充水式橡膠壩充水水源設(shè)計(jì)實(shí)踐

□彭 鵬 □姚 珂（洛陽(yáng)水利勘測(cè)設(shè)計(jì)院）

自20世紀(jì)90年代以來(lái)，河南省各地相繼修建了數(shù)量可觀的橡膠壩，就洛陽(yáng)市而言，目前已在洛河、伊河、澶河、澗河建成了15座橡膠壩。這些橡膠壩對(duì)于美化城市環(huán)境，改善小氣候，補(bǔ)充地下水具有獨(dú)特的作用。橡膠壩連成的萬(wàn)頃碧波宛如飄落在洛陽(yáng)大地上的人間銀河，給洛陽(yáng)市增添了亮麗的風(fēng)景。

洛陽(yáng)市修建的這些橡膠壩充壩介質(zhì)全部是水。充壩水應(yīng)是不含雜質(zhì)和腐蝕性物質(zhì)的潔凈水。根據(jù)河道地質(zhì)、自來(lái)水管網(wǎng)設(shè)置和地下水的情況，通過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后，橡膠壩的充水水源可以在自來(lái)水、大口井、深水井和無(wú)砂混凝土集水管4種方案選擇一種。

下面是洛陽(yáng)市水利勘測(cè)設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)過(guò)的橡膠壩4種充水水源的設(shè)計(jì)實(shí)踐。

一、自來(lái)水水源

有的橡膠壩修建在城區(qū)中間，這里河道較窄，建的橡膠壩長(zhǎng)度較短，多數(shù)為單跨，長(zhǎng)度在100m內(nèi)，設(shè)計(jì)高度較低，以2.5m壩高較常見(jiàn)。這些橡膠壩單寬容積小，整座橡膠壩的充水容積也不大,加上河道中的淤泥多，水質(zhì)差，城區(qū)中自來(lái)水管網(wǎng)又較近，通過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后，可選用自來(lái)水作為橡膠壩充壩介質(zhì)。這種橡膠壩充、排水管路布置較為簡(jiǎn)單，充水管路中裝上水表和電動(dòng)蝶閥，同自來(lái)水管連接后，根據(jù)需要就可以隨時(shí)向壩袋充水。洛陽(yáng)市水利設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)的欒川縣城區(qū)3座橡膠壩就屬于此種類(lèi)型,欒川縣城自來(lái)水管線就在橡膠壩附近，便于同橡膠壩充水管路連接,工程選用φ100mm焊接鋼管作為充水管路，把壩袋充至設(shè)計(jì)高度大約10h左右。洛陽(yáng)市區(qū)內(nèi)瀍河上修建的幾座橡膠壩均屬于使用自來(lái)水充壩袋的例子。

二、大口井水源

在寬敞的河道上修建多跨橡膠壩，其總長(zhǎng)度在200～500m，甚至更長(zhǎng)，跨數(shù)2～6跨，甚至更多。這樣的橡膠壩設(shè)計(jì)壩高一般分2種，兩邊跨壩高3m左右，中間幾跨壩高4.5m左右，由于壩的總長(zhǎng)度長(zhǎng)，單寬容積又較大，橡膠壩的總充水容積數(shù)量就較大，比如兩邊跨長(zhǎng)2×90m，壩高3m，內(nèi)壓比1.25，中間4跨4× 70m，壩高4.5m，內(nèi)壓比1.25，這樣一座橡膠壩的充水容積達(dá)13416m3之多，即便建在市區(qū)內(nèi)自來(lái)水管網(wǎng)又較近，從技術(shù)經(jīng)濟(jì)考量用自來(lái)水也是不可取的。鑒于上述情況，若河道中的砂卵石干凈含泥量小，砂子屬于中粗砂且砂卵石表層厚度達(dá)4～6m，也就是淺層透水性好，那么橡膠壩的充水水源可以設(shè)計(jì)為大口井。橡膠壩的跨數(shù)大于4跨，左右岸可設(shè)計(jì)2個(gè)控制室，在防滲鋪蓋上游左右岸各設(shè)計(jì)一個(gè)大口井，其底板高層低于水泵室底板3m左右。大口井的有效容積，根據(jù)充壩壩袋容積、涌水量和充壩水泵的流量及其它參數(shù)計(jì)算確定。砂卵石層向大口井的涌水量是一個(gè)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，在擬建大口井的附近開(kāi)挖一個(gè)直徑1m的試驗(yàn)井，井底的高程和大口井的高程同樣高。試驗(yàn)井挖成后可架水泵進(jìn)行抽水試驗(yàn)，記錄下試驗(yàn)井的靜水位、動(dòng)水位、水泵的抽水量和抽水時(shí)間，可以計(jì)算出單位時(shí)間單位面積的涌水量，選擇水泵室充水水泵的型號(hào)，洛陽(yáng)水利設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)的大口井有效容積一般都在100m3左右，大口井可以設(shè)計(jì)為壁厚40cm，內(nèi)徑600cm的圓柱形狀，其井壁上設(shè)置直徑φ50～φ100mm的PVC管，管外口上包扎反濾布，井壁外圍填1m厚的粗砂、碎石反濾料，以保證進(jìn)入大口井內(nèi)的水潔凈無(wú)泥砂。利用大口井作為橡膠壩袋的充水水源，相對(duì)于其它類(lèi)型的水源，由于涌水量相對(duì)大，水泵的抽水流量就可以選擇較大的，把壩袋充至設(shè)計(jì)高程的時(shí)間就短一些。龍門(mén)二級(jí)橡膠壩和伊河市區(qū)段一級(jí)橡膠壩就是利用大口井水源充壩的實(shí)例。

