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以蒋史汪橡胶坝为例水工橡胶拦河坝供排水系统设计和计算
摘 要：橡胶坝供排水系统涉及水源选择、泵型选择、管理设计等多方面因素,是关系橡胶坝能否正常运行的关键系统之一.本文以蒋史汪橡胶坝为例,探讨橡胶坝供排水系统的设计与计算,并从后期运行情况验证设计成果.
关键词：蒋史汪；橡胶坝；水工；供排水系统；设计
橡胶坝,又称橡胶水闸,是近年来出现的一种新型水工建筑物,坝顶可溢流,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.临沂是全国较早应用橡胶坝新型水工建筑物的地区之一,蒋史汪橡胶坝是临沂南水北调重要的控制性节点工程,建成后发挥着重要的拦蓄、防洪效益.蒋史汪橡胶坝在拦河坝中有一定的代表性,本文以其为例,探讨橡胶坝供排水系统的设计与优化计算.
一、工程概况
蒋史汪橡胶坝位于邳苍分洪道上游,设计坝高3.0m（挡水高度2.9m,超高0.1m）,正常蓄水位52.10m,底板设计长度11m,底板顶高程49.20m,采用C25钢筋混凝土平底板结构,上下游设置齿槽.中墩采用C25钢筋混凝土结构,墩厚1.0m,墩长同底板,墩顶高程为52.70m.坝袋详细设计参数见表1.
表1 坝袋设计参数表
序号项目代表符号单位数值
1设计坝高H1m3
2设计坝长m100
3内压比α1.3
4坝袋径向计算强度TKN/m36
5上游坝面曲线段长度S1m5.273
6下游坝面曲线段长度Sm5.314
7上游贴地段长度nm3.873
8下游贴地段长度X0m1.763
9坝袋有效周长L0m10.586
10上游坝面曲线段半径Rm4.000
11底垫片有效长度Lm5.636
12坝袋单宽容积Vm3/m15.484
二、供水系统设计
（一）供水水源.橡胶坝袋的充水水源取用河道明水（基流）.取水充坝方式为：在橡胶坝上游侧设铸铁闸门引水口,进口处设4层滤网拦污栅,铸铁闸门及拦污网栅分别采用一台3t的螺杆启闭机启闭.
（二）水泵选型.充排水水泵选型应根据坝的规模、起坝时间及拟定的系统计算充水水泵的流量和扬程.橡胶坝共3节,一节坝袋容积1548.4m3；3节坝袋总容积4645m3.拟设3台充排水水泵,2台工作,1台备用.
水泵的流量按《橡胶坝技术规范》[1]（SL227-98）公式3.3.4-1计算.
计算公式：
式中：Q——计算的水泵所需最小流量,m3/h；
V——坝袋充水容积,m3；
n——水泵台数,取n等于2台；
t——充、塌坝时间,t等于2.9h.
经计算：水泵的流量Q等于800m3/h.
水泵的扬程按《橡胶坝技术规范》[1]（SL227-98）公式3.3.4-2计算.
计算公式：
式中：——水泵所需的扬程,m；
——水泵出水管管口高程,m.出水管直接向坝袋充水时,当；
——水泵吸水管最低水位,取橡胶坝底板高程等于49.2m；
——橡胶坝底板高程,等于49.2m；
——水泵吸水管的压力管水头损失,m；
α——坝袋内压比,α等于1.3；
——设计坝高,H1等于3m.
经计算：水泵的扬程HB等于10.7m.
根据计算的水泵流量和扬程,经管路水力计算,并验算水泵的工作状态后,确定采用3台SLS350-235型水泵,2台工作,1台备用.单机功率37kw,总装机111kw.
（三） 充排水管理设计
橡胶坝共3节,充排水主管采用一管1袋的控制形式,平行于橡胶坝轴线布置,共设3根主管,3根主管通过母管与充排水泵连接.主管管径按《橡胶坝技术规范》[1]（SL227-98）公式3.3.4-4计算确定.
经计算：第一条排水主管道的公称直径为350mm（控制3#坝袋）.根据第一条排水主管道的内径,按3条排水主管道的排水流量及管道水头损失都基本相等的原则,计算确定第二条排水主管道的内径为335mm（控制2#坝袋）；第三条排水主管道的内径为320mm（控制1#坝袋）.为统一便于管理,3条主管均采用公称直径为350mm的PVC—U管.
（四） 结论以及后期运行情况
该供水系统实际投入运行后,供排水速度、系统稳定性等方面均达到了设计目标和工程运行管理单位要求,能充分保障橡胶坝充排水作业.因此,采用该设计计算方法,设计成果可靠有效.
参考文献
[1]SL227-98.橡胶坝技术规范[S].中国水利水电科学研究院,1999.
[2]朱逢春.超长充水式橡胶坝综合技术研究及其应用 [A].中国农业大学,2005.
[3]郭纬.橡胶坝锚固系统充排水系统及坝端处理模式的研究》[A].山东农业大学,2010.
（作者单位：临沂市南水北调中水截蓄导用工程管理处）
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