山区河道橡胶坝群蓄水工程水面线 计算方法浅析 李江海 （吕梁市横泉水库管理局，山西吕梁０３３０００） 【摘要】 针对目前橡胶坝群蓄水工程水面线计算中存在的问题，以山西省吕凉市山区河道橡胶坝蓄水工程为 例，选择了两种典型工况，从理论上总结了推算水面线的方法，可供类似情况下水面线推求参考。 【关键词】 山区河道；橡胶坝；蓄水工程；水面线计算 中图分类号：ＴＶ６４ 文献标志码：Ａ 文章编号：１００５－４７７４（２０１５）０４－００３３－０３ Ｏｎ ｗａｔｅｒ ｌｉｎｅ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ｉｎ Ｍｏｕｎｔａｉｎ Ｒｉｖｅｒ Ｒｕｂｂｅｒ Ｄａｍ Ｇｒｏｕｐ Ｗａｔｅｒ Ａｃｃｕｍｕｌａｔｉｏｎ Ｐｒｏｊｅｃｔ ＬＩ Ｊｉａｎｇｈａｉ （Ｌｉｉｌｉａｎｇ Ｈｅｎｇｑｕａｎ Ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ Ａｕｔｈｏｒｉｔｙ，Ｌｔｄｉａｎｇ ０３３０００，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｍｏｕｎｔａｉｎ ｒｉｖｅｒ ｒｕｂｂｅｒ ｄａｍ ｗａｔｅｒ ａｃｃｕｍｕｌａｔｉｏｎ ｐｒｏｊｅｃｔ ｉｎ Ｓｈａｎｘｉ Ｌｔｉｌｉａｎｇ ｉｓ ａｄｏｐｔｅｄ ａｓ ａｎ ｅｘａｍｐｌｅ ａｉｍｉｎｇ ａｔ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｉｎ ｃｕｒｒｅｎｔ Ｒｕｂｂｅｒ Ｄａｍ Ｇｒｏｕｐ Ｗａｔｅｒ Ａｃｃｕｍｕｌａｔｉｏｎ Ｐｒｏｊｅｃｔ ｗａｔｅｒ ｌｉｎｅ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ．Ｔｗｏ ｔｙｐｉｃａｌ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ａｒｅ ｓｅｌｅｃｔｅｄ．Ｍｅｔｈｏｄｓ ｏｆ ｃａｌｃｕｌａｔｉｎｇ ｗａｔｅｒ ｌｉｎｅｓ ｃａｎ ｂｅ ｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｌｙ，ｔｈｅｒｅｂｙ ｐｒｏｖｉｄｉｎｇ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｆｏｒ ｗａｔｅｒ ｌｉｎｅ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｕｎｄｅｒ ｓｉｍｉｌａｒ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｍｏｕｎｔａｉｎ ｒｉｖｅｒ；ｒｕｂｂｅｒ ｄａｍ；ｗａｔｅｒ ａｃｃｕｍｕｌａｔｉｏｎ ｐｒｏｊｅｃｔ；ｗａｔｅｒ ｌｉｎｅ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ 橡胶坝是一种新型的低水头挡水建筑物，由于具 １工程概况 有造价低、工期短、耐久性强、抗震性能强、运用灵活方 山西省吕凉市蓄水工程全长１８．６ｋｍ，防洪标准为 便以及充坝蓄水、坍坝泄洪等优点，已被广泛应用于灌 ５０年一遇，河道横断面为矩形，宽８０ｍ，河底和两岸堤 溉、发电、防洪等方面。近年来，为了美化城市、改善水 防均为Ｃ２５钢筋混凝土结构。主河槽治理段上游 生态环境、提高城市品位，越来越多的中小城市开始兴 ２００ｍ和８６０ｍ处共布置２座拦沙坝，治理段范围内从 建橡胶坝蓄水工程，而且逐步由平原城市向山区城市、 上游到下游连续布置２５座单跨充水式橡胶坝，采用汛 由单一坝体向多坝联合运行的坝群发展。由于山区河 期坍坝泄洪、非汛期充坝蓄水的运行方式。橡胶坝高 道宽度小、纵坡陡、洪水峰大量小，河道常采用汛期坍 ３．