城市防洪工程橡胶坝和水力自控翻板设计方案研究与分析

【摘 要】加吾尔塔木河及乌拉斯台河城市防洪工程采用橡胶坝和水力自控翻板闸，有效美化了河道环境，既缩短了工期，又降低了工程造价。

【关键词】防洪堤；橡胶坝设计方案；应用与分析

1工程概况

塔城市处于塔尔巴哈台山前洪积平原上，从西向东有五条河流穿过市区。即：乌拉斯台河（包括萨孜河支流、发展河支流及乌拉斯台河干流）、加吾尔塔木河（包括哈尔墩河支流和加吾尔塔木河干流）、东门外河、师范河、喀浪古尔河。加吾尔塔木河（包括哈尔墩河支流和加吾尔塔木河干流）是塔城市五条河流之一，该河段防洪对象有地税局家属院、塔南路大桥、闻琴路大桥、塔城市一小、广场街桥、左公路大桥、体育馆路、221省道等市标志性建筑，最后汇入额敏河。

据调查和实际工程观测在河流较顺直段建橡胶坝，过坝水流较平稳，坝袋不易发生振动，坝袋磨损较少，坝袋使用寿命较长。如果在河床、岸坡不稳定的河段建坝，将增加维护费用。因此，在选择坝址时，必须在坝址上、下游均有一定长度的平直段。橡胶坝在常遇洪水（五年一遇）时，溢流水深0.34m，当溢流水深超限时，需按设计洪水（五十年一遇）时进行坍坝泄洪。

第二道壅水建筑物在2+946位置，在乌拉斯台河中桥以下，为在修建壅水建筑物后，不影响乌拉斯台河中桥行洪，回水长度不宜过长，故其坝高不易过高，且由于上游水面的遮挡也不影响景观效果，因此在此处修建翻板闸比较合适。翻板闸自身就有泄洪排沙的作用，故不用再设排沙设施。

2基本资料

2.1气象

塔城市属中温带大陆性半干旱、半荒漠草原气候，由于地处盆地地形状态下，形成了气温较温和，在干旱地区相对降水量较大，蒸发量较小的气候特点，冬季漫长而寒冷，夏季短促而炎热，山区热量不足，光照较少，平原区热量较丰富，光照充足。平原区受大风影响较大，夏季炎热，冬季寒冷。平原区多年平均气温6.8℃，极端最高气温42.8℃（2002年）极端最低气温-39.2℃（1969年），无霜期最长为176天，平均为133天，最短为108天。多年平均最大风速17m/s，瞬时最大风速40m/s，20cm口径多年平均蒸发量为1685.7mm，多年平均年降水量为288.9mm，一日最大降水量为56.9mm。最大冻土深为1.46m。

2.2水文

由于拟修建水域景观，水域景观的修建使两河沟水量在左公路和南环路区间汇集，两河沟水量在乌拉斯台河南环路桥处下泄。因此在南环路防洪节点两河沟水量叠加，其余防洪节点洪水洪峰流量不变。其成果见下表。

水域景观修建后两河洪水在加吾尔塔木河南环路桥处叠加成果 单位m3/s

防洪节点 断面位置 不同频率设计值（%）

2.3工程地质条件

区域地貌自北而南可划分为中低山区、低山丘陵、山前倾斜平原与河流冲洪积平原；中低山区、低山丘陵地形起伏较大。拟建工程位处塔城盆地，属河流冲洪积平原地貌，地势由西北向东南缓倾，海拔高程542～538m。

中低山区、低山丘陵区是地表水和地下水的形成区、转运区， 山前倾斜平原区则是地下水的径流区、赋存区。山区地下水以基岩裂隙水为主，侧向补给河水，多以下降泉的形式出现；低山丘陵区、山前倾斜平原区地下水主要为第四系松散层孔隙型潜水，受大气降水及河流侧向补给。山区河段河水受降水和融水的补给，水量较丰；河流出山口后进入山前洪积扇地段，河水大量渗漏补给地下水形成潜流；平原区北部地下水位埋深30～50m ，中部地下水位埋深10～30m，南部地下水位埋深2～10m。左、右岸工程地质条件该段地貌单元为河流冲洪积平原。河道宽度6m～8m，水深0.3～0.5m，河岸高低不平，高出河水面0.5m～3.0m，两岸多为居民区。

