從化市街口人工湖（閘）壩選址選型及橡膠壩設計

凌 影

（廣州市水務規(guī)劃勘測設計研究院，廣州 510640）

從化市街口人工湖（閘）壩選址選型及橡膠壩設計

凌 影

（廣州市水務規(guī)劃勘測設計研究院，廣州 510640）

結合從化市街口人工湖（閘）壩自身特點，通過壩址、壩橋布置選擇、壩型3個方面的分析研究，選擇出最適合本工程壩址、壩型。并根據(jù)相關規(guī)范，對該工程橡膠壩進行了簡要設計計算。

橡膠壩；充水式；設計計算

1 概況

街口人工湖（閘）壩與交通橋舊址位于流溪河上游從化市流溪河大橋與街口大橋之間，興建于1993年，已運行近20年。該工程攔河而建，閘址處河寬約200 m，水閘共23孔，其中22孔翻板閘，每孔凈寬7.5 m，1孔沖沙閘，位于水閘左岸，凈寬4.5 m。水閘總凈寬169.5 m，閘底板高程24.41 m（珠基高程，下同），正常蓄水位為25.71 m，水閘過洪流量為（50年一遇）1 711 m3/s。街口人工湖（閘）壩上游兩岸堤防已按50年一遇洪水標準整治至溫泉人工湖壩，街口人工湖（閘）壩址附近兩側護岸擋土墻頂高程為26.0 m[1]。由于缺乏有效管理，年久失修，閘門大多銹蝕，壩前垃圾無人清理，堵住閘門。上述原因造成閘門漏水，部分閘門不能正常啟閉，無法發(fā)揮工程正常的蓄水作用。人工湖（閘）壩下游現(xiàn)有交通橋1座，目前僅供兩岸居民及自行車通過。隨著周邊道路交通系統(tǒng)的發(fā)展，該處兩岸來往的車流量及人流量日益增大，使得該處交通橋的試用功能急需改變。

根據(jù)《從化街口人工湖（閘）壩安全鑒定》（2014年2月）及《關于廣州市從化市街口人工湖閘壩安全鑒定成果審查意見》（廣東省水利廳，粵水建管【2012】14號），確定“從化市街口人工湖閘壩評定為四類閘”、“改閘存在嚴重的安全隱患，需盡快報廢重建”[2、3]。

2 壩址、壩型選擇

2.1 壩址選型

原街口人工湖（閘）壩壩址位于從化市街口鎮(zhèn)流溪河大橋（從化大橋）與街口大橋之間。本次設計根據(jù)從化市城市規(guī)劃及當?shù)匮匕短攸c與交通要求，擬對3個壩址方案進行比選：方案一：壩址選在距原人工湖（閘）壩址上游約90 m處，壩長159 m，交通橋長200 m；方案二：原人工湖（閘）壩址，壩長186 m，橋長215 m；方案三：壩址選在原人工湖（閘）壩址下游約203 m處，壩長250 m，橋長274 m（見表1，圖1）。

表1 各壩址方案特點

圖1 人工湖（閘）壩壩址選址平面布置圖

綜合分析上述3個壩址方案，結合城市規(guī)劃、場地條件、周邊環(huán)境及工程投資等分析比較后，雖然方案一改善的水域面積相對較小，但是方案一所處河道位置水流條件、施工便利程度、總投資均為最優(yōu)，故方案一作為推薦壩址位置。

2.2 壩橋布置方案比選

橡膠壩與交通橋的布置大體上分兩種形式：壩橋結合和壩橋分離。

2.1.1 壩橋分離方案

該方案就是將橋梁布置在壩體上游或下游側，橋墩和壩墩分離。其特點是對大壩維護管理便利，也能彰顯景觀效果，壩跨數(shù)及單跨長度不受橋梁限制。但工程總投資相對壩橋結合方案要高，對河道過流能力有一定影響。

2.1.2 壩橋結合方案

該方案就是將交通橋橋墩置于壩墩之上，大壩在交通橋下方，橋墩和壩墩合二為一，可以節(jié)省工程占地和工程投資，同時減少對河道過流能力的影響。但是景觀效果展現(xiàn)不是十分明顯，維護管理不及壩橋分離，橡膠壩跨數(shù)須與橋梁跨數(shù)協(xié)調(diào)一致。

綜合分析比較，由于本工程的交通橋肩負著連通流溪河兩岸交通的作用，對橋體本身要求較高，對又由于本橋位于外地進入從化市區(qū)的窗口地段，對景觀效果要求較高，故采用壩橋分離方案。

2.3 壩型選擇

滿足蓄水、淹沒灘地，從而改造水環(huán)境的功能出發(fā)，分別從橡膠壩、氣動盾形閘、底橫軸驅(qū)動下臥式平面鋼閘門3種型式進行比較（見表2）。氣動盾形閘利用空氣壓縮原理，通過氣袋充氣與排氣，使閘門升起與倒伏，以維持特定的水位高度。底橫軸驅(qū)動下臥式平面鋼閘門能滿足功能要求，管理運行方便，不影響河道行洪，但需較多的啟閉機具，以及每年維修和閘門防銹，工程費用較高。橡膠壩通過對橡膠充氣或充水達到擋水目的。

