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1、 橡胶坝充 、排水技术探讨童乐一(浙江省水利水电勘测设计院 ,浙江 杭州 310002) 摘 要 :橡胶坝在水利水电及城市防洪工程的应用已越来越广泛 ,本文对橡胶坝充 、排水系统的类型 、设备选择及布置等诸问题进行了较全面的总结和分析.关键词 :橡胶坝 ;充 、排水系统 ;设备选择中图分类号 : TV644 文献标识码 :B 文章编号 :10082536X(2001) 0320027202Technical Discus sio n o n Water Filling a nd Draina ge for Rubber Da mTONG Le2yi( Zhejiang Investigatio
2、n and Design Institute of Water Conservancy and Hydropower ,Hangzhou 310002 ,China)Abstract :Rubber dams are widely used in water conservancy ,hydroelectric power and urban flood control projects. This paper gives a comprehensiveanalysis on the types of water filling and drainage ,equipment selectio
3、n and layout.Keywords :rubber dam ;water filling and drainage system ;equipment selection近年来 ,我省相继完成了一批橡胶坝工程 ,如金华河盘桥水利枢纽工程 、开化县龙潭水电站 、嵊州市艇湖水利枢纽工程及奉化市城市防洪工程. 随着低水头电站的开发和城市防洪工程的实施 ,橡胶坝在水利水电及城防工程的应用越来越广泛.橡胶坝的控制系统包括坝袋的冲胀和塌落 、超压溢流 、水位观测等 ,是橡胶坝工程的重要组成部分. 依照我省的工程实例 ,充水式橡胶坝的应用较为普遍 ,本文对橡胶坝的充 、排水系统的诸问题谈个人看法 ,
4、供同行共同研讨.1 充 、排水系统的类型及选择坝袋的充 、排有动力式和混合式两种 ,充水式橡胶坝充 、排水系统的类型 ,大致可分为八类 : (1) 机充 、机排 ; (2) 机充 、自排 、机排 ; (3) 机充 、自排 ; (4) 自充 、自排 ; (5) 自充 、机排 ; (6) 自充 、机充 、自排 ; (7) 自充 、机充 、机排 ; (8) 自充 、机充 、机排等. 工程常用的是前三种充 、排水类型. 如何选择充 、排水系统的类型 ,应根据橡胶坝技术规范规定 ,即按照工程现场条件和使用要求来确定.充水类型的选择首先要考虑水源的的情况 ,对于靠近城镇的小型橡胶坝工程 ,可直接利用城市自
5、来水充坝 ,如杭州山水人家橡胶坝工程 ,由于地处城区 ,且坝袋体积较小 ,所以直接利用自来水作为充水水源. 在有条件的山区 ,也可利用高位水源自流冲胀坝袋. 如果高位水源不足 ,就要考虑采用机充的方法 ,机充的水源一般取自河道 ,但充坝水源要清洁 ,不能含有泥沙 及腐蚀坝袋胶布的物质 ,这种充水类型的工程实例较多 ,如开化县龙潭水电站 ,该橡胶坝工程地处山区 ,水质较好 ,水源充足 ,所以在设计时充分考虑了山区河道的优势 ,采用河道水源来直接充坝. 但当河道水质不能满足要求 ,就要考虑另外的水源 ,如沈阳城郊橡胶坝工程 ,由于河道污染较严重 、泥沙含量较高 ,充坝水源采用地下水方案.机充又可分
