淺談橡膠壩工程優(yōu)化設(shè)計(jì)

淺談橡膠壩工程優(yōu)化設(shè)計(jì)

1橡膠壩工程創(chuàng)新的原則橡膠水庫是一種新型的水工建筑物。廣泛應(yīng)用于防洪、灌溉、發(fā)電、供水、運(yùn)輸、蓄水、城市園林美化等項(xiàng)目。潮汐和城市園林美化。橡膠壩這種新型的水工建筑物,要生存下去、發(fā)展下去,就必須對工程進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì),不斷推陳出新,針對不同的河流、不同的地質(zhì)狀況、不同地區(qū)進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)。橡膠壩工程創(chuàng)新歸納起來要從以下幾點(diǎn)考慮:訩滿足工程防洪的需要,主要從工程的結(jié)構(gòu)上、壩袋布置型式上、錨固結(jié)構(gòu)上進(jìn)行創(chuàng)新;訪方便工程運(yùn)行管理、檢修,主要從工程總體布置上、具體的結(jié)構(gòu)布置上進(jìn)行創(chuàng)新;訫滿足工程整體景觀的需要,主要從工程的外形上、造型結(jié)構(gòu)布置上進(jìn)行創(chuàng)新;訬滿足工程安全運(yùn)行的需要,主要從工程的監(jiān)測運(yùn)行上考慮。通過從安全、人文、生態(tài)、使用的角度對工程進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì),真正提高橡膠壩的綜合整體功能,降低工程造價(jià),延長工程的使用壽命。2橡膠水庫設(shè)計(jì)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)2.1橡膠壩底板結(jié)構(gòu)型式橡膠壩的基礎(chǔ)底板型式有平底板、低堰底板、折線底板和反拱底板等。橡膠壩工程多采用平底板。在我國,橡膠壩底板基本采用平底板型式,且平底板特別適用于平原較大寬度的河道。但對山區(qū)河道,由于洪水?dāng)y帶泥沙量較大,對于平底板,由于底板高程同一,改變了建壩前一般洪水的流態(tài)。一般洪水過壩時(shí)由于流速減小,泥沙呈落淤態(tài)勢。壩上和庫區(qū)產(chǎn)生落淤,對橡膠壩的長期運(yùn)行相當(dāng)不利。針對武烈河山區(qū)河流的特點(diǎn),對壩底板的型式進(jìn)行了創(chuàng)新,在第三道橡膠壩的設(shè)計(jì)時(shí),在壩底板型式的布置上,保留山區(qū)河道原有的河道深槽,采取深淺槽布置的型式。一般中小洪水從深槽流過,不改變一般洪水的流態(tài),解決了中小洪水對壩袋的淤積問題,同時(shí),中小洪水從深槽流過,減少了橡膠壩袋的頻繁塌落次數(shù),相對延長了橡膠壩的使用壽命。此外,對行洪河道也起到了穩(wěn)定中間河床和控制流勢的作用,對一定范圍內(nèi)的河岸基礎(chǔ)減少了沖刷。深淺槽布置型式的確定,豐富了橡膠壩底板的結(jié)構(gòu)型式,是橡膠壩底板結(jié)構(gòu)型式的一種創(chuàng)新。關(guān)于深槽底板型式的寬度、深度,筆者認(rèn)為,不能過大,也不能過小,以2~3年的中小洪水標(biāo)準(zhǔn)確定為宜。2.2武烈河第二道橡膠壩我國已建橡膠壩大都采用底流式水躍消能,一般消能防沖設(shè)施是消力池、護(hù)坦、海漫和鉛絲石籠。