簡論氣盾壩的設計

□徐君冉 趙海濤 張樂為

簡論氣盾壩的設計

□徐君冉 趙海濤 張樂為

簡論氣盾壩的設計，包括壩址選擇、壩高確定、壩袋設計、過流能力和消能計算、防滲長度和壩底板穩(wěn)定計算等，使之達到經濟效益、社會效益、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 《橡膠壩技術規(guī)范》(GB/ T50979-2014)，選擇壩址時應根據橡膠壩的特點和運用要求，考慮地形、地質、水流、泥沙、環(huán)境影響等因素，經過技術經濟比較后確定。壩址應選擇在有開闊地形、穩(wěn)定岸坡的河段，宜優(yōu)先考慮地質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，壩址應選在兩側地勢較高的河段。攔河壩布置考慮支流影響，布置在支流上游處，減少支流洪水對橡膠壩運行的不利影響。選擇壩址還應綜合考慮材料來源、對外交通、施工導流、場地布置、供水供電等條件，還應考慮橡膠壩建成后運行管理、壩袋檢修等條件。

1.2 壩址及壩高

以河北省遵化市沙河紀各莊氣盾壩為例，紀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，同時考慮壩體上下游河道平順要求，將氣盾壩布置在沙河魏進河匯入后上游約270m處，樁號2+200處，根據人工濕地進口水位要求，壩高確定為3.0m。

2.氣盾壩布置

紀各莊氣盾壩分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，均為鋼筋混凝土結構。鋪蓋長10m，厚0.5m；防滲灌注樁位于鋪蓋首端以下，鋼筋混凝土結構，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。鋼筋混凝土強度等級均為C30，抗?jié)B等級為W4，抗凍等級為F150,素混凝土墊層強度等級為C15。

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

氣盾壩鋪蓋上游5m范圍內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。

農業(yè)經濟管理為農村經濟發(fā)展尋找合適的解決方案，關注實際問題，應用理論深化解決實際問題，解決農村經濟發(fā)展面臨的問題[3]。農業(yè)經濟管理掌控農村經濟發(fā)展、理論指導，應為農村經濟發(fā)展提供最適宜的解決、發(fā)展方案。農業(yè)經濟管理不斷優(yōu)化農村經濟發(fā)展方案，要理論聯系實際，提出因地制宜、合理的方案，以對當地農業(yè)提出適宜的、高效的實際方案，保障廣大農民的利益，為廣大農民排憂解難。在提出解決方案時，務必要聯系實際，實地考察，做到“以民為本”，對當地情況進行合理、全面分析，了解當地的資源情況，提出合理的規(guī)劃，利用農業(yè)經濟管理為農村經濟指出明確的方向，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2+ 200處，為地面式單層磚混結構，凈尺寸：6.0m×7.0m，內部放置集成充排系統(tǒng)，遠程控制系統(tǒng)布置在管理處。

各混凝土結構底部需澆筑素混凝土墊層，每側應超出結構底邊緣400mm，厚150mm。

表1 氣盾壩消能計算成果表

3.氣盾壩設計

3.1 壩袋設計

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成。

3.2 水力計算

攔河壩工程的水力計算包括：過流能力計算和消能計算。

攔河壩泄流能力計算：攔河壩坍壩行洪能力按寬頂堰計算，根據水面線計算成果，橡膠壩塌壩運行時的過流量滿足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。

消能防沖計算：根據橡膠壩及氣盾壩運行特點，按《水閘設計規(guī)范》，分為以下三種工況進行消力池設計。

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《水閘設計規(guī)范》附錄B計算。見表1。

3.3 防滲長度計算

根據《遵化市沙河水平口引灤水源地保護工程初步設計階段工程地質勘察報告》：場區(qū)地下水位埋深較淺，施工中應考慮地表水、地下水的影響，壩基淺部為卵礫石，工程正常運行時，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。

一是計算方法。

此次設計采用 《水閘設計規(guī)范》中的改進阻力系數法研究壩基的滲流問題。

二是計算工況組合。見表2。

三是主要結論。

表2 壩基滲流計算水位組合表

根據計算結果，紀各莊氣盾壩需在鋪蓋前端齒墻內，需設置20m長垂直混凝土灌注樁。氣盾壩壩基增設垂直灌注樁后，抗?jié)B滿足規(guī)范要求。

4.結語

氣盾壩在河道景觀壩項目上運用普遍，與傳統(tǒng)橡膠壩和鋼板閘相比優(yōu)勢非常明顯，設計時應詳細了解最新的設配性能，同類氣盾壩使用者的經驗，有關設計規(guī)范要求等，努力使設計作品達到經濟效益、社會效益、環(huán)境效益的最佳結合?！?/p>

2016-07-14

徐君冉，女，漢族，河北省水利水電第二勘測設計研究院，工程師。

趙海濤，男，漢族，河北省水利水電第二勘測設計研究院，高級工程師。

張樂為，男，漢族，河北省石津灌區(qū)管理局，工程師。