从化市街口人工湖（闸）坝选址选型及橡胶坝设计

凌 影

（广州市水务规划勘测设计研究院，广州 510640）

从化市街口人工湖（闸）坝选址选型及橡胶坝设计

凌 影

（广州市水务规划勘测设计研究院，广州 510640）

结合从化市街口人工湖（闸）坝自身特点，通过坝址、坝桥布置选择、坝型3个方面的分析研究，选择出最适合本工程坝址、坝型。并根据相关规范，对该工程橡胶坝进行了简要设计计算。

橡胶坝；充水式；设计计算

1 概况

街口人工湖（闸）坝与交通桥旧址位于流溪河上游从化市流溪河大桥与街口大桥之间，兴建于1993年，已运行近20年。该工程拦河而建，闸址处河宽约200 m，水闸共23孔，其中22孔翻板闸，每孔净宽7.5 m，1孔冲沙闸，位于水闸左岸，净宽4.5 m。水闸总净宽169.5 m，闸底板高程24.41 m（珠基高程，下同），正常蓄水位为25.71 m，水闸过洪流量为（50年一遇）1 711 m3/s。街口人工湖（闸）坝上游两岸堤防已按50年一遇洪水标准整治至温泉人工湖坝，街口人工湖（闸）坝址附近两侧护岸挡土墙顶高程为26.0 m[1]。由于缺乏有效管理，年久失修，闸门大多锈蚀，坝前垃圾无人清理，堵住闸门。上述原因造成闸门漏水，部分闸门不能正常启闭，无法发挥工程正常的蓄水作用。人工湖（闸）坝下游现有交通桥1座，目前仅供两岸居民及自行车通过。随着周边道路交通系统的发展，该处两岸来往的车流量及人流量日益增大，使得该处交通桥的试用功能急需改变。

根据《从化街口人工湖（闸）坝安全鉴定》（2014年2月）及《关于广州市从化市街口人工湖闸坝安全鉴定成果审查意见》（广东省水利厅，粤水建管【2012】14号），确定“从化市街口人工湖闸坝评定为四类闸”、“改闸存在严重的安全隐患，需尽快报废重建”[2、3]。

2 坝址、坝型选择

2.1 坝址选型

原街口人工湖（闸）坝坝址位于从化市街口镇流溪河大桥（从化大桥）与街口大桥之间。本次设计根据从化市城市规划及当地沿岸特点与交通要求，拟对3个坝址方案进行比选：方案一：坝址选在距原人工湖（闸）坝址上游约90 m处，坝长159 m，交通桥长200 m；方案二：原人工湖（闸）坝址，坝长186 m，桥长215 m；方案三：坝址选在原人工湖（闸）坝址下游约203 m处，坝长250 m，桥长274 m（见表1，图1）。

表1 各坝址方案特点

图1 人工湖（闸）坝坝址选址平面布置图

综合分析上述3个坝址方案，结合城市规划、场地条件、周边环境及工程投资等分析比较后，虽然方案一改善的水域面积相对较小，但是方案一所处河道位置水流条件、施工便利程度、总投资均为最优，故方案一作为推荐坝址位置。

2.2 坝桥布置方案比选

橡胶坝与交通桥的布置大体上分两种形式：坝桥结合和坝桥分离。

2.1.1 坝桥分离方案

该方案就是将桥梁布置在坝体上游或下游侧，桥墩和坝墩分离。其特点是对大坝维护管理便利，也能彰显景观效果，坝跨数及单跨长度不受桥梁限制。但工程总投资相对坝桥结合方案要高，对河道过流能力有一定影响。

2.1.2 坝桥结合方案

该方案就是将交通桥桥墩置于坝墩之上，大坝在交通桥下方，桥墩和坝墩合二为一，可以节省工程占地和工程投资，同时减少对河道过流能力的影响。但是景观效果展现不是十分明显，维护管理不及坝桥分离，橡胶坝跨数须与桥梁跨数协调一致。

综合分析比较，由于本工程的交通桥肩负着连通流溪河两岸交通的作用，对桥体本身要求较高，对又由于本桥位于外地进入从化市区的窗口地段，对景观效果要求较高，故采用坝桥分离方案。

2.3 坝型选择

满足蓄水、淹没滩地，从而改造水环境的功能出发，分别从橡胶坝、气动盾形闸、底横轴驱动下卧式平面钢闸门3种型式进行比较（见表2）。气动盾形闸利用空气压缩原理，通过气袋充气与排气，使闸门升起与倒伏，以维持特定的水位高度。底横轴驱动下卧式平面钢闸门能满足功能要求，管理运行方便，不影响河道行洪，但需较多的启闭机具，以及每年维修和闸门防锈，工程费用较高。橡胶坝通过对橡胶充气或充水达到挡水目的。