設(shè)置消力池、護(hù)坦、海漫和鉛絲石籠的最終目的減少水流對河床的沖刷作用,保護(hù)壩底板的穩(wěn)定性。武烈河是山區(qū)河流,河道坡降大、流速急,要達(dá)到上述目的,消力池必須做得較大,海漫、鉛絲石籠必須做得很長,既不經(jīng)濟(jì),也無必要,而且造價(jià)較高,影響整個(gè)河道景觀。因此,在第二道橡膠壩的設(shè)計(jì)時(shí),根據(jù)武烈河河道的具體特點(diǎn),改用防沖墻替代消力池、海漫、鉛絲石籠,防沖墻深度根據(jù)河道多年的沖刷情況進(jìn)行計(jì)算。在滿足下游沖刷、確保主體工程安全的前提下,大大地簡化了工程結(jié)構(gòu)布置。目前這一防沖形型已經(jīng)被普遍采用。2.3武烈河第四道橡膠壩鋪蓋的主要作用是延長滲徑、降低滲透壓力和滲透坡降,有時(shí)也有防沖及協(xié)助底板抗滑動(dòng)的作用。防滲鋪蓋長度一般采用上、下游最大水位差的3~5倍,上游設(shè)1.0~1.5m深的防沖墻。這種布置型式,由于平原河道坡降較緩、水流平穩(wěn),能夠滿足平原河道對上游防沖齒墻的沖刷,但對山區(qū)河流,則完全不能滿足河道對上游防沖齒墻的沖刷。武烈河第四道橡膠壩采用這樣設(shè)計(jì),在1994年7月13日的大洪水中,由于洪水的巨大沖刷和頂托作用,致使上游混凝土鋪蓋靠近河道主流部分大部分被沖毀、破壞,砸壞了下游的橡膠壩壩袋。為此,在第五道橡膠壩的設(shè)計(jì)中,將上游鋪蓋設(shè)計(jì)成1∶5~1∶10倒斜坡,在不增加鋪蓋工程量的同時(shí),大大加深了鋪蓋上游防沖齒墻的深度,解決了山區(qū)洪水對壩底板的沖刷。同時(shí)增大了滲徑長度,增加了抗滑、抗傾的穩(wěn)定性。2.4充排系統(tǒng)在壩橡膠壩的沖排水一般采用動(dòng)力式,且大多數(shù)建在行洪河道上,經(jīng)常有突發(fā)洪水出現(xiàn)。橡膠壩的充排水管道設(shè)計(jì)主要根據(jù)汛期塌壩泄洪的時(shí)間要求來進(jìn)行管道的管徑選擇和管路布置。一般管道管徑選擇的尺寸較大,管道較長,泵房內(nèi)管道布置交叉重復(fù),造成很大浪費(fèi)。為了保證橡膠壩安全泄水,武烈河第六道橡膠壩在沖排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí),在滿足工程汛期塌壩泄洪時(shí)間要求的同時(shí),充分利用了充排系統(tǒng)現(xiàn)有功能,通過優(yōu)化設(shè)計(jì),使其起到了多功能的作用。訩對底板沖排水管路進(jìn)行優(yōu)化,將沖排水管路進(jìn)出壩袋由T形改為F形,縮短了沖排水管路路徑,同時(shí)將所有沖排水管路設(shè)置在前鋪蓋下面,便于沖排水管路的維修、檢修;訪簡化了泵房內(nèi)沖排水管路的設(shè)置,3套機(jī)泵利用3套管路往壩袋內(nèi)沖水,通過優(yōu)化改為3套機(jī)泵利用1套管路往壩袋內(nèi)沖水,滿足了壩袋充水泄水的要求;訫利用沖排水管道通過連通裝置達(dá)到各橡膠壩袋自動(dòng)調(diào)平的目的;訬利用沖排水機(jī)泵、供水井達(dá)到為自來水公司供水的目的;設(shè)利用沖排水機(jī)泵,通過利用強(qiáng)排、自排管道系統(tǒng),經(jīng)過創(chuàng)新優(yōu)化設(shè)計(jì),達(dá)到從下往上調(diào)水的目的?？梢哉f是一管多用,一機(jī)多用。