氣盾壩在長(zhǎng)治市黑水河治理工程中的應(yīng)用

池麗敏，胡崢嶸，蘇 琴

（南京市水利規(guī)劃設(shè)計(jì)院股份有限公司，江蘇 南京210022）

氣盾壩在長(zhǎng)治市黑水河治理工程中的應(yīng)用

池麗敏，胡崢嶸，蘇 琴

（南京市水利規(guī)劃設(shè)計(jì)院股份有限公司，江蘇 南京210022）

首先，介紹氣盾壩及其優(yōu)點(diǎn)。接著，通過(guò)氣盾壩在長(zhǎng)治市黑水河上的工程設(shè)計(jì)實(shí)例，闡明氣盾壩作為一種安全、管理方便和適應(yīng)北方城市河流的建筑物將得到更為廣泛的應(yīng)用。

氣盾壩；城市河流；擋水建筑物

0　引言

北方城市河流多數(shù)為季節(jié)性河流，河道枯水季節(jié)缺水現(xiàn)象十分嚴(yán)重，汛期順利泄洪問(wèn)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(yōu)勢(shì)得到廣泛的應(yīng)用。

1　氣盾壩及其優(yōu)點(diǎn)

氣盾壩，也被稱(chēng)做氣盾盾形橡膠壩，兼具橡膠壩和鋼閘門(mén)兩者之長(zhǎng)的新型水工建筑物。它由美國(guó)OHI公司于20世紀(jì)90年代研制而成。2008年，水利部將氣盾壩列入國(guó)家推廣計(jì)劃。其結(jié)構(gòu)主要由盾板、充氣氣囊及控制系統(tǒng)等組成（見(jiàn)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(duì)壩袋的破壞；氣囊內(nèi)填充介質(zhì)為氣體，塌壩迅速；各個(gè)部件均為預(yù)制部件，安裝工期短；盾板及氣囊模塊化，便于修復(fù)。

圖1　氣盾壩示意圖

氣盾壩具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，建設(shè)、安裝周期短；防洪渡汛能力突出，運(yùn)行安全可靠；過(guò)水高度和運(yùn)行狀態(tài)持續(xù)可控；具有更強(qiáng)的清污、排淤能力；擋水和過(guò)水能力更高；充排時(shí)間短，運(yùn)行管理簡(jiǎn)單；使用壽命超長(zhǎng)，綜合效益高；抗震能力強(qiáng)，對(duì)基礎(chǔ)的適應(yīng)性高；鋼面板支撐在獨(dú)立的橡膠氣袋上，可以允許冰凌和漂浮物通過(guò)等特點(diǎn)。并且氣盾壩景觀效果佳，壩頂溢流會(huì)形成瀑布，十分美觀。

2　氣盾壩設(shè)計(jì)

長(zhǎng)治市黑水河發(fā)源于長(zhǎng)治縣韓店鎮(zhèn)黎嶺村，自南向北經(jīng)柳林、林移、司馬、安城、北郭等村后入長(zhǎng)治市城區(qū)，又經(jīng)針漳、西南關(guān)、長(zhǎng)子門(mén)村后在主城區(qū)西部沿城西路繼續(xù)北流，在城區(qū)紫坊村東南匯入石子河，是石子河的一級(jí)支流，為區(qū)域排澇（洪）河流，流域面積100.65 km2，河流全長(zhǎng)11.1 km，主城區(qū)段河道長(zhǎng)約3.5 km，平均比降4‰。

2.1氣盾壩壩體設(shè)計(jì)

工程位于黑水河設(shè)計(jì)樁號(hào)K1+520處。氣盾壩壩長(zhǎng)25.00 m，設(shè)計(jì)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(tǒng)等組成。其結(jié)構(gòu)是在底板上由錨固螺栓和高強(qiáng)度橡膠壓條固定強(qiáng)化盾板。每塊盾板長(zhǎng)5.0 m。盾板下設(shè)充氣氣囊，通過(guò)對(duì)氣囊的充氣排氣來(lái)控制盾板的起落。由限位拉帶防止盾板前傾。在擋水時(shí)，向充氣氣囊充氣，支撐起盾板，擋水高度可通過(guò)調(diào)節(jié)充氣氣囊中的氣壓實(shí)現(xiàn)。氣盾壩過(guò)流時(shí)，在盾板后形成水簾，在壩上水位超過(guò)設(shè)計(jì)擋水高度50cm時(shí)，氣盾壩自動(dòng)塌壩，盾板落下．保護(hù)充氣氣囊不被沖毀，同時(shí)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(gòu)成，采用多項(xiàng)授權(quán)專(zhuān)利進(jìn)行制造。氣囊性能：工作壓力在0.7～0.8 MPa間，設(shè)計(jì)安全充脹壓力8 kg，安全系數(shù)是橡膠壩的15倍；外層材料采用耐寒和耐臭氧老化性能優(yōu)越的EPDM聚合物，耐老化性能超過(guò)50 a。盾板由厚16 mm以上鋼板制作，弧形，迎水面焊接加強(qiáng)筋。

