氣盾壩在長治市黑水河治理工程中的應用

池麗敏，胡崢嶸，蘇 琴

（南京市水利規劃設計院股份有限公司，江蘇 南京210022）

氣盾壩在長治市黑水河治理工程中的應用

池麗敏，胡崢嶸，蘇 琴

（南京市水利規劃設計院股份有限公司，江蘇 南京210022）

首先，介紹氣盾壩及其優點。接著，通過氣盾壩在長治市黑水河上的工程設計實例，闡明氣盾壩作為一種安全、管理方便和適應北方城市河流的建筑物將得到更為廣泛的應用。

氣盾壩；城市河流；擋水建筑物

0　引言

北方城市河流多數為季節性河流，河道枯水季節缺水現象十分嚴重，汛期順利泄洪問題則十分突出。因此，河道中閘和壩等蓄水建筑的選擇尤為重要。近幾年，氣盾壩正以其不二的優勢得到廣泛的應用。

1　氣盾壩及其優點

氣盾壩，也被稱做氣盾盾形橡膠壩，兼具橡膠壩和鋼閘門兩者之長的新型水工建筑物。它由美國OHI公司于20世紀90年代研制而成。2008年，水利部將氣盾壩列入國家推廣計劃。其結構主要由盾板、充氣氣囊及控制系統等組成（見圖1）。利用充氣氣囊支撐盾板擋水，氣囊排氣后塌壩，氣囊臥于盾板下，可避免河道砂石、冰凌等對壩袋的破壞；氣囊內填充介質為氣體，塌壩迅速；各個部件均為預制部件，安裝工期短；盾板及氣囊模塊化，便于修復。

圖1　氣盾壩示意圖

氣盾壩具有結構簡單，建設、安裝周期短；防洪渡汛能力突出，運行安全可靠；過水高度和運行狀態持續可控；具有更強的清污、排淤能力；擋水和過水能力更高；充排時間短，運行管理簡單；使用壽命超長，綜合效益高；抗震能力強，對基礎的適應性高；鋼面板支撐在獨立的橡膠氣袋上，可以允許冰凌和漂浮物通過等特點。并且氣盾壩景觀效果佳，壩頂溢流會形成瀑布，十分美觀。

2　氣盾壩設計

長治市黑水河發源于長治縣韓店鎮黎嶺村，自南向北經柳林、林移、司馬、安城、北郭等村后入長治市城區，又經針漳、西南關、長子門村后在主城區西部沿城西路繼續北流，在城區紫坊村東南匯入石子河，是石子河的一級支流，為區域排澇（洪）河流，流域面積100.65 km2，河流全長11.1 km，主城區段河道長約3.5 km，平均比降4‰。

2.1氣盾壩壩體設計

工程位于黑水河設計樁號K1+520處。氣盾壩壩長25.00 m，設計壩高3.0 m，由盾板、充氣氣囊、錨固螺栓、限位拉帶及控制系統等組成。其結構是在底板上由錨固螺栓和高強度橡膠壓條固定強化盾板。每塊盾板長5.0 m。盾板下設充氣氣囊，通過對氣囊的充氣排氣來控制盾板的起落。由限位拉帶防止盾板前傾。在擋水時，向充氣氣囊充氣，支撐起盾板，擋水高度可通過調節充氣氣囊中的氣壓實現。氣盾壩過流時，在盾板后形成水簾，在壩上水位超過設計擋水高度50cm時，氣盾壩自動塌壩，盾板落下．保護充氣氣囊不被沖毀，同時能保證行洪通暢。

氣盾壩的氣囊由多層NN66或芳綸骨架材料及特種橡膠構成，采用多項授權專利進行制造。氣囊性能：工作壓力在0.7～0.8 MPa間，設計安全充脹壓力8 kg，安全系數是橡膠壩的15倍；外層材料采用耐寒和耐臭氧老化性能優越的EPDM聚合物，耐老化性能超過50 a。盾板由厚16 mm以上鋼板制作，弧形，迎水面焊接加強筋。

2.2底板結構設計

橡膠壩底板采用整體式鋼筋混凝土結構，垂直水流向長度為26 m，順水流向長8.00 m。

底板頂高程為915.4 m、底高程為914.2 m，底板厚度為1.2 m，下設0.1m厚C25混凝土墊層。

底板混凝土標號為C25。為滿足防凍要求，在底板上下游側各設一道深0.5 m，底寬0.5m，坡比為1∶1的齒槽。壩底板與上游側防滲鋪蓋、下游側消力池底板之間分別設置一道橫向橡膠止水帶。圖2為氣盾壩設計縱斷面示意圖。

圖2　氣盾壩設計縱斷面示意圖

2.3氣盾壩錨固設計

壩身的錨固結構型式采用螺栓壓板錨固（見圖3）。

圖3　氣盾壩錨固布置圖

壓板與螺栓的安裝：在預埋螺栓時，可采用活動木夾板固定螺栓位置，用經緯儀測量，螺栓中心線要求成一直線。用水平儀測定螺栓高度，無誤差后用木支撐將活動木夾板固定于槽內，再用一根鋼筋將所有的鋼筋和兩側預埋件焊接在一起，使螺栓首先牢固不動，然后才可向槽內澆筑混凝土。混凝土澆筑一般分為兩期，一期混凝土澆筑至距錨栓槽底100 mm時，應測量螺栓中心位置高程和間距，發現誤差及時糾正。二期混凝土澆筑后，在混凝土初凝前再次進行校核工作。

3　設計、應用的幾點體會

黑水河氣盾壩建成后，各塊盾板協調運行良好，已經過汛期考驗。壩體過流形成一道水簾，為治理后的黑水河增添一道不可缺少的風景。

該項工程設計、應用有以下幾點體會：

（1）改進充、排氣管路的埋設設計。該項工程氣盾壩充、排氣管路預埋于氣盾壩壩體下，日后檢修可能存在不便之處，建議管路埋設于壩體外，方便日后運行檢修。

（2）冬季運行注意問題。長治市冬季室外溫度很低，河道水流會結冰，如果氣盾壩冬季運行措施不當，氣囊外冰會對氣囊造成損害。氣盾壩冬季擋水運行時，應經常進行排水和充水運行，確保氣囊外少結冰，并且，氣囊的充排氣管道、閥門等，在冬季必須做好保溫措施，保證管道不結冰，所有設施都能夠正常運行，以預防冬季融冰和坍壩的要求。

（3）充、排氣控制系統可增加泵閥遠程控制系統、視頻監視系統，為整個黑水河自動化管理奠定基礎。

4　結　語

2014年11月2日，住建部在《住房和建設部城市建設司2014工作要點》中提出的“海綿型城市”概念，建設海綿城市，首先需要最大限度地保護和治理城市海綿要素-城市河流。結構簡單、運行安全可靠、景觀效果好的氣盾壩在城市河道，尤其是北方河道中將發揮越來越重要的作用。

TV644

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1009-7716（2016）10-0096-02

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2016.10.029

2016-07-01

池麗敏（1981-），女，河北省張家口人，工程師，從事水利規劃及工程設計工作。