表2 坝型比选表

经综合比较，橡胶坝节省三材（钢、木、水泥）、坝袋在厂家制造，现场安装，故施工期短、坝袋作为柔性薄壳结构，抗震性能好、结构简单、造价低廉。而且橡胶坝可根据实际地形灵活布置，坝体内的水泄空后，坝袋紧贴在底板上，不缩小原有河床的过水断面，不阻碍水流。故推荐采用橡胶坝。由于广州为我国南方地区，气温较高，如选择充气式坝袋，夏季气体膨胀，对坝袋不利。冬季无冰冻，适合选用充水式坝袋。随着高分子合成材料的发展和坝袋制造工艺的完善与提高，坝袋的使用寿命也延长至20年左右。坝袋采用彩色，蓄水后坝上游形成宽阔的人工湖，坝顶溢流时形成小瀑布，将是从化城市水利建设的一道亮丽风景线。

3 橡胶坝设计

3.1 橡胶坝顺水流方向长度计算

本工程拟采用充水式橡胶坝，根据《橡胶坝技术规范》（SL227-98）、《橡胶坝设计与管理》等资料，取坝袋内压比α=1.35，安全系数K=8.0。本工程设计坝高为3.10 m，则内压高度H0=1.35×3.10=4.185 m。采用查表及相关资料计算得各参数及计算结果如表3。

表中：α为内压比；H1为设计坝高，m；T为坝袋经向计算强度，kN/m；S1为上游坝面曲线段长度，m；S为下游坝面曲线段长度，m；X0为下游贴地段长度，m；n为上游贴地段长度，m；R为坝面曲线段半径，m；V为坝袋单宽容积，m3。

橡胶坝底板长度按下式计算：

经计算得橡胶坝底板顺水流向长度Ld=10.823 m，取底板长度为12 m。

3.2 过流能力计算

过闸流量方程采用采用《橡胶坝技术规范》（SL227-98）附录A中的公式：

根据计算，当人工湖坝下断面50年一遇设计洪水位为29.32 m，100年一遇设计洪水位为29.65 m时，对应的过闸流量分别为1 812 m3/s及2 190 m3/s，满足过流要求。

3.3 消能计算

根据《橡胶坝工程技术指南》（第二版），并结合橡胶坝运行情况，拟定以下工况，对消能防冲进行设计计算，计算结果见表4。

对上述工况采用下列公式计算，经计算，本工程设置0.6 m消力池深度，池长为18 m，淹没安全系数在1.05～1.10内，符合消能防冲设计要求（见表5）。

表4 消能计算工况表

4 结语

在水力建设中，橡胶坝较适用于低水头、大跨度的闸坝工程[4]。其坝高可调节，坝顶可溢流，造价低，工期短，坝体为柔性结构，抗震、抗冲刷能力强，治水效果好，维修少，管理方便。橡胶坝带的使用寿命一般可达20年。建议在水库溢洪道、滚水坝、渠系进、出水闸、沿海防浪堤或挡潮闸中广泛采用。本工程橡胶坝设计方案目前已经通过预可研审查。

[1] 广州市水务规划勘测设计研究院.广州市流溪河流域管理规划报告（2010～2030）[R].广州：广州市水务规划勘测设计研究院，2012.

[2] 广州市水务规划勘测设计研究院.广州市从化街口人工湖（闸）坝安全鉴定报告[R].广州：广州市水务规划勘测设计研究院，2014.

[3] 广东省水利厅.关于广州市从化市街口人工湖闸坝安全鉴定成果审查意见[R].广州：广东省水利厅，2012.

[4] 朱毅辉.橡胶坝的用途及构造原理[J].大众科技，2010（6）：91-93.

（责任编辑：周 群）

Dam location and type selection and rubber dam design for Jiekou artificial lake(gate)project in Conghua City

LING Ying
（Guangzhou Water Planning&Design Institute，Guangzhou 510640，China）

Combined with the characteristics of Jiekou artificial lake（gate）project in Conghua City，analysis and study was conducted in respects of dam type as well as arrangement of dam and bridge，before the most suitable dam type and location were chosen.The design calculation of rubber dam that was conducted in accordance with re⁃lated specifications is also presented.

Rubber dam；water filling type；design calculation

TV22；TV644

B

1003-1510（2016）03-0039-03

表3 坝袋设计参数表

α 1.35 H1 3.1 T/H120.4250 T 4.084 S1/H11.6920 S1 5.245 S/H11.7418 S 5.400 X0/H10.5394 X0 1.672 n/H11.1952 n 3.705 R/H11.2143 R 3.764 V/H121.6275 V 15.640

2016-04-12

凌 影（1984-），女，河北保定人，广州市水务规划勘测设计研究院工程师，硕士，主要从事水工结构分析设计，结构抗震设计等工作。