江河低水活动坝坝型方案探究

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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