承德市武烈河第六道橡膠壩在2009年10月1日之前,通過這種補(bǔ)水方式從七道壩往六道橡膠壩庫區(qū)補(bǔ)水40萬m3,滿足了工程用水的需要。這是武烈河第六道橡膠壩在充排方式設(shè)計(jì)上的一大創(chuàng)新,同時(shí)對以前修建的橡膠壩補(bǔ)調(diào)水也是一個(gè)有益的補(bǔ)充。2.5溢流管出現(xiàn)洪水為防止壩袋超壓,充水橡膠壩必須在兩岸邊墻或中墩上設(shè)置安全溢流管(孔)與壩袋相連通,管口位置須與壩袋設(shè)計(jì)內(nèi)壓水頭齊平。在實(shí)際運(yùn)用中,設(shè)置安全超壓溢流管確實(shí)對橡膠壩壩袋的安全運(yùn)行起到了保護(hù)作用。但是也遇到了一些問題,就是在遇到較大洪水時(shí),由于中間水流急、波浪大,人力不能到達(dá),洪水會(huì)從管口產(chǎn)生倒灌水現(xiàn)象,抬高壩袋,影響壩袋過洪,甚至?xí)未毫?、破壞。承?994年7月13日的洪水時(shí)就曾遇到過這種現(xiàn)象。當(dāng)時(shí)洪峰流量為1420m3/s,接近20年一遇洪水。基于上述問題,提出將第六至第十二道橡膠壩所有超壓溢流管改為從側(cè)墻引出,遇有大洪水時(shí)保證人工從兩側(cè)及時(shí)封閉管口,防止洪水往內(nèi)灌水。2.6冬季泵房現(xiàn)狀及特點(diǎn)泵房是橡膠壩控制的中樞,所有的機(jī)泵、觀測設(shè)備、控制設(shè)備、操作設(shè)備一般都安排在泵房內(nèi),為了滿足橡膠壩沖排水的功能,泵房底高程一般設(shè)置較低,因此泵房高度較高,一般為6~8m,泵房空間大,冬季泵房溫度低,會(huì)發(fā)生冰凍現(xiàn)象,對于北方冬季橡膠壩工程的越冬非常不利,2003年冬季,第三道橡膠壩就曾造成泵房內(nèi)機(jī)泵設(shè)施凍壞的現(xiàn)象,損失達(dá)5萬多元。為解決這一問題,充分利用泵房空間大,將第六道橡膠壩泵房設(shè)計(jì)成兩層結(jié)構(gòu),將機(jī)泵、沖排水管路、觀測設(shè)備、控制設(shè)備、操作設(shè)備等安排在泵房底層,泵房二層設(shè)計(jì)成維修間。2.7讓城市景觀更優(yōu),城市混凝土框架得到增加在我國,很多城市依河而建,河流穿越城市而過。為了改善城市生態(tài)景觀,橡膠壩已經(jīng)成為城市河道整治美化、景觀建設(shè)當(dāng)中的一種新型工程。岸墻、中邊墩、泵房、管理室等建筑物的外觀結(jié)構(gòu)型式以顯得越來越重要,越來越要求工程符合城市景觀的要求,尤其是在中心城區(qū)的水工建筑物。因此,必須改變過去鋼筋混凝土呆板的外形結(jié)構(gòu),對結(jié)構(gòu)外形進(jìn)行優(yōu)化創(chuàng)新。在武烈河第七至第十二道橡膠壩的設(shè)計(jì)中,將城市文化底蘊(yùn)內(nèi)涵引進(jìn)到橡膠壩的中邊墩、管理房設(shè)計(jì)中,設(shè)計(jì)了具有承德文化底蘊(yùn)、景觀特色的建筑物,增加了沖水噴泉、亮化燈具等。橡膠壩管理房的設(shè)計(jì)改變了以前的設(shè)計(jì)理念,不僅要滿足工程運(yùn)行的需要,還要當(dāng)成一個(gè)景觀進(jìn)行設(shè)計(jì),一房一景,以承德歷史文化為主體,重點(diǎn)突出承德300多年的山莊文化與現(xiàn)代文化的結(jié)合,建成了一個(gè)個(gè)風(fēng)格