6、为直接充坝和间接充坝方式 ,间接充坝是用水泵抽水至水塔 ,通过水塔向橡胶坝充水 ,水塔的作用是便于了解充胀坝袋水头情况 ,同时也起到了第二沉淀池的作用 ,又因与坝袋内水体相连起到了调节水箱作用 ,可补充坝袋渗漏水量 ,沈阳城郊橡胶坝工程就是采用间接充坝方式. 直接充坝是水泵抽水直接充坝 ,虽然没有设置水塔充坝方式的优点 ,但可节省大量的投资 ,一般大型工程均采用直接充坝方式.排水类型的选择主要考虑橡胶坝的布置情况 ,水利工程溢洪道上的橡胶坝以及山区河道纵向坡度较大 ,下游无水顶托坝袋可采用自排方式 ,此种排水类型的工程实例不多. 一般的橡胶坝均布置在河道上 ,下游有水顶托 ,不能靠自排将水排尽
7、 . 大多采用自排和机排相结合的排水方式. 当塌坝开始时 ,首先让坝内水自流排水 ,当自然速度缓慢或不能自排时 ,开启排水泵排水.2 充 、排水设备的选择2. 1 充 、排水系统原理图选择了充 、排水类型以后 ,应根据工程的特点绘出充 、排水系统原理图 ,图 1 为较典型的系统原理图 (开化县龙潭水电站橡胶坝充排水原理图) ,其充 、排水方式为机充 、自排 、机排.28浙江水利水电专科学校学报2001 年 9 月图 1 充 、排水系统原理图2. 2 额定流量的确定在已知橡胶坝袋容积的情况下 ,橡胶坝充 、排水时间是决定充 、排水流量的前提. 按橡胶坝技术规范规定 ,坝袋的充胀与排放时间必须与工
8、程的运用要求相适应. 对于水利水电和城市防洪工程来说 ,橡胶坝一般建在行洪河道或溢洪道上 ,如排水时间过长 ,不能及时塌坝 ,可能造成洪水漫滩或漫坝 ,由此带来严重后果. 因此 ,应根据调洪要求来决定排水时间. 在洪水期还应根据上游的洪水位情况决定塌坝的时间 ,如兰江水利枢纽工程 (初设阶段) ,橡胶坝坝高达 5m ,将建于兰江河道上 ,塌坝时间的确定充分考虑了电站的经济效益和行洪的关系 ,塌坝时间长 ,排水流量就小 ,可减少排水设备的投资 ,还可增加电站的发电量 ,反之 ,可能影响行洪效果. 根据水能及经济计算结合水文资料 ,确定排水时间为 2h. 相对来说 ,充水时间较排水时间长 ,要求也
9、低 ,一般为 24h. 得知橡胶坝充排水时间 ,就可决定充 、排水泵的额定流量.Q = V/ ( nt)式中 : Q 水泵额定流量 ,m3/ s ;V 坝袋充水容积 ,m3;n 水泵台数 ;t 充 、排水时间 ,s ;2. 3 水泵扬程(1) 充水泵扬程确定H =1 -2+H1+% H式中 :1水泵出水口高程 ;2吸水水位 ;内压比 ;H1坝高 ;% H 吸水管及出水管路水头损失总和 ;在充胀坝袋的过程中 ,坝袋高度由零逐渐充胀到设计高度H1 ,也就是说 ,水泵在充水过程中的扬程随着橡胶坝的逐渐充胀而增大 ,而充水流量逐渐变小 ,管路的水头损失也逐渐变小.因此 ,需计算出充水过程中的最小扬程和
10、最大扬程 ,即水泵的运行范围. 计算出水泵的额定流量及扬程运行范围 ,就可以选择合适的水泵了.(2) 排水泵的扬程确定H =1-2+% H -H2式中:123型的橡胶坝弹性胀力.力.2. 4在工程中,充 、可充水,设置,3充 、充 、3. 1充 、一侧,房,情况选择,水泵.袋地板高程3. 2管路用,控制,1水泵出水口高程充 、2坝袋水位%H吸水管及出水管路水头损失总和H2作用在坝袋上的外压橡胶坝排水一般直接排入下游,在塌坝过程中,坝袋由设计坝高逐渐塌落至零.塌坝过程见图2 ,在塌坝过程中,河道水流从橡胶坝顶过流,直至橡胶坝上下游水位基本相平.橡胶坝起排时轮廊线 4橡胶坝起排时水面线 橡胶坝排水
