充水式橡胶坝充水水源设计实践

□彭 鹏 □姚 珂（洛阳水利勘测设计院）

自20世纪90年代以来，河南省各地相继修建了数量可观的橡胶坝，就洛阳市而言，目前已在洛河、伊河、澶河、涧河建成了15座橡胶坝。这些橡胶坝对于美化城市环境，改善小气候，补充地下水具有独特的作用。橡胶坝连成的万顷碧波宛如飘落在洛阳大地上的人间银河，给洛阳市增添了亮丽的风景。

洛阳市修建的这些橡胶坝充坝介质全部是水。充坝水应是不含杂质和腐蚀性物质的洁净水。根据河道地质、自来水管网设置和地下水的情况，通过技术经济比较后，橡胶坝的充水水源可以在自来水、大口井、深水井和无砂混凝土集水管4种方案选择一种。

下面是洛阳市水利勘测设计院设计过的橡胶坝4种充水水源的设计实践。

一、自来水水源

有的橡胶坝修建在城区中间，这里河道较窄，建的橡胶坝长度较短，多数为单跨，长度在100m内，设计高度较低，以2.5m坝高较常见。这些橡胶坝单宽容积小，整座橡胶坝的充水容积也不大,加上河道中的淤泥多，水质差，城区中自来水管网又较近，通过技术经济比较后，可选用自来水作为橡胶坝充坝介质。这种橡胶坝充、排水管路布置较为简单，充水管路中装上水表和电动蝶阀，同自来水管连接后，根据需要就可以随时向坝袋充水。洛阳市水利设计院设计的栾川县城区3座橡胶坝就属于此种类型,栾川县城自来水管线就在橡胶坝附近，便于同橡胶坝充水管路连接,工程选用φ100mm焊接钢管作为充水管路，把坝袋充至设计高度大约10h左右。洛阳市区内瀍河上修建的几座橡胶坝均属于使用自来水充坝袋的例子。

二、大口井水源

在宽敞的河道上修建多跨橡胶坝，其总长度在200～500m，甚至更长，跨数2～6跨，甚至更多。这样的橡胶坝设计坝高一般分2种，两边跨坝高3m左右，中间几跨坝高4.5m左右，由于坝的总长度长，单宽容积又较大，橡胶坝的总充水容积数量就较大，比如两边跨长2×90m，坝高3m，内压比1.25，中间4跨4× 70m，坝高4.5m，内压比1.25，这样一座橡胶坝的充水容积达13416m3之多，即便建在市区内自来水管网又较近，从技术经济考量用自来水也是不可取的。鉴于上述情况，若河道中的砂卵石干净含泥量小，砂子属于中粗砂且砂卵石表层厚度达4～6m，也就是浅层透水性好，那么橡胶坝的充水水源可以设计为大口井。橡胶坝的跨数大于4跨，左右岸可设计2个控制室，在防渗铺盖上游左右岸各设计一个大口井，其底板高层低于水泵室底板3m左右。大口井的有效容积，根据充坝坝袋容积、涌水量和充坝水泵的流量及其它参数计算确定。砂卵石层向大口井的涌水量是一个实验数据，在拟建大口井的附近开挖一个直径1m的试验井，井底的高程和大口井的高程同样高。试验井挖成后可架水泵进行抽水试验，记录下试验井的静水位、动水位、水泵的抽水量和抽水时间，可以计算出单位时间单位面积的涌水量，选择水泵室充水水泵的型号，洛阳水利设计院设计的大口井有效容积一般都在100m3左右，大口井可以设计为壁厚40cm，内径600cm的圆柱形状，其井壁上设置直径φ50～φ100mm的PVC管，管外口上包扎反滤布，井壁外围填1m厚的粗砂、碎石反滤料，以保证进入大口井内的水洁净无泥砂。利用大口井作为橡胶坝袋的充水水源，相对于其它类型的水源，由于涌水量相对大，水泵的抽水流量就可以选择较大的，把坝袋充至设计高程的时间就短一些。龙门二级橡胶坝和伊河市区段一级橡胶坝就是利用大口井水源充坝的实例。

