城市河道橡胶坝修复改造技术

杨小宸（辽宁省水利水电科学研究院，辽宁沈阳110003）



城市河道橡胶坝修复改造技术

杨小宸
（辽宁省水利水电科学研究院，辽宁沈阳110003）

［摘 要］文中结合工程实例，通过工程和结构优化设计，研究提出了橡胶坝坝袋改造技术、通航船闸改造技术和闸坝联合调度技术；针对气候特殊的东北寒区，研究提出了橡胶坝冬季运行维护与控制技术。

［关键词］城市河道；橡胶坝；通航改造

1　概述

橡胶坝工程结构简单，工程造价低，是被广泛采用的一种拦河建筑物型式。目前辽宁省内橡胶坝建设数量众多，共164座，总坝长19.66 km，其中运行时间在10年以上超过50座，由于当时建设条件有限，设计标准较低，经过长时间运行后，一些橡胶坝存在基础渗透严重等防洪安全隐患。

2　修复改造技术

2.1坝袋改造技术

该项技术研究结合王家湾橡胶坝工程进行。

通过橡胶坝功能优化设计、水力计算及工程造价分析比较，不同坝段坝袋选择了不同的改造方案。橡胶坝第1至5孔仍采用充气式，第6，7孔采用充水式，解决了气坝无法调节水量的问题，既能保证王家湾橡胶坝蓄水后上游水面要求，达到美化环境、改善浑河景观的目的，又能消除工程对下游河道防洪的不利影响。进行了橡胶坝溢流能力、泄流能力、消能防冲、导流墙等水力计算分析；提出了各坝段改造后坝袋的具体结构尺寸；进行了稳定剂渗流分析，橡胶坝底板前后均设置了齿墙，更增加了底板的抗滑稳定性。增设了水坝泵房及充排水系统、自动控制系统及管理房，为今后运行管理奠定基础。

2.2通航改造技术

该项技术研究结合浑南拦河坝改造工程进行。由于拦河坝为混凝土实用堰，不具备调节水流的功能，在汛期抬高了浑河河道水位，增加了浑南坝上游城市段防洪压力，并对防御超标准洪水极为不利，影响沈阳市区的防洪安全。针对浑南拦河坝汛期阻水严重，进水闸、冲砂闸工程老化问题，对其工程进行改造设计。改造后将混凝土拦河坝改为橡胶坝，将冲砂闸改为调节闸，并对进水闸进行改建，以增加浑河主槽的泄洪能力并保证浑南灌区灌溉用水及长白岛开发供水。同时在拦河坝右侧增设一座船闸，满足浑河河道通航要求。通过相关的计算分析，确定工程改造后的结构尺寸及建筑物高程等特性，可解决阻水、灌区用水、景观用水及通航等主要问题。

1）解决浑南坝的阻水问题。将混凝土拦河坝改造成为充水式橡胶坝，并将冲砂闸改为调节闸，在汛期橡胶坝塌坝运行，非汛期通过橡胶坝与调节闸的联合运用，改变了浑南坝无法调节水流，在汛期严重阻水的现状。增加了浑河主槽的泄洪能力，减轻了上游城市段的防洪压力，提高了沈阳城市防洪的安全性。

2）保证浑南、浑蒲、浑沙灌区的灌溉用水。混凝土溢流坝改建为充水式橡胶坝，坝顶高程维持原坝顶不变，同时改建进水闸，保证供水建筑物的安全，在灌溉期橡胶坝充水蓄水，可以保证浑南灌区1.67万hm2农田的灌溉任务。冲砂闸改为调节闸后，通过调节闸和橡胶坝调节水量，可以保证下游浑蒲、浑沙灌区灌溉用水的需要。

3）保证浑南坝上游及长白岛的景观用水。混凝土溢流坝拆除上部2 m后作为橡胶坝底板，改建的橡胶坝底板高程设为38.5 m，既解决了混凝土坝的阻水问题，又能使坝上游五里河公园不露底，保证一定的水深，满足坝上游浑河景观用水的需要。此外，由于长白岛的开发，长白河水面将加宽，需由进水闸保证供水。对进水闸进行改建，同时利用橡胶坝蓄水，可以保证长白岛开发景观用水的需要。

4）解决浑河通航问题。随着沈阳城市建设的发展，浑河已经成为沈阳市的内河，根据沈阳市政府对浑河的总体规划，浑河将全线通航。为保证通航船只通过浑南橡胶坝，在橡胶坝右侧建一座船闸，闸室长40 m，宽8 m。船闸建成后，可一次通航一艘200 t位的旅游船只，通航历时约20 min。建设船闸工程，实现了砂山橡胶坝至王家湾橡胶坝的通航。