2.2底板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

橡膠壩底板采用整體式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，垂直水流向長(zhǎng)度為26 m，順?biāo)飨蜷L(zhǎng)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(shè)0.1m厚C25混凝土墊層。

底板混凝土標(biāo)號(hào)為C25。為滿(mǎn)足防凍要求，在底板上下游側(cè)各設(shè)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(cè)防滲鋪蓋、下游側(cè)消力池底板之間分別設(shè)置一道橫向橡膠止水帶。圖2為氣盾壩設(shè)計(jì)縱斷面示意圖。

圖2　氣盾壩設(shè)計(jì)縱斷面示意圖

2.3氣盾壩錨固設(shè)計(jì)

壩身的錨固結(jié)構(gòu)型式采用螺栓壓板錨固（見(jiàn)圖3）。

圖3　氣盾壩錨固布置圖

壓板與螺栓的安裝：在預(yù)埋螺栓時(shí)，可采用活動(dòng)木夾板固定螺栓位置，用經(jīng)緯儀測(cè)量，螺栓中心線(xiàn)要求成一直線(xiàn)。用水平儀測(cè)定螺栓高度，無(wú)誤差后用木支撐將活動(dòng)木夾板固定于槽內(nèi)，再用一根鋼筋將所有的鋼筋和兩側(cè)預(yù)埋件焊接在一起，使螺栓首先牢固不動(dòng)，然后才可向槽內(nèi)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(shí)，應(yīng)測(cè)量螺栓中心位置高程和間距，發(fā)現(xiàn)誤差及時(shí)糾正。二期混凝土澆筑后，在混凝土初凝前再次進(jìn)行校核工作。

3　設(shè)計(jì)、應(yīng)用的幾點(diǎn)體會(huì)

黑水河氣盾壩建成后，各塊盾板協(xié)調(diào)運(yùn)行良好，已經(jīng)過(guò)汛期考驗(yàn)。壩體過(guò)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(fēng)景。

該項(xiàng)工程設(shè)計(jì)、應(yīng)用有以下幾點(diǎn)體會(huì)：

（1）改進(jìn)充、排氣管路的埋設(shè)設(shè)計(jì)。該項(xiàng)工程氣盾壩充、排氣管路預(yù)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(shè)于壩體外，方便日后運(yùn)行檢修。

（2）冬季運(yùn)行注意問(wèn)題。長(zhǎng)治市冬季室外溫度很低，河道水流會(huì)結(jié)冰，如果氣盾壩冬季運(yùn)行措施不當(dāng)，氣囊外冰會(huì)對(duì)氣囊造成損害。氣盾壩冬季擋水運(yùn)行時(shí)，應(yīng)經(jīng)常進(jìn)行排水和充水運(yùn)行，確保氣囊外少結(jié)冰，并且，氣囊的充排氣管道、閥門(mén)等，在冬季必須做好保溫措施，保證管道不結(jié)冰，所有設(shè)施都能夠正常運(yùn)行，以預(yù)防冬季融冰和坍壩的要求。

（3）充、排氣控制系統(tǒng)可增加泵閥遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)、視頻監(jiān)視系統(tǒng)，為整個(gè)黑水河自動(dòng)化管理奠定基礎(chǔ)。

4　結(jié)　語(yǔ)

2014年11月2日，住建部在《住房和建設(shè)部城市建設(shè)司2014工作要點(diǎn)》中提出的“海綿型城市”概念，建設(shè)海綿城市，首先需要最大限度地保護(hù)和治理城市海綿要素-城市河流。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)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(fā)揮越來(lái)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(guī)劃及工程設(shè)計(jì)工作。