４ｍ，挡水高度３．６ｍ（橡胶坝基础高０．２ｍ），坝基础宽 坝泄洪、非汛期充坝蓄水的运行方式，而且在泄洪时洪 １３．５ｍ，长与河道宽相同，为８０ｍ，基础顶高于坝前河底 水多呈急流状态。本文针对山区陡坡河道橡胶坝群蓄 ０．２ｍ，坝后设斜坡段与下游底板连接，斜坡段坡比为 水工程水流流态多样性的特点，以山西省吕凉市蓄水 １：４，长２．０ｍ，落差０．５ｍ，坝后不设消力池。由于各橡 工程为例对河道水面线进行分析计算。 胶坝水力计算方法相同，本文取位于蓄水工程中游的 ・３３・ 一水利建设与管理 ２０１５年・第４期 ８号橡胶坝进行分析，该河段纵坡１／２４０，坝区长 ７００ｍ，汛期（６月１日＿９月３０日）设计洪峰流量为 １３６４ｍ ／ｓ，非汛期（１Ｏ月１日一次年５月３１日）为 １６０ｍ ／ｓ。 ２坍坝工况坝区水面线计算 根据橡胶坝蓄水工程设计，坍坝为汛期运行方式， 设计洪峰流量１３６４ｍ ／ｓ。在推算水面线前需先选择控 制断面，根据水流情况，共选择２个控制断面，１个选 择在坝区下游，即橡胶坝坝址处，另１个选择在上游， 即上一座橡胶坝洪水下泄后的水深收缩断面。下面分 别对２个控制断面水深进行水力计算。 ２．１下游控制断面水深计算 下游控制断面为橡胶坝的坝址，橡胶坝可视作宽 顶堰，由于有阻水作用，该断面将产生壅水，壅水高度 采用《橡胶坝技术规范》附录Ａ公式计算： Ｑ＝￣ｏ＇ｍＢ 矗 （１） 式中Ｑ——过坝流量，ｍ ／ｓ； Ｂ——溢流断面宽度，ｍ； 坝顶水头，Ｈｏ＝Ｈ＋Ｖ２／２ｇ，ｍ； 一坝顶水深，ｍ； ——坝前流速，ｍ／ｓ； ｍ——流量系数，坍坝时取０．３６； ——淹没系数，下游水深／ｔｏ＜０．８时取 ＝１； ｓ——侧收缩系数，无侧收缩，取占＝１。 由此计算的坝顶水头Ｈｏ＝４．８６ｍ，坝顶水深Ｈ＝ ４．０２ｍ，坝前平均流速４．０４ｍ／ｓ，控制断面水深为坝顶 水深与坝基础高之和：ｈ＝４．０２＋０．２＝４．２２ｍ。控制 断面为最大壅水高度位置，位于坝轴线上游（３～４）Ｈ 处，本文计算中取距坝轴线１５ｍ。 ２．２上游控制断面水深计算 上游控制断面水深为上一座橡胶坝洪水下泄后收 缩断面的水深，上一座橡胶坝的壅水计算方法和结果 与本坝区橡胶坝相同，其坝后收缩断面水深采用下列 公式试算： Ｅｏ＝ｈｃ＋ ｑ蕊 （２） ・３４・ 式中 ——从下游底板算起的上游水头，Ｅ。＝Ｐ＋ ／ｔｏ，ｍ； Ｐ——坝基础与下游河道底板高差，Ｐ＝０．５ｍ； ——坝顶以上总水头，由上节知Ｈｏ＝４．８６ｍ； ｑ——过坝单宽流量，ｑ＝１３６４／８０＝１７．０５ｍ ／ （Ｓ・ｍ）； ——，收缩水深，ｍ； ——流量系数，下游为折线型，取 ＝０．９。 由此计算的收缩水深，即上游控制水深ｈ ＝ ２．５６ｍ，平均流速６．６６ｍ／ｓ。 ２．３水面线推算 ２．３．１水面线定性分析 根据有关公式计算的坝区正常水深ｈ。＝２．６１ｍ （其中混凝土糙率取０．０１８），临界水深ｈ ＝３．１０ｍ，因 ｈ。＜ｈ ，故河道为陡坡。上游控制断面弗劳得数Ｆｒ。＝ １．３３，下游控制断面为Ｆｒ２：０．６３，因Ｆｒ．＞１，Ｆｒ ＜１， 故河道在上游为急流，下游为缓流。水深从上游收缩 断面开始，经Ｓ，型壅水曲线由收缩水深ｈ 向正常水深 。过渡，在急缓流变化处发生水跃（因Ｆｒ。＜１．７，所以 水跃形式为波状水跃），然后通过ｓ 型壅水曲线，在距 坝址（３～４）Ｈ处水深达到下游坝前最大壅水高度ｈ。 ２．３．２水面线定量分析 通过对水面线定性分析，若要计算各断面水深，关 键需确定水跃发生位置。因水跃需满足跃前和跃后水 深条件才能发生，依据上下游控制水深，按波状水跃公 式（３）分别向下游和上游推求水面线，当上下游水深 同时满足公式要求的跃前、跃后水深和跃长时，则为水 跃发生位置。 