橡胶坝在河道生态治理中的设计探析

2019-03-26韦天鹏

安徽水利水电职业技术学院学报 2019年1期

韦天鹏

(贵州新中水工程有限公司，贵州贵阳 276000)

随着经济的高速发展及社会发展水平的不断提升，国家在各项基础设施上的投资不断加大。水生态文明城市与海绵城市的建设在全国各城市不断铺开，各种新型的坝体及筑坝材料在河道整治及河道综合治理工程中得到广泛应用[1-2]。本文根据滨河河道的功用、水文及地质地貌条件等基础资料，对比不同型式的水工建筑物的优劣特性，分析确定了橡胶坝的实际应用，并根据具体工程要求对橡胶坝进行了设计探析。

1 河道治理中坝型的选择

对于该生态河道则综合治理，合理坝型的选择对于生态效益、经济效益、社会效益等多方面具有良好的促进作用。该河道综合治理中坝型的选择，选定的为橡胶坝，与传统水坝及节制闸对比，橡胶坝构造简单，能有有效的减少传统闸坝钢材、木材、石材的使用，能够有效地节省建造成本[4-6]。其具有建设周期短、施工简单的特点，在河道景观方面，其具备一定的美观作用，同时在日常维护及管理方面具有费用低，简单高效的特点[7]。综合该河道的治理目标，该项目坝型选择橡胶坝。

2 橡胶坝设计

2.1 河道地基及橡胶坝坝址地基处理

该河道位于冲洪积扇的下部，根据钻孔揭露，地层岩性主要为第四系冲洪积砂质粉土、粘质粉土、粉质粘土、粉细砂和中砂为主，建筑物地基建筑在砂质粉土层上，由于砂质粉土层密实度较差，在饱水状态下，地震烈度Ⅷ度时存在液化问题，建议进行橡胶坝地基进行加密处理，拟建场地内不存在影响建筑场地稳定性的不良地质作用；场地地下水位埋藏较浅，基坑开挖应进行降水，降水方式建议采用轻型井点方式；拟建场地地面下8.00m范围内以粉质粘土、粘质粉土地层为主，该地层属于弱透水层，适宜河道开挖后储水。

2.2 设计流量及常水位的确定

根据《该河道综合整治工程-河道部分》及《(综合理工程规划》，得到入湖河道20年、50年1遇的规划流量及最高蓄水位，所在区域水务局根据实际情况确定正常运行水位，如表1所列。

表1 该河道规划流量及常水位表

2.3 坝址河道断面处理

此段河道(12+300～13+307)，利用下游分洪口控制闸蓄水，最高蓄水位为22.5m，设计常水位为22.0m，20年洪水位为24.75m～24.26m，50年洪水位为25.57m～25.18m，现状东坝闸下有1个跌差为1.1m的设计跌水，跌水至北小河段设有子槽，子槽起始位置是从跌水下开始的至入口前止，桩号为12+684～13+207，子槽底与设计河底以1:100的缓坡顺接，河道纵坡0.0003。该河道纵断面设计参数如表2所列。

表2 河道纵断面设计参数

2.4 橡胶坝充泄水系统设计

经计算橡胶坝坝底高程21.80m，坝高3.4m，坝袋容积772m3，内压比取1.3。根据工程行洪及业主要求，采用深井泵充坝，自流与强排泄坝的充泄水系统，泄水时间2h以内。

充水系统采用深井泵充水，经DN100输水管，DN400充水立管及充泄水管送入坝袋内，根据水井资料，选取水泵参数如下：Q=80m3/h，H=44m，N=15kW。水泵出水管口径为DN100，出水管上依次安装止回阀、电动蝶阀以满足工作及安全检修的需要。

为保证充水安全，设置DN400竖管及安全溢流竖管，管顶与大气相通。溢流口管底高程26.22m。

泄水管管径为DN300，一般排水通过旁通管将坝袋内的水排至橡胶坝下游。需要强排时关闭旁通管，启用设置在泄水管上的立式管道泵强制排水，排水泵参数如下：Q=660m3/h，H=17.5m，N=45kW。在水泵的进出口分别安装手动碟阀，出口安装止回阀以满足工作及安全检修需要。

充泄水泵房位于河右岸，尺寸为4m×6m，泵房内设集水坑，并设置潜水排污泵用于泵房内的排水，排水泵功率1.5kW。

3 橡胶坝三维数值模拟及结果分析

3.1 三维建模

以设计资料为基础，利用ATUOCAD对某东橡胶坝建立三维模型，橡胶坝上下游为规则的对称立体模块，模型整体包括上下游河道及橡胶坝，模拟河道范围为12+300m-13+307m，水位取值22.00m-25.57m，横截面范围取值0-80m。将建立的三维模型导入FLUENT软件进行网格划分并计算网格数量。设置合理的边界条件，将划分的mesh文件导入FLUENT软件，设对应的参数，开始模型计算[10]。