某生态水系营造工程拦河橡胶坝冲排水系统设计

李孟洋

（河南省水利勘测设计研究有限公司，河南 郑州 450000）

1 工程概况

赤峰市中心城区生态水系营造工程拦河橡胶坝设计包括在阴河上新建三座拦河橡胶坝，分别位于河道中心桩号6+100、6+750、8+450 处，顺序命名为1#、2#、3#。三道橡胶坝结构形式均相同，仅桩号位置不同，橡胶坝采用充水式，设计坝宽165 m（含2 个中墩1.60 m），共分3 孔，单孔净宽54.46 m，橡胶坝总净宽163.40 m，设计河道比降2.70‰。由于三座橡胶坝结构型式均相同，下面以桩号8+450处的3#坝为例，重点围绕3#橡胶坝冲排水系统设计进行分析研究。

2 3#橡胶坝冲排水系统设计

2.1 橡胶坝袋的充胀与排放

据《橡胶坝工程技术规范》及国内已建橡胶坝工程统计，坍坝时间1-2 h。橡胶坝建于行洪河道上，遇有突发洪水情况，需要在较短时间内排水坍坝。主要采用动力式排水，辅以自排，设计坍坝时间1.60 h。

橡胶坝坝袋容积843.20×3=2 529.60 m3（三孔），动力式充水，充坝时间12.65 h。

2.2 水泵选型

2.2.1 排水管道泵

2.2.1.1 管道泵流量计算

充水式橡胶坝，水泵的选型根据坝的规模，充（坍）坝时间以及拟定的系统计算水泵流量及扬程。按水泵流量公式：Q=，经计算，结果见表1。

表1 阴河3#橡胶坝排水管道泵流量计算表

2.2.1.2 管道泵（离心泵）扬程计算

按管道泵扬程公式：HB=（Δ1-Δ2）+ΔH，计算结果表（此略）。

2.2.1.3 排水管道泵选型结果

根据表1计算结果可知，在许可的坍坝时间及合适的泵流量情况下，2 台管道泵即可满足排水要求。选择4 台管道泵，2备2用。

2.2.2 井用潜水泵流量计算

潜水泵流量及扬程计算公式同管道泵，计算结果表（此略），潜水泵选型表（此略）。

2.3 水源井结构设计

根据地勘报告资料，水源井单井出水量200～220 m3/h，井深60 m，影响半径250～300 m。坝址处地质条件与该眼井基本相同。根据水文地质资料，地下水埋深10 m，动水位4～10 m。隔水底板岩性为凝灰岩，埋深60 m，低山丘陵区地下水，以第四孔隙潜水为主，含水层为冲洪积砂砾卵石。

根据橡胶坝坝袋容积、充水时间，于主泵房内建一眼水源井，水源井内设井用潜水泵一台，抽取地下水，直接由管道进入橡胶坝袋。设计水源井结构为钻孔直径600 mm，井内径400 mm，井深60 m。

按过滤器长度计算公式：L0=dlg（Q+1），经计算，L0=33 m。取过滤器长度为40 m，选用1×10 mm 金属网做滤水层。滤管开孔率为28%，圆孔直径根据含水层颗粒大小确定，圆孔直径d≤3.5d50，取20 mm，采用钢筋骨架过滤器，骨架管上设纵向垫筋高度6 mm，间距保证缠丝距管壁3 mm，垫筋两端设挡箍。水源井径400 mm，井壁厚6 mm，井壁管长15 m，滤管长40 m，沉淀管长5 m。

2.4 充排管路设计

2.4.1 充、排水管径计算

表2 阴河3#橡胶坝充、排水管道管径计算表

充排水管路采用螺纹钢管，管径为DN400 mm、DN300 mm。因坝较长，为适应底板的不均匀变形，钢管间于沉陷处采用柔性橡胶接头连接。之外，另设3根φ50 mm的观测管。

2.4.2 充排水管路布置

三孔坝袋充排时分别单独使用一套管路，即每个坝袋均有一套独立的充排管路。按此布置，可通过充排管路上的闸阀控制单个坝袋的塌落，以适应泄洪排砂等特殊情况的要求。

坝袋底板内布置2条直径为DN300 mm的充、排水管路，每条充排管路各设充（排）水口一处，充（排）水口需设置水帽。充排水管安装高程距橡胶坝底板顶面0.50 m。2条管路进入泵房后与直径为DN400 mm的集水管连接，然后与泵房内的水源井连通形成供水管路系统。DN400 mm集水管另一侧分出2条支管与4 台管道离心泵连接。泵房内设4 台管道离心泵，2 备2用，当其中2台管道离心泵因事故停机或检修时，另2台备用管道离心泵可照常工作。

由于排水系统管路与充水系统管路设计共用一套，以阀门切换来运行坝袋的充排。坝段底板内埋设管路设成略倾斜，坡度1.40‰，自泵房底层外墙与底板相交处转成水平。

2.5 泵房及控制室

在橡胶坝址右侧翼墙外，坝址右岸防洪堤内设计充排水泵房，分上下两层，下层是橡胶坝充排水及管道部分控制室，上层为管理及办公室，管理房设控制室、值班室、会议室及卫生间。泵房建筑面积337 m2。

泵房上层管理及办公室为框架结构，混凝土独立基础，泵房外墙体为37 cm 厚承重空心砖，内墙体为24 cm 厚非承重空心砖，屋顶为混凝土屋顶。内墙抹1∶3混合砂浆，刷内墙涂料，外墙1∶2水泥砂浆抹灰，刷防水涂料。管理房室内地面为水泥地面砂浆压平、擀光，走廊、控制室、值班室铺室内地砖。室内吊木楞天棚，上铺苯板保温。屋面采用保温彩钢板。窗为双层塑钢窗。室内门为实木门，外门为塑钢门。抗震设计按七度设防。

泵房下层控制室为防渗钢筋混凝土结构，控制室下层井房内设水源井一眼，井用潜水泵二台（一备一用），离心泵4 台（2备2用），泵房上下层之间用楼梯相连接。

2.6 坝袋安全与观测

2.6.1 安全设备设置

橡胶坝每个坝段均设两处超压溢流管，分别出露于边墙及中墩顶，管径为DN300 mm，管材为热轧无缝钢管。为准确监测橡胶坝上下游水位，在坝上下游设置水位计，保证坝体安全运行。每个坝段内设2 个排水口，在排水口周围设1∶10 反坡，保证排水畅通。同时设置水帽于排水口上部防止坝袋损害。充水时坝袋顶留有残存气体，为排除坝袋内残存气体，每个坝袋两端各设置一个排气阀。

2.6.2 坝袋内压观测

采用DN50 mm的热轧无缝钢管为连通管进行坝袋内压观测，连通管引至泵房内，设置专门观测空间，出露部分采用有机玻璃管以利于观测。

3 结语

综上所述，熟悉3#橡胶坝冲排水系统总体概况，围绕橡胶坝袋的充胀与排放、水泵选型、水源井结构设计、充排管路设计、泵房及控制室和坝袋安全与观测等六方面完成3#橡胶坝冲排水系统设计内容。