2.3闸坝联合调度技术

2.3.1闸坝联合调度方案

该项技术研究结合辽河新民毓宝台橡胶坝改造工程进行。橡胶坝工程改造后形成闸坝联合型式，即提高了工程调节能力，又最大程度发挥了橡胶坝生态蓄水的作用：

1）首先在原有橡胶坝左岸翼墙外增加两孔39 m的坝段，后再增设一孔10 m宽的钢坝闸，闸坝联合工程调节能力提高到166.3 m3/s。

2）在原有橡胶坝左岸翼墙外增加在坝址的左岸新增加橡胶坝的充排水泵房，该工程的管理房充分利用原橡胶坝管理房对扩建工程进行管理。改造后，拦河建筑物的总长度可以到达230 m，在左岸滩地上将形成196 hm2的湿地。

2.3.2闸坝联合调度技术

通过对橡胶坝不同的溢流流量和坝上溢流水深，研究提出闸坝联合调度技术。当溢流流量不超过或短时间超过设计过流能力70.5 m3/s时，橡胶坝可以继续运行；如果实际流量在70.5~166.3 m3/s之间的情况下，为了防止橡胶坝坝袋因压力过大而损坏，可以保持橡胶坝处在运行的状态，调节钢坝闸的不同开启度进行调节流量，来保证上游的生态水面面积；当橡胶坝坝上溢流水深为0.3 m，钢坝闸处于完全泄水状态，此时为橡胶坝不用塌坝的极限状态，该状态下钢坝闸起到的调节能力为最大，共同过流能力为166.3 m3/s；如果流量大于166.3 m3/s时，则需塌坝运行。

3　橡胶坝冬季运行维护与控制技术

由于辽宁省特殊的气候条件，冬季冰冻往往会对坝袋产生损坏，以往的橡胶坝大部分不需要冬季运行，只需在入冬前放空坝袋内及管道内的积水，坝袋呈自然坍落状态越冬。

3.1除冰措施

1）破冰方法。利用已有或新建的工程，采用人工与机械相结合的方式，在橡胶坝前进行破冰处理，开凿水槽，使冰层与橡胶坝体隔离，并随时保持坝前2 m宽水面不结冰，使坝袋不受损。

2）技术要求。一是组织专业队伍，操作人员应具备相关的专业知识及安全、救护常识。

二是施工人员应满足自身救生衣、安全警示标及应急救生船只等设施要求；三是严格控制施工期12月1日—次年3月31日，及时清除坝前冰凌，保证橡胶坝迎水面2 m宽范围内水域不结冰。

3.2运行维护与控制技术

1）运行要求。橡胶坝坝长为119 m，共分三跨，每跨长39 m，中墩1.0 m，橡胶坝正常蓄水位为25.31 m，坝高2.0 m。为保证河道水面，橡胶坝采取充坝运行的方式越冬，坝顶高程始终保持24.81 m（橡胶坝蓄水高度2.0 m），对坝体迎水面进行除冰。

2）运行维护与控制技术。一是结冰期间不充许调节坝高，上游来水可以通过坝顶溢流调节，尽量保持水位不变，避免冰面对坝袋的压力。同时，坝顶溢流还可以减薄坝前结冰的厚度。初春时坝袋内冰层先融化，坝外冰层后解冻，此时适当降低坝高以排泄冰凌；二是检查坝袋有无起泡、局部膨胀、龟裂或发生永久性变形等，坝袋壁及坝袋下游表面有无磨损；三是监视水情及水流形态，化冰期间注意观察，防止发生冰块对坝袋的摩擦、刺破事故；四是观测坝袋上游冰层的变化和水平位移情况，并将实际观测资料整理归档，用于后续的工程管理之中；五是做好冰情、水位流量等观测记录工作；六是充排设备等管道宜采取保温措施，建立管道气温日观测制度，实时监测每日管道间温度变化，控制管道温度不低于0℃。

4　结语

通过结构优化设计和分析，提出以下研究成果：

1）开展坝袋改造技术研究，将气坝改为水坝，解决了气坝无法调节水量的问题，消除其对下游河道防洪的不利影响。

2）开展通航改造技术研究，通过橡胶坝改造和增设船闸，可保证灌区灌溉用水和景观用水，增加了主槽泄洪能力，解决了河道的通航问题。

3）开展闸坝联合调度技术研究，在橡胶坝翼墙外增设钢坝闸，根据不同的流量，建立闸坝联合调度方案，既延长了橡胶坝的使用寿命，又最大程度发挥了橡胶坝生态蓄水的作用。

4）开展橡胶坝冬季运行维护与控制技术研究，提出了橡胶坝冬季运行维护方案，保障橡胶坝安全运行，填补技术空白，同时也为橡胶坝冬季运行管理提供宝贵经验。

［中图分类号］TV64

［文献标识码］B

［文章编号］1002－0624（2016）02－0014－03

［收稿日期］#2015-11-10