拟建工程处于倾斜平原南部，是地下水的径流区、赋存区，地下水主要为第四系孔隙潜水，区内主要受大气降水及河流垂直入渗补给。

3.工程设计

3.1工程总体布置

为城市防洪兼顾景观工程，在满足河堤布置及有利于行洪和冲砂的前提下，结合河道景观水面要求，在河道左岸桩号2+706.5、右岸桩号3+391处设置1道坝袋跨度为80.8m的橡胶坝，在河道左岸桩号2+946、右岸桩号3+591处设置1道净跨为72m的水力自控翻板闸。这两种类型建筑物均能起到壅水的作用，能为城市提供一定的景观水面。

3.2橡胶坝工程

3.2.1橡胶坝结构设计

橡胶坝工程为底宽80.80m的堵头式橡胶坝，分别位于河道左岸桩号1+050处。自上游向下看，橡胶坝上游设置8m长、0.4m厚C25F200W6混凝土护坦。橡胶坝底板顺水流方向长6.5m，材料为C25F200W6钢筋混凝土。橡胶坝下游设置消力池，池深0.5m，顺水流方向长10.0m，材料为C25F200W6混凝土。消力池后设置0.4m厚浆砌石护坦，顺水流方向长10m。橡胶坝工程边墩高度为2.50m。

3.3水力自动控翻板闸门工程

3.3.1水力自动控翻板闸门设计

水力自控翻板闸位于河道桩号（左岸2+946、右岸3+591）处，由固定坝和翻板闸门组成，固定坝为现浇钢筋砼结构，砼标号为C25F200W6；水力自控翻板闸门、牛腿、支墩及防护墩采用预制钢筋砼结构，砼标号为C25F200W6。坝长为72.8m，共设置水力自控翻板闸12孔，闸门尺寸为1.5m×6.0m（高×宽）。底板高程527.01m，支墩长1.3m，宽0.4m，高1.365m。固定坝顺水流方向长5m，底板厚1.0m，其基础上、下游齿墙深度均为1.5m。

水力自控翻板闸上游铺盖齿墙深为2.5m，长度为10m，上游铺盖采用0.3m厚C20F200W4砼现浇衬砌；水力自控翻板闸后接消力池，池深为0.2m，池长10m，采用0.3m厚C25F200W6砼现浇衬砌。消力池后接混凝土海漫，长度为20m，底板厚0.3m，纵坡0.1‰，末端设挡墙，挡土墙深度为2.5m。

水力自控翻板闸与两侧防洪堤采用挡土墙连接，两侧防洪堤堤高2.5m，两侧挡土墙顶高程为529.51，墙高为4.1m。

水力自控翻板闸运行操作时，应控制分时序开启不同的闸门，有左岸向右岸布置有12孔水力自控翻板闸门，将其分为五组，在运行期间，最先开启第三组水力自控翻板闸，然后依次开启二、四组，最后开启一、五组。最大泄流量不得超过61m3/s，闸前设计洪水位为528.81m。

3.3.2水力自控翻板闸基础稳定计算

水力自控翻板闸基础为整体式钢筋砼结构，闸基底部为河床圆砾石，呈松散～稍密状态，闸底与地基之间摩擦系数f=0.5～0.55。

水力自控翻板闸为4级水工建筑物，根据《水闸设计规范》SL265—2001的规定，抗滑稳定安全系数不小于[Kc]=1.2；闸室平均基底应力不大于地基允许承载力，最大基底应力不大于地基允许承载力的1.2倍；闸室基底应力的最大值与最小值之比不大于规范要求。

4工程方案分析

4.1所选坝型既满足用水，又美化环境

橡胶坝是一种耐久性强抗震性能强美化环境效果好的新坝型，它应用于防洪方面，可在枯水期冲水成坝蓄水，满足用水及美化环境的需求，汛期排空坝内水，坍坝过洪，不影响河道行洪，保证了防洪安全。

4.2充分利用橡胶坝，减少了工程造价

橡胶坝用于河道上作为低水头，可以不用常规闸的启闭机和工作桥等， 这样大大降低了工程的规模和费用，减少了工程造价。

4.3充分利用施工围堰或活动围堰，可节省劳力并缩短工期

用于施工围堰或活动围堰，橡胶活动围堰高度可升可降，并且可从堰顶溢流，不需取土筑堰可保持河道清洁，节省劳力并缩短工期。

4.4充分利用城区防洪工程，可美化城市环境

用于城区防洪工程，造型优美，线条流畅，可为城市建设增添一道优美的风景。

作者简介：

陈晓翠，女，水利中级工程师，现从事水利工程设计、预算、施工及质量监督等工作。