水面线公式： ｖＩ－１ ｖ２一十 一十 ＝Ｚ２＋ ＋ －ｚ十 十 十 （３） 式中ｚ 、Ｚ２——上下游水面高程，ｍ； 、 ——上下游流速水头，ｍ； 九——，局部水头损失，河道为棱柱体明渠， ｈ ＝０ｍ； 石文娟／浅析钢模台车技术在隧洞混凝土衬砌中的应用 ｇ＼骐恒 嘟 魄 中，需要注意下面几点：⑧应该确保施工中，钢筋结点 之后进入下一个隧洞施工循环，直到施工结束。采用 按要求绑扎牢固，并且对每一个浇筑分层中最上面的 钢模台车浇筑，降低了工程蜂窝麻面、接缝处错台发生 的几率，提高了工程混凝土表面的光滑平整度，加快了 施工速度，有效地节约了施工成本。 ４结语 分布筋进行点焊，避免加工中出现局部误差；⑥在环向 受力钢筋搭接中，采用直螺纹套筒施工技术，提升工程 施工质量；＠在钢筋安装中，须保证钢筋顺直、均匀布 置，保持钢筋网面平顺，同时钢筋间距应控制在允许误 差范围之内。 综上所述，采用钢模台车浇筑隧洞混凝土，不仅可 以提高混凝土表面的光滑平整度，还可以有效避免工 程蜂窝麻面以及接缝错台现象的发生，有效降低工程 劳动力度，加快工程施工速度，确保工程按期完工，具 有实际的应用价值。 参考文献 ［１］马进元．燕山水库泄洪洞边顶拱钢模台车施工技术［Ｊ］．河 南水利与南水北调，２００７（８）． ３．５混凝土施工要点 在该隧洞工程的混凝土施工中，确保｝昆凝土泵放 在隧洞进口处；在底板混凝土施工中，采取附式振动 器，保证拱顶振捣密实。④确保施工基础面清洁，并利 用潜水泵进行排水；⑥按照工程设计图纸现场实测，绘 制工程测量放样大样图；⑥将混凝土送入浇筑工作面， 采用平铺法浇筑方式，对混凝土进行平仓振捣，保证混 凝土铺料层厚度不超过５００ｍｍ，并且在混凝土施工中， 对进入仓面的混凝土也应该尽量确保其均衡平整，避 ［２］ 刘宁，陈栋，刘翠凤．钢筋台车和钢模台车在深溪沟水电站 导流洞混凝土衬砌施工中的应用［Ｊ］．葛洲坝集团科技， ２００８（３）． 免加大平仓工作量；⑧在橡胶止水带底部混凝土施工 中，应该防止止水片卷曲，利用插入式振捣，以免造成 ［３］ 袁平顺．全圆针梁台车在高摩赞大坝枢纽工程导流洞混凝 土施工中的应用［Ｊ］．四川水力发电，２００９（６）． ［４］ 陈兆升．常规钢模台车底部外挂翻转成型钢模技术改造及 应用［Ｊ］．甘肃水利水电技术，２０１１（７）． ［５］ 黄河，曾建军，杨华彬．小断面隧洞全断面混凝土衬砌钢模 台车设计［Ｊ］．四川水力发电，１９９９（４）． 内部蜂窝；⑥在混凝土浇筑期间，针对表面泌水较多的 情况必须及时采取减少泌水措施，做好混凝土施工养 护工作。在混凝土脱模后，由作业人员清扫模板表面 的残余混凝土，并且在模板拆除后，人工涂刷脱模剂， ・气 ｄ ・ ！ ・ 蔓・ ・ 曼 ・ ！・ｌ ・ｌ！・ 曼・ 曼・ 曼・ｌ ・ ・ 曼・蔓 ・ｌ ・ ！・曼蔓 曼・≮蔓・蔓芒 ・ Ｅ・皂曼・＾ ．，芒・ｌ ・ 芒・ ・蔓 ・ｌＥ・ 芒・ ．｜Ｉ！ ・ ！・ｌ ・ 曼・蔓蔓 （上接第３５页） 两种典型工况，在计算堤防高度时，还应考虑其他可能 工况，最后取各工况水面线的外包线作为堤顶高程设 ＼． 卜、 计依据，许多工程设计中仅按汛期坍坝运行工况或采 ＼ ＼ 一 ＿． －一 用曼宁公式计算水面线，由此确定的坝高明显偏低、偏 不安全。本文所述工程因底板和侧墙全部采用钢筋混 ＼＼． ． Ｊ 河底高程 一坍坝水面线 ＊－立坝水面线 一—、＼ ．—、、 凝土衬砌，抗冲能力强，未设消力池，但由本文分析可 知，不同工况水跃发生位置也不同，即使同一工况由于 底板顺直，水跃位置也不可能固定，建议工程设计中应 ＼ 、 、＼ ＼０ ｌＯＯ ２００ ３００ ４００ ５００ ６００ ７００ 在坝下设消力池固定水跃位置，稳定水面曲线，减少急 流长度。最后需要说明的是，本文仅从理论上对橡胶 距离／ｍ 水面曲线图 坝蓄水工程水面线进行了分析，由于水跃水流紊乱复 杂，对特别重要的工程还应通过模型试验来复核计算 成果。 ・４结语 本文水面线计算时只选取了完全坍坝和完全充坝 ７・
