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江河低水活动坝坝型方案探究

1项目背景

水阳江航道位于安徽省宣城市,是长江南岸的一级支流,是皖东南航道网的重要组成部分,下游可通过芜申运河连接长江黄金水道。水阳江航道海棠湾-甘家拐全长43.9km,采用建设航运梯级枢纽与疏浚结合的方式进行整治,枢纽选址在水阳镇上游约500m处,建设船闸及低水活动坝,利用低水坝抬高枯水期闸上最低通航水位,利用船闸通航,中高水期低水活动坝塌坝行洪。

2建设规模

水阳江船闸级别为Ⅲ级,设计代表船型为1000t级货船,闸室有效尺度200×23×4.5m。水阳江低水活动坝工程等级为Ⅲ级,正常蓄水位5.3m,设计洪水位10.87m(20年一遇),设计泄洪流量(塌坝后)1550m3/s。

3枢纽运行方式

船闸全年通航,橡胶坝枯水期挡水,中、高水期泄流。(1)枯水期:水位在2.45~5.3m以内,橡胶坝充水、坝上蓄水,闸上最低通航水位达到5.3m,闸下最低通航水位为2.45~5.3m,船闸开、关闸门通航。期间为当年12月至来年3月,每年约3个月。(2)平水期:水位在5.3~9.9m之间,当下游水位达到5.3m时,上游航道水深满足通航要求,橡胶坝塌坝,上下游平水(即中、高水期),船闸正常通航,橡胶坝、滩地均过流。期间为当年4月至11月。(3)洪水期:上下游水位达9.9m以上,船闸闸门关闭防洪;橡胶坝塌坝泄洪,滩地泄洪。

4坝型选择

综合考虑国内目前运用较为成熟的活动坝坝型,拟定橡胶坝、液压升降坝两种坝型方案进行比选。

4.1橡胶坝

橡胶坝,是用高强度合成纤维织物做受力骨架,内外涂敷橡胶作保护层,加工成胶布,再将其锚固于底板上成封闭状的坝袋,通过充排管路用水(气)将其充胀形成的袋式挡水坝。坝顶可以溢流,并可根据需要调节坝高,控制上游水位,以发挥灌溉、发电、航运、防洪、挡潮等效益。1966年我国首座橡胶坝建成,至今已有60多年历史,国内外积累了丰富的经验,技术比较成熟。水阳江橡胶坝由橡胶坝、调节闸和充排水泵房组成。橡胶坝采用充水式坝袋,共5跨,每跨长23m,设计内压比α取1.25,选用900×900kN/m(经纬向相同)的锦纶帆布3层作为受力骨架,胶布型号为J300300-3,坝袋型号JBD5.0-300-3,锚固形式采用双锚固线结构型式,选用M30×800mm螺栓,HB-7型铸钢定型产品锚固件。橡胶坝基础底板顺水流方向长度为21m,坝底板顶高程为0.5m,坝高5.0m,坝顶高程为5.5m。坝底板结构型式为C25钢筋混凝土结构,底板厚2.5m。为与船闸共用检修闸门,橡胶坝设置4个顺水流方向通长布置的检修闸墩,将整个坝长分为5跨,每跨长23m,检修闸墩厚1.55m,橡胶坝底板宽度为133.2m。橡胶坝底板面层预留锚固槽、水帽孔、充排水管道等,待预埋件安装完毕后,再回填二期混凝土。为避免橡胶坝频繁塌坝,在橡胶坝右侧布置调节闸,单孔净宽5.0m,共有两孔。充排水泵房布置在调节闸右侧,顺水流方向长19.2m,宽9.2m。

4.2液压升降坝

液压升降坝是近年来新兴的闸坝型式,其工作基本原理:采用自卸汽车力学原理,结合支墩坝水工结构型式的一种坝型,具备挡水和泄水双重功能。液压升降坝的构造由弧形(或直线)坝面、液压杆、支撑杆、液压缸和液压泵站组成。液压升降坝采用液压杆升降以底部为轴的活动拦水坝面,实现升坝拦水,降坝行洪的目的;采用支撑杆支撑活动坝面的背面,构成稳定的支撑坝墩;采用联动钢绞线带动定位销,达到支撑墩坝固定和活动得相互交换;采用浮标开关,控制采用液压系统,达到无人管理,根据洪水涨落,实现活动坝面的自动升降。水阳江液压坝跨河槽布置,坝面总宽122m,底板总宽132.6m,顺水流向长度为19m,厚2m,顶高程为0.5m,坝面高度为5.0m,坝面顶高程为5.5m。闸底板结构形式为C25钢筋混凝土结构,底板厚2.5m。底板面层预留液压缸孔、铰支座孔、支撑杆孔安装埋件,待埋件安装完毕后,再回填二期混凝土。控制管理房布置在液压升降坝左侧,顺水流方向长6.5m,宽6.5m。

5坝型比较

5.1橡胶坝优缺点分析及优化

5.1.1优点。(1)坝体结构简单、工程投资小;(2)塌坝后坝袋紧贴河床,不阻水,有利于河道行洪;(3)橡胶坝技术成熟,有丰富的建设、运营管理经验。5.1.2缺点。(1)坝袋充、排水时间较长,易被漂浮物或尖锐物损坏,检修不便;(2)橡胶坝需和调节闸配合使用,操作复杂,运行管理复杂;(3)橡胶坝坝袋使用寿命不超过15年,使用寿命较短。5.1.3优化措施。(1)在坝袋胶料中加入纳米高耐磨性能的补强剂,提高耐磨性能;(2)在坝袋胶料中加入添加纳米紫外线吸收剂,增强耐老化性能;(3)采用高强度无接缝橡胶坝袋技术,通过两次硫化,提高袋体的连接强度;(4)每段橡胶坝之间设置检修闸墩,利用船闸检修门挡水,方便检修。

5.2液压坝优缺点分析及优化

5.2.1优点。(1)坝面高度可调节,能达到很好的泄流、行洪、冲沙、排漂效果;(2)自动化程度高,采用浮标开关控制、液压操作系统,管理方便;(3)液压升降坝使用寿命达30年。5.2.2缺点。(1)支撑坝面的液压缸和油路常年处在水下,如果密封性能不好可能导致液压系统失效,导致液压坝无法顺利升起或塌坝,影响通航及泄洪;(2)液压升降坝坝面及升降系统为厂家专利产品。5.2.3优化措施。(1)液压油密封件和导向环采用新技术和知名品牌,确保密封性能良好;(2)每段液压坝之间设检修闸墩,利用船闸检修门挡水,提前对液压系统设备进行检修和维护,确保设备处于正常状态,保证通航期蓄水和洪水期塌坝;(3)采用折叠式支撑杆系统,在活塞缸出现故障时,也能通过主液压油缸推动支撑杆,使闸门自动打开。

6研究结论

水阳江低水坝位于水阳江干流上,其下游为皖苏两省界河,为确保行洪安全,减小两省之间的协调难度,推荐采用橡胶坝方案,坝体设置检修墩方便坝带检修。

参考文献:

[1]GB/T50979-2014,橡胶坝工程技术规范.

作者:程旸 单位:安徽省交通勘察设计院有限公司

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