算、施工及質(zhì)量監(jiān)督等工作。