气盾坝在长治市黑水河治理工程中的应用

池丽敏，胡峥嵘，苏 琴

（南京市水利规划设计院股份有限公司，江苏 南京210022）

气盾坝在长治市黑水河治理工程中的应用

池丽敏，胡峥嵘，苏 琴

（南京市水利规划设计院股份有限公司，江苏 南京210022）

首先，介绍气盾坝及其优点。接着，通过气盾坝在长治市黑水河上的工程设计实例，阐明气盾坝作为一种安全、管理方便和适应北方城市河流的建筑物将得到更为广泛的应用。

气盾坝；城市河流；挡水建筑物

0　引言

北方城市河流多数为季节性河流，河道枯水季节缺水现象十分严重，汛期顺利泄洪问题则十分突出。因此，河道中闸和坝等蓄水建筑的选择尤为重要。近几年，气盾坝正以其不二的优势得到广泛的应用。

1　气盾坝及其优点

气盾坝，也被称做气盾盾形橡胶坝，兼具橡胶坝和钢闸门两者之长的新型水工建筑物。它由美国OHI公司于20世纪90年代研制而成。2008年，水利部将气盾坝列入国家推广计划。其结构主要由盾板、充气气囊及控制系统等组成（见图1）。利用充气气囊支撑盾板挡水，气囊排气后塌坝，气囊卧于盾板下，可避免河道砂石、冰凌等对坝袋的破坏；气囊内填充介质为气体，塌坝迅速；各个部件均为预制部件，安装工期短；盾板及气囊模块化，便于修复。

图1　气盾坝示意图

气盾坝具有结构简单，建设、安装周期短；防洪渡汛能力突出，运行安全可靠；过水高度和运行状态持续可控；具有更强的清污、排淤能力；挡水和过水能力更高；充排时间短，运行管理简单；使用寿命超长，综合效益高；抗震能力强，对基础的适应性高；钢面板支撑在独立的橡胶气袋上，可以允许冰凌和漂浮物通过等特点。并且气盾坝景观效果佳，坝顶溢流会形成瀑布，十分美观。

2　气盾坝设计

长治市黑水河发源于长治县韩店镇黎岭村，自南向北经柳林、林移、司马、安城、北郭等村后入长治市城区，又经针漳、西南关、长子门村后在主城区西部沿城西路继续北流，在城区紫坊村东南汇入石子河，是石子河的一级支流，为区域排涝（洪）河流，流域面积100.65 km2，河流全长11.1 km，主城区段河道长约3.5 km，平均比降4‰。

2.1气盾坝坝体设计

工程位于黑水河设计桩号K1+520处。气盾坝坝长25.00 m，设计坝高3.0 m，由盾板、充气气囊、锚固螺栓、限位拉带及控制系统等组成。其结构是在底板上由锚固螺栓和高强度橡胶压条固定强化盾板。每块盾板长5.0 m。盾板下设充气气囊，通过对气囊的充气排气来控制盾板的起落。由限位拉带防止盾板前倾。在挡水时，向充气气囊充气，支撑起盾板，挡水高度可通过调节充气气囊中的气压实现。气盾坝过流时，在盾板后形成水帘，在坝上水位超过设计挡水高度50cm时，气盾坝自动塌坝，盾板落下．保护充气气囊不被冲毁，同时能保证行洪通畅。

气盾坝的气囊由多层NN66或芳纶骨架材料及特种橡胶构成，采用多项授权专利进行制造。气囊性能：工作压力在0.7～0.8 MPa间，设计安全充胀压力8 kg，安全系数是橡胶坝的15倍；外层材料采用耐寒和耐臭氧老化性能优越的EPDM聚合物，耐老化性能超过50 a。盾板由厚16 mm以上钢板制作，弧形，迎水面焊接加强筋。

2.2底板结构设计

橡胶坝底板采用整体式钢筋混凝土结构，垂直水流向长度为26 m，顺水流向长8.00 m。

底板顶高程为915.4 m、底高程为914.2 m，底板厚度为1.2 m，下设0.1m厚C25混凝土垫层。

底板混凝土标号为C25。为满足防冻要求，在底板上下游侧各设一道深0.5 m，底宽0.5m，坡比为1∶1的齿槽。坝底板与上游侧防渗铺盖、下游侧消力池底板之间分别设置一道横向橡胶止水带。图2为气盾坝设计纵断面示意图。

图2　气盾坝设计纵断面示意图

2.3气盾坝锚固设计

坝身的锚固结构型式采用螺栓压板锚固（见图3）。

图3　气盾坝锚固布置图

压板与螺栓的安装：在预埋螺栓时，可采用活动木夹板固定螺栓位置，用经纬仪测量，螺栓中心线要求成一直线。用水平仪测定螺栓高度，无误差后用木支撑将活动木夹板固定于槽内，再用一根钢筋将所有的钢筋和两侧预埋件焊接在一起，使螺栓首先牢固不动，然后才可向槽内浇筑混凝土。混凝土浇筑一般分为两期，一期混凝土浇筑至距锚栓槽底100 mm时，应测量螺栓中心位置高程和间距，发现误差及时纠正。二期混凝土浇筑后，在混凝土初凝前再次进行校核工作。

3　设计、应用的几点体会

黑水河气盾坝建成后，各块盾板协调运行良好，已经过汛期考验。坝体过流形成一道水帘，为治理后的黑水河增添一道不可缺少的风景。

该项工程设计、应用有以下几点体会：

（1）改进充、排气管路的埋设设计。该项工程气盾坝充、排气管路预埋于气盾坝坝体下，日后检修可能存在不便之处，建议管路埋设于坝体外，方便日后运行检修。

（2）冬季运行注意问题。长治市冬季室外温度很低，河道水流会结冰，如果气盾坝冬季运行措施不当，气囊外冰会对气囊造成损害。气盾坝冬季挡水运行时，应经常进行排水和充水运行，确保气囊外少结冰，并且，气囊的充排气管道、阀门等，在冬季必须做好保温措施，保证管道不结冰，所有设施都能够正常运行，以预防冬季融冰和坍坝的要求。

（3）充、排气控制系统可增加泵阀远程控制系统、视频监视系统，为整个黑水河自动化管理奠定基础。

4　结　语

2014年11月2日，住建部在《住房和建设部城市建设司2014工作要点》中提出的“海绵型城市”概念，建设海绵城市，首先需要最大限度地保护和治理城市海绵要素-城市河流。结构简单、运行安全可靠、景观效果好的气盾坝在城市河道，尤其是北方河道中将发挥越来越重要的作用。

TV644

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1009-7716（2016）10-0096-02

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2016.10.029

2016-07-01

池丽敏（1981-），女，河北省张家口人，工程师，从事水利规划及工程设计工作。