某生態水系營造工程攔河橡膠壩沖排水系統設計

李孟洋

（河南省水利勘測設計研究有限公司，河南 鄭州 450000）

1 工程概況

赤峰市中心城區生態水系營造工程攔河橡膠壩設計包括在陰河上新建三座攔河橡膠壩，分別位于河道中心樁號6+100、6+750、8+450 處，順序命名為1#、2#、3#。三道橡膠壩結構形式均相同，僅樁號位置不同，橡膠壩采用充水式，設計壩寬165 m（含2 個中墩1.60 m），共分3 孔，單孔凈寬54.46 m，橡膠壩總凈寬163.40 m，設計河道比降2.70‰。由于三座橡膠壩結構型式均相同，下面以樁號8+450處的3#壩為例，重點圍繞3#橡膠壩沖排水系統設計進行分析研究。

2 3#橡膠壩沖排水系統設計

2.1 橡膠壩袋的充脹與排放

據《橡膠壩工程技術規范》及國內已建橡膠壩工程統計，坍壩時間1-2 h。橡膠壩建于行洪河道上，遇有突發洪水情況，需要在較短時間內排水坍壩。主要采用動力式排水，輔以自排，設計坍壩時間1.60 h。

橡膠壩壩袋容積843.20×3=2 529.60 m3（三孔），動力式充水，充壩時間12.65 h。

2.2 水泵選型

2.2.1 排水管道泵

2.2.1.1 管道泵流量計算

充水式橡膠壩，水泵的選型根據壩的規模，充（坍）壩時間以及擬定的系統計算水泵流量及揚程。按水泵流量公式：Q=，經計算，結果見表1。

表1 陰河3#橡膠壩排水管道泵流量計算表

2.2.1.2 管道泵（離心泵）揚程計算

按管道泵揚程公式：HB=（Δ1-Δ2）+ΔH，計算結果表（此略）。

2.2.1.3 排水管道泵選型結果

根據表1計算結果可知，在許可的坍壩時間及合適的泵流量情況下，2 臺管道泵即可滿足排水要求。選擇4 臺管道泵，2備2用。

2.2.2 井用潛水泵流量計算

潛水泵流量及揚程計算公式同管道泵，計算結果表（此略），潛水泵選型表（此略）。

2.3 水源井結構設計

根據地勘報告資料，水源井單井出水量200～220 m3/h，井深60 m，影響半徑250～300 m。壩址處地質條件與該眼井基本相同。根據水文地質資料，地下水埋深10 m，動水位4～10 m。隔水底板巖性為凝灰巖，埋深60 m，低山丘陵區地下水，以第四孔隙潛水為主，含水層為沖洪積砂礫卵石。

根據橡膠壩壩袋容積、充水時間，于主泵房內建一眼水源井，水源井內設井用潛水泵一臺，抽取地下水，直接由管道進入橡膠壩袋。設計水源井結構為鉆孔直徑600 mm，井內徑400 mm，井深60 m。

按過濾器長度計算公式：L0=dlg（Q+1），經計算，L0=33 m。取過濾器長度為40 m，選用1×10 mm 金屬網做濾水層。濾管開孔率為28%，圓孔直徑根據含水層顆粒大小確定，圓孔直徑d≤3.5d50，取20 mm，采用鋼筋骨架過濾器，骨架管上設縱向墊筋高度6 mm，間距保證纏絲距管壁3 mm，墊筋兩端設擋箍。水源井徑400 mm，井壁厚6 mm，井壁管長15 m，濾管長40 m，沉淀管長5 m。

2.4 充排管路設計

2.4.1 充、排水管徑計算

表2 陰河3#橡膠壩充、排水管道管徑計算表

充排水管路采用螺紋鋼管，管徑為DN400 mm、DN300 mm。因壩較長，為適應底板的不均勻變形，鋼管間于沉陷處采用柔性橡膠接頭連接。之外，另設3根φ50 mm的觀測管。

2.4.2 充排水管路布置

三孔壩袋充排時分別單獨使用一套管路，即每個壩袋均有一套獨立的充排管路。按此布置，可通過充排管路上的閘閥控制單個壩袋的塌落，以適應泄洪排砂等特殊情況的要求。

壩袋底板內布置2條直徑為DN300 mm的充、排水管路，每條充排管路各設充（排）水口一處，充（排）水口需設置水帽。充排水管安裝高程距橡膠壩底板頂面0.50 m。2條管路進入泵房后與直徑為DN400 mm的集水管連接，然后與泵房內的水源井連通形成供水管路系統。DN400 mm集水管另一側分出2條支管與4 臺管道離心泵連接。泵房內設4 臺管道離心泵，2 備2用，當其中2臺管道離心泵因事故停機或檢修時，另2臺備用管道離心泵可照常工作。

由于排水系統管路與充水系統管路設計共用一套，以閥門切換來運行壩袋的充排。壩段底板內埋設管路設成略傾斜，坡度1.40‰，自泵房底層外墻與底板相交處轉成水平。

2.5 泵房及控制室

在橡膠壩址右側翼墻外，壩址右岸防洪堤內設計充排水泵房，分上下兩層，下層是橡膠壩充排水及管道部分控制室，上層為管理及辦公室，管理房設控制室、值班室、會議室及衛生間。泵房建筑面積337 m2。

泵房上層管理及辦公室為框架結構，混凝土獨立基礎，泵房外墻體為37 cm 厚承重空心磚，內墻體為24 cm 厚非承重空心磚，屋頂為混凝土屋頂。內墻抹1∶3混合砂漿，刷內墻涂料，外墻1∶2水泥砂漿抹灰，刷防水涂料。管理房室內地面為水泥地面砂漿壓平、搟光，走廊、控制室、值班室鋪室內地磚。室內吊木楞天棚，上鋪苯板保溫。屋面采用保溫彩鋼板。窗為雙層塑鋼窗。室內門為實木門，外門為塑鋼門?？拐鹪O計按七度設防。

泵房下層控制室為防滲鋼筋混凝土結構，控制室下層井房內設水源井一眼，井用潛水泵二臺（一備一用），離心泵4 臺（2備2用），泵房上下層之間用樓梯相連接。

2.6 壩袋安全與觀測

2.6.1 安全設備設置

橡膠壩每個壩段均設兩處超壓溢流管，分別出露于邊墻及中墩頂，管徑為DN300 mm，管材為熱軋無縫鋼管。為準確監測橡膠壩上下游水位，在壩上下游設置水位計，保證壩體安全運行。每個壩段內設2 個排水口，在排水口周圍設1∶10 反坡，保證排水暢通。同時設置水帽于排水口上部防止壩袋損害。充水時壩袋頂留有殘存氣體，為排除壩袋內殘存氣體，每個壩袋兩端各設置一個排氣閥。

2.6.2 壩袋內壓觀測

采用DN50 mm的熱軋無縫鋼管為連通管進行壩袋內壓觀測，連通管引至泵房內，設置專門觀測空間，出露部分采用有機玻璃管以利于觀測。

3 結語

綜上所述，熟悉3#橡膠壩沖排水系統總體概況，圍繞橡膠壩袋的充脹與排放、水泵選型、水源井結構設計、充排管路設計、泵房及控制室和壩袋安全與觀測等六方面完成3#橡膠壩沖排水系統設計內容。