11、过程轮廊线 5橡胶坝排水过程水面线橡胶坝塌坝后轮廊线 6橡胶坝塌坝后水面线 图2橡胶坝塌坝过程水流示意图所以在排水过程中,坝袋受到外压的作用,对高坝及较大,排水泵的实际扬程不仅要计算进出口水位差和管路的水头损失,还应考虑作用在坝袋上的外压和橡胶坝坝袋的对低坝或小型橡胶坝可不计外压及橡胶坝的弹性胀设备选择通过充 、排水流量计扬程的计算,就可选择相应的水泵了,对一般的橡胶坝工程,其充 、排水频率不高,常常将排水水泵结合在一起,在运行中,通过阀门的切换,使水泵即也可排水,这样节省设备及土建的投资.如金华河盘桥水电站等橡胶坝工程.但对于建在大江大河上的橡胶坝工程,由于坝装容积大,充 、排水泵及管路较大
12、,所以将充 、排水泵分别山东省临沂市橡胶坝工程就采用了这种布置方式.排水系统的布置排水系统的布置主要包括水泵 、管路 、阀门及水帽等.排水泵房对单跨或跨数较少的橡胶坝工程,泵房可布置在橡胶坝的对多垮的橡胶坝,也可在橡胶坝的两侧各设置充 、排水泵分别控制邻近的一跨或几跨坝袋.水泵的台数应根据实际对于排水泵,由于塌坝的要求较高,一般应设置备用由于管路的水头损失较大,水泵的安装高程一般低于坝,以保证水泵的吸出高度.每个坝袋应具有一套充 、排水管路,充 、排水管路可结合使采用阀门来切换控制.对多跨橡胶坝方案,如由一个泵房来每跨坝袋的充 、排水总管可选择不同的管径,使每跨坝袋排时流量分配均匀.管路直径选
13、择:水泵吸水管的流速在1122m/ s ,压水管的流速在 25m/ s. 管路的布置力求长度最短 ,弯头最少 ,尽量减小沿程水头损失和局部水头损失.充 、排水管路经基础地板进入坝袋 ,在营口(下转第 33 页)结构设计时应考虑以下几个方面的问题用于土钉上的拉力为上下土钉相对较小而中部土钉所受拉力通过自由段和锚固须传递到深部土层中土钉一方面与喷射混凝土面层联合约束了土体的变形由于土钉墙的工作机理有别于土层锚杆上层土钉承受的拉力相对较小墙支点上的力相当大,一般是中间大 、,.,;,两头小.,( ,除锚固段外, ,土钉只有在土体中滑裂面以外防止其崩落,.,锚杆在. 另一 ,为用3. 2,应将土钉墙与
14、土体作为一个复合式的挡土结构来处理工程设计中土钉钢筋均采用螺纹钢筋王安军,如,土钉墙与被加固土体一起形成了复合型的支(6),1998.,1999. 31 (4) .土钉支护在基坑工程中的应用可知.,当 时+30 90J .时 工业建筑,土钉能降低主动滑就应从土钉与土/ 2 ,1999. 20 (4) .J .北京若20西安建筑: 中国建3 ,土 ,(上接第 28 页) 处应设置水帽 ,以防止塌坝是坝袋封盖充 、排水管口.4 工程实例龙潭水电站位于开化县城北 ,钱塘江南源金马溪上 ,挡水建筑物采用橡胶坝 ,设计坝高 415m ,坝长 100m. 坝址处狭窄 ,布置调节池困难 ,但有着山区河流自然
15、条件 ,通过充分的技术经济比较后 ,采用机充 、自排和机排的充 、排水方式 (原理图见图1) . 由于泵房布置位置较紧张 ,且充 、排水频率不高 ,所以充 、排水合用一套设备 ,泵房利用左岸侧墙的腹部布置 ,直接从坝前抽水入坝袋 ,并能将坝袋内的水直接排到河中 ,通过对水能 、水文的综合分析 ,塌坝时间定为 115h ,充坝时间为 1h , 选择两台IS300 - 10X 型离心泵作为充 、排水设备. 橡胶坝自 1997 年运行以来 ,效果很好.5 结语橡胶坝充 、排水系统的类型较多 ,选择及布置的要求应根据工程的现场条件使用要求等作技术经济比较 ,选定的方案力求最经济 、最合理.参考文献 : 1 SL227 - 98 ,橡胶坝技术规范 S . 2 SL227 - 98 ,橡胶坝技术规范(条文说明) S .