表2 壩型比選表

經(jīng)綜合比較，橡膠壩節(jié)省三材（鋼、木、水泥）、壩袋在廠家制造，現(xiàn)場安裝，故施工期短、壩袋作為柔性薄殼結構，抗震性能好、結構簡單、造價低廉。而且橡膠壩可根據(jù)實際地形靈活布置，壩體內(nèi)的水泄空后，壩袋緊貼在底板上，不縮小原有河床的過水斷面，不阻礙水流。故推薦采用橡膠壩。由于廣州為我國南方地區(qū)，氣溫較高，如選擇充氣式壩袋，夏季氣體膨脹，對壩袋不利。冬季無冰凍，適合選用充水式壩袋。隨著高分子合成材料的發(fā)展和壩袋制造工藝的完善與提高，壩袋的使用壽命也延長至20年左右。壩袋采用彩色，蓄水后壩上游形成寬闊的人工湖，壩頂溢流時形成小瀑布，將是從化城市水利建設的一道亮麗風景線。

3 橡膠壩設計

3.1 橡膠壩順水流方向長度計算

本工程擬采用充水式橡膠壩，根據(jù)《橡膠壩技術規(guī)范》（SL227-98）、《橡膠壩設計與管理》等資料，取壩袋內(nèi)壓比α=1.35，安全系數(shù)K=8.0。本工程設計壩高為3.10 m，則內(nèi)壓高度H0=1.35×3.10=4.185 m。采用查表及相關資料計算得各參數(shù)及計算結果如表3。

表中：α為內(nèi)壓比；H1為設計壩高，m；T為壩袋經(jīng)向計算強度，kN/m；S1為上游壩面曲線段長度，m；S為下游壩面曲線段長度，m；X0為下游貼地段長度，m；n為上游貼地段長度，m；R為壩面曲線段半徑，m；V為壩袋單寬容積，m3。

橡膠壩底板長度按下式計算：

經(jīng)計算得橡膠壩底板順水流向長度Ld=10.823 m，取底板長度為12 m。

3.2 過流能力計算

過閘流量方程采用采用《橡膠壩技術規(guī)范》（SL227-98）附錄A中的公式：

根據(jù)計算，當人工湖壩下斷面50年一遇設計洪水位為29.32 m，100年一遇設計洪水位為29.65 m時，對應的過閘流量分別為1 812 m3/s及2 190 m3/s，滿足過流要求。

3.3 消能計算

根據(jù)《橡膠壩工程技術指南》（第二版），并結合橡膠壩運行情況，擬定以下工況，對消能防沖進行設計計算，計算結果見表4。

對上述工況采用下列公式計算，經(jīng)計算，本工程設置0.6 m消力池深度，池長為18 m，淹沒安全系數(shù)在1.05～1.10內(nèi)，符合消能防沖設計要求（見表5）。

表4 消能計算工況表

4 結語

在水力建設中，橡膠壩較適用于低水頭、大跨度的閘壩工程[4]。其壩高可調(diào)節(jié)，壩頂可溢流，造價低，工期短，壩體為柔性結構，抗震、抗沖刷能力強，治水效果好，維修少，管理方便。橡膠壩帶的使用壽命一般可達20年。建議在水庫溢洪道、滾水壩、渠系進、出水閘、沿海防浪堤或擋潮閘中廣泛采用。本工程橡膠壩設計方案目前已經(jīng)通過預可研審查。

[1] 廣州市水務規(guī)劃勘測設計研究院.廣州市流溪河流域管理規(guī)劃報告（2010～2030）[R].廣州：廣州市水務規(guī)劃勘測設計研究院，2012.

[2] 廣州市水務規(guī)劃勘測設計研究院.廣州市從化街口人工湖（閘）壩安全鑒定報告[R].廣州：廣州市水務規(guī)劃勘測設計研究院，2014.

[3] 廣東省水利廳.關于廣州市從化市街口人工湖閘壩安全鑒定成果審查意見[R].廣州：廣東省水利廳，2012.

[4] 朱毅輝.橡膠壩的用途及構造原理[J].大眾科技，2010（6）：91-93.

（責任編輯：周 群）

Dam location and type selection and rubber dam design for Jiekou artificial lake(gate)project in Conghua City

LING Ying
（Guangzhou Water Planning&Design Institute，Guangzhou 510640，China）

Combined with the characteristics of Jiekou artificial lake（gate）project in Conghua City，analysis and study was conducted in respects of dam type as well as arrangement of dam and bridge，before the most suitable dam type and location were chosen.The design calculation of rubber dam that was conducted in accordance with re?lated specifications is also presented.

Rubber dam；water filling type；design calculation

TV22；TV644

B

1003-1510（2016）03-0039-03

表3 壩袋設計參數(shù)表

α 1.35 H1 3.1 T/H120.4250 T 4.084 S1/H11.6920 S1 5.245 S/H11.7418 S 5.400 X0/H10.5394 X0 1.672 n/H11.1952 n 3.705 R/H11.2143 R 3.764 V/H121.6275 V 15.640

2016-04-12

凌 影（1984-），女，河北保定人，廣州市水務規(guī)劃勘測設計研究院工程師，碩士，主要從事水工結構分析設計，結構抗震設計等工作。