三、深水井水源

同样是多跨橡胶坝，坝的总长度较长，设计坝高2.5～4.5m，坝袋总的充水容积较大的，比如超过1万m3，河道地质情况不允许建大口井的，就考虑采用其它的充水水源，比如建深井。这样的河道往往泥砂层较厚，泥的含量大，在较深的深度还有泥层或泥砂岩出现，可以说此种地质条件浅层含水少、透水性能差，地质条件不允许建大口井，而用自来水水源又不合算，就设计打深井作为充坝水源。洛河洛阳市区段已建成的7座橡胶坝充水水源均是深井。这些橡胶坝都是6跨，两边跨设计坝高2.5～3m，中间4跨设计坝高4.5m，总坝长500m左右，坝袋设计总充水容积在15000m3。洛河洛阳市区段河道地下水层在75～110m，打的深井也在这个范围之内。用专业打井队按程序施工，经钻井、成井、洗井诸道工序后，还要作一项出水量试验，看井下含水层的涌水量有多大，给坝袋充水泵选型提供依据。已安全运行并创造良好社会效益的这7座橡胶坝，深井中使用的深井潜水泵每小时流量在108～150m3之间。在防渗铺盖上游左右岸各设一个深井，两台水泵同时开启，大概3d时间就可以把6跨橡胶坝袋同时充起。根据规范规定，不允许一次性将坝袋充至设计高度，宜逐级逐步达到设计高度，每次停留时间约0.5h，再者坝袋上游水位也是逐步缓慢升高的。因此,这些深井充水水源是在安全、平稳、有效地运行。深井的护壁用无砂混凝土管或铸铁管，管子的内径是根据设计选定的，并与深井潜水泵配套。若使用铸铁管，管壁上要钻φ12mm通孔，孔数据设计而定，一般孔的中心距径向和轴向均5～8cm。无砂混凝土管或铸铁管外壁包扎2层反滤布，管的周围还要填50cm的反滤料，以保证进入管中的水洁净。

四、无砂混凝土集水管

设计中还遇到另一种情况，那就是河道不宽，其中的砂卵石干净，不含泥，砂子属于中粗砂，透水性好，而河床的基岩面高，砂卵石层薄，充水水源采用大口井、深井地质条件显然不允许，使用自来水径流不合算，经过技术经济比较后，设计采用无砂混凝土集水管。在橡胶坝上游河床中铺设2条内径φ600mm、有一定坡度的无砂混凝土管，呈放射形状从集中地向上游延伸，其长度根据试验确定，一般单根长度50～60m。埋入深度从管中线算起约0.8m，在管线中20m长处做一个小镇墩以固定管路。无砂混凝土管外壁周围包扎一层天然棕皮或一层反滤布，外填50cm厚5～20mm的碎石反滤料。实践证明这种简单的设计非常实用，只要橡胶坝底板建成（等于河道潜流已截流），就有大量的水流入无砂混凝土管而涌入集水池，而且这些水洁净无杂质，完全满足橡胶坝充水水源的需要，选用较大流量充水水泵较短时间就可以把坝袋充至设计高程。洛阳龙门一级橡胶坝就是采用无砂混凝土管作为橡胶坝充水水源的一个例子。

对于充水式橡胶坝充水水源的设计，要因地制宜，综合分析，合理选择，精心设计。特别是河道地质情况，如砂卵石层厚度、砂子粗细程度、泥土含量、基岩面深度、砂卵石层透水性、地下水埋深等要深入了解，还要综合橡胶坝长度、高度、总充水量、自来水管网远近等诸多因素，进行技术经济分析、比较后，确定哪种充水水源技术上安全可靠，能保证正常的充水运行，同时经济上合理，不多花钱又能建一个优秀的工程。