三、深水井水源

同樣是多跨橡膠壩，壩的總長(zhǎng)度較長(zhǎng)，設(shè)計(jì)壩高2.5～4.5m，壩袋總的充水容積較大的，比如超過(guò)1萬(wàn)m3，河道地質(zhì)情況不允許建大口井的，就考慮采用其它的充水水源，比如建深井。這樣的河道往往泥砂層較厚，泥的含量大，在較深的深度還有泥層或泥砂巖出現(xiàn)，可以說(shuō)此種地質(zhì)條件淺層含水少、透水性能差，地質(zhì)條件不允許建大口井，而用自來(lái)水水源又不合算，就設(shè)計(jì)打深井作為充壩水源。洛河洛陽(yáng)市區(qū)段已建成的7座橡膠壩充水水源均是深井。這些橡膠壩都是6跨，兩邊跨設(shè)計(jì)壩高2.5～3m，中間4跨設(shè)計(jì)壩高4.5m，總壩長(zhǎng)500m左右，壩袋設(shè)計(jì)總充水容積在15000m3。洛河洛陽(yáng)市區(qū)段河道地下水層在75～110m，打的深井也在這個(gè)范圍之內(nèi)。用專(zhuān)業(yè)打井隊(duì)按程序施工，經(jīng)鉆井、成井、洗井諸道工序后，還要作一項(xiàng)出水量試驗(yàn)，看井下含水層的涌水量有多大，給壩袋充水泵選型提供依據(jù)。已安全運(yùn)行并創(chuàng)造良好社會(huì)效益的這7座橡膠壩，深井中使用的深井潛水泵每小時(shí)流量在108～150m3之間。在防滲鋪蓋上游左右岸各設(shè)一個(gè)深井，兩臺(tái)水泵同時(shí)開(kāi)啟，大概3d時(shí)間就可以把6跨橡膠壩袋同時(shí)充起。根據(jù)規(guī)范規(guī)定，不允許一次性將壩袋充至設(shè)計(jì)高度，宜逐級(jí)逐步達(dá)到設(shè)計(jì)高度，每次停留時(shí)間約0.5h，再者壩袋上游水位也是逐步緩慢升高的。因此,這些深井充水水源是在安全、平穩(wěn)、有效地運(yùn)行。深井的護(hù)壁用無(wú)砂混凝土管或鑄鐵管，管子的內(nèi)徑是根據(jù)設(shè)計(jì)選定的，并與深井潛水泵配套。若使用鑄鐵管，管壁上要鉆φ12mm通孔，孔數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)而定，一般孔的中心距徑向和軸向均5～8cm。無(wú)砂混凝土管或鑄鐵管外壁包扎2層反濾布，管的周?chē)€要填50cm的反濾料，以保證進(jìn)入管中的水潔凈。

四、無(wú)砂混凝土集水管

設(shè)計(jì)中還遇到另一種情況，那就是河道不寬，其中的砂卵石干凈，不含泥，砂子屬于中粗砂，透水性好，而河床的基巖面高，砂卵石層薄，充水水源采用大口井、深井地質(zhì)條件顯然不允許，使用自來(lái)水徑流不合算，經(jīng)過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后，設(shè)計(jì)采用無(wú)砂混凝土集水管。在橡膠壩上游河床中鋪設(shè)2條內(nèi)徑φ600mm、有一定坡度的無(wú)砂混凝土管，呈放射形狀從集中地向上游延伸，其長(zhǎng)度根據(jù)試驗(yàn)確定，一般單根長(zhǎng)度50～60m。埋入深度從管中線算起約0.8m，在管線中20m長(zhǎng)處做一個(gè)小鎮(zhèn)墩以固定管路。無(wú)砂混凝土管外壁周?chē)粚犹烊蛔仄せ蛞粚臃礊V布，外填50cm厚5～20mm的碎石反濾料。實(shí)踐證明這種簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)非常實(shí)用，只要橡膠壩底板建成（等于河道潛流已截流），就有大量的水流入無(wú)砂混凝土管而涌入集水池，而且這些水潔凈無(wú)雜質(zhì)，完全滿(mǎn)足橡膠壩充水水源的需要，選用較大流量充水水泵較短時(shí)間就可以把壩袋充至設(shè)計(jì)高程。洛陽(yáng)龍門(mén)一級(jí)橡膠壩就是采用無(wú)砂混凝土管作為橡膠壩充水水源的一個(gè)例子。

對(duì)于充水式橡膠壩充水水源的設(shè)計(jì)，要因地制宜，綜合分析，合理選擇，精心設(shè)計(jì)。特別是河道地質(zhì)情況，如砂卵石層厚度、砂子粗細(xì)程度、泥土含量、基巖面深度、砂卵石層透水性、地下水埋深等要深入了解，還要綜合橡膠壩長(zhǎng)度、高度、總充水量、自來(lái)水管網(wǎng)遠(yuǎn)近等諸多因素，進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析、比較后，確定哪種充水水源技術(shù)上安全可靠，能保證正常的充水運(yùn)行，同時(shí)經(jīng)濟(jì)上合理，不多花錢(qián)又能建一個(gè)優(yōu)秀的工程。