花都湖橡胶坝工程消能防冲计算方法分析.pdf

第10期
广东水利水电
2014年10月
GUANGDONG WATER RESOURCES AND HYDROPOWER
Oct.2014
花都湖橡胶坝工程消能防冲计算方法分析
陈汉杰
(广州市水务规划勘测设计研究院,广东广州510640)
摘要:由于橡胶坝的特有的运行工况,在橡胶坝设计过程中需根据工程实际情况选择最危险的计算工况及适合的计算
方法。本文试图通过花都湖橡胶坝工程的消能防冲计算进行介绍,供同类工程借鉴参考。
关键词:橡胶坝;消能计算;设计
中图分类号:TV122文献标志码:A文章编号:1008-0112(2014)010-0004-03
橡胶坝是用高强度合成纤维织物做受力骨架,在总集雨面积为423km2。新街河干流的防洪标准为50
其内外涂敷橡胶作保护层加工成胶布,再将其锚固于年一遇,堤防工程级別定为3级,主要水工建筑物为
底板上成封闭状的坝袋,通过充排管路用水(气)将其3级,次要水工建筑物为4级。
充胀形成的袋式挡水坝。坝顶可以根据需婓调节坝高
新街河河道综合整洽和环境建设工程(花都湖)整
控制上游水位,以发挥灌溉、发电、航运、防洪、挡治范围为新街河京广铁路桥上游干流长6.682km的河
潮等效益。橡胶坝具有结构简单、施工期短、造价低、道,两岸堤线长为15.57km。工程任务是以城市防洪
抗震性能好等优点,而且橡胶坝可根据实际地形灵活安全整治为主,结合河道水生态、水环境、水景观等
布置,坝体内的水泄空后,坝袋紧贴在底板上,不影多种功能进行综合整治。工程分三期建设,其中橡胶
响河道泄洪。橡胶坝自20世纪90年代以来在我国发坝工程属于二期工程的建设内容。
展迅速,特别是在城区河道环境美化、保持景观水位
橡胶坝坍坝时最大流量为594m/s(P=2%),参
发挥了重要作用。
照水闸最大过闻流量等级刘分,工程等别为Ⅲ等,工
橡胶坝结构简单,部分结构与水闸结构相似,橡程级别为3级。根椐现状河道宽度,橡胶坝布置为ー
胶坝的结构分析可参照水闸结构的分析方法进行分析,跨,净跨度为63.4m,坝高为2m,底板高程为
但由于橡胶坝的特有的运行工况,存在完全坍落、全3.5m,景观水位为5.5m。边墩厚为1.0m,墩顶高
部充起、充起(或坍落)过程中3种状态,因此,橡胶程为6.0m。泵房及管理房布置在新街河左岸,泵房
坝的水力计算与普通水闻、溢流堰相比,具有其特殊尺寸为10.0mx16.28m。橡胶坝底板厚为1.0m,长
性。根据《橡胶坝技术规范》(SIL227-98)2,“消能为10.0m,其上游设钢筋混凝土铺盖及格宾石笼防冲
防冲,设施的布置,应根据地基情况、运行工况等因槽,下游设消力池、浆砌石海漫及格宾石笼防冲槽。
素确定”。由于每个工程实际情况均不相同,因此在橡胶坝主要参数见表1,断面图如图1所示。
櫲胶坝消能防冲设施设计中就需解决设计工况如何选
表1檬胶坝主要参数
取?洪水标准如何选择?选取何种计算方法?为了回
项目
单位参数
备注
答这些问题,本文试图通过花都溯橡胶坝工程的设计
设计流量
n3/s594
50年一遇设计洪水流量
计算进行介绍,以期对橡胶坝的消能防冲问题的设计
净宽
mH63.4
底高程
计算有所帮助。
下游50年一遇设计水位
1工程概况
下游设计水位
最低运行水位m3.50
新街河是白坭水的一条支流,其干流由铜鼓坑、
正常蓄水位m5.50
铁山河汇合后算起,由东向西流经莲塘、新华镇,于
上游设计水位
设计流量下的上游水位
最低运行水位m3.50
珠江水泥厂附近汇人白坭水,干流全长为36.1km,
收稿日期:2014-06-20;修回日期:2014-09-15
作者简介:陈汉杰(1985),男,本科,工程师,主要从事水利L程设计、咨询工作。
2014年10月第10期
陈汉杰:花都湖橡胶坝工程消能防冲计算方法分析
No。10Oct,2014
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图1櫲胶坝断面示意(单位:高程m;长度mm
2消能防冲计算
年一遇洪水不坍坝(上游水位为7.15m、下游水位为
2.1计算工况选择
4.72m),4种工况进行计算
1)坝袋完全充起
2.2消力池计算
坍坝前1:根据橡胶坝调度运行原则,若上游水
橡胶坝消力池计算应根据工程的下游河床地质情
位超过橡胶坝坝顶高程0.50m,即坝上水位超过6.00n况以及各工况的水力参数,参照《水闸设计规范》
时,应坍坝排洪,此时下游水位为4.72m(坝下景观(SL265-200
采用附录B底流式消能公式计算
水位),此工况为常遇工况況。
水跃型式计算结果见表2。
坍坝前2:上游水位超过橡胶坝坝顶高程0.50m,
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即坝上水位超过6.00m时,考虑下游橡胶坝检修或者
放空,此时坝下游水位较低(考虑下游水深为0.5m,
h”。=分(/1+89-N(“
水位为3.20m),此工况水头差最大。
突发洪水不坍坝:由于新街河为山区性河流,极
h.-7ab2+
可能出现极端天气突发洪水,未能及时坍坝,此时上
42=4
下游水头差较大,对消能也相对不利。从经济安全考
go
虑选取突发5年一遇的洪水。
式中d为消力池深度(m);o。为水跃淹没系数,采
2)坝袋完全坍落
用1.05;h"为跃后水深(m);h。为收缩水深(m);ac
坍坝泄洪:在橡胶坝完全坍坝后,相当于宽顶堰为水流动能校正系数,釆用1.0;9为过闸单宽流量
过流,最大过流量为洪峰流量,此工况过流量最大。(m/s);b,为消力池首端宽度(m);b2为消力池末端
3)坝袋坍落(或充起)过程中
宽度(m);7为由消力池底板顶面算起的总势能
在橡胶坝坍坝过程中,堰上水头、堰高、过流量、(m);△Z为出池落差(m);h'为出池河床水深(m)。
下游水位均在变化,上下游水头差由坍坝前1(或2
消力池长度按以下公式计算:
渐变至坍坝泄洪工况,过流量由坍坝前的洪水前峰流
量渐变至最大过洪流量。此过程中上下游最大水头差
L.=6.9
小于坍坝前2工况,过流量小于坍坝泄洪工况,因此,式中L,为消力池长度(m);ム为消力池斜坡断水平
此过程的消能危险性小于其他极端工况,此次不再对投影长度(m);B为水跃长度校正系数,采用0.8;L
此过程工况进行计算。
为水跃长度(m)。
综合考虑,消能防冲选取坍坝前1(上游水位
根据表2计算结果,仅坍坝前2、不坍坝泄洪(P
6.0m、下游水位4.72m)、坍坝前2(上游水位=20%)2种工况发生远离式水跃,需要修建消能工,
6.0m、下游水位3.20m)、坍坝后通过设计洪水(P其余2种工况则不需要。再根据该工况计算所需消力
=2%)(上游水位7.25m、下游水位7.11m)及突发5池尺寸,结果见表3。