黄山市水政综合执法支队 安徽 黄山 245000
摘要：本文对花山橡胶坝因洪水导致局部冲刷水毁成因进行分析，通过成因分析，对山区含砂砾石及漂浮物多的河道上建设橡胶坝，在坝址选择、消能防冲设计、减轻坝袋振动，砼坝顶高程及坝面宽度、防止洪水挟带物吸入坝袋形成磨损等方面提出了有针对性的建议。
关键词：花山 橡胶坝 局部水毁 成因探析
1、工程概况
黄山市花山橡胶坝位于黄山市屯溪区新安江上游屯光镇境内，坝址在屯光镇花山谜窟下游约350m处。花山橡胶坝(以下简称花山坝)是实现从屯溪老街(国家历史文化街区)到花山谜窟景区(国家级风景名胜区)水上旅游航道重要的集蓄水、航运、景观节点工程，并以此带动黄山市社会经济发展，促进黄山市旅游业发展的重大基础设施。花山坝由混凝土固定坝(坝顶高程112.0m)＋活动橡胶坝（橡胶坝袋高4.1m）组成；橡胶坝采用充水式坝袋，单跨布置，坝袋长120m，高4.1m；橡胶坝锚固型式为螺栓压板式双锚固，橡胶坝袋两头为1：2.5斜坡式锚固；橡胶坝正常坝顶溢流水深为0.5m；坝底堰顺水流方向长14.0m,并预留0.8m宽检查通道；橡胶坝上游设10.0m砼斜坡式铺盖，下游设15.0m长齿坎式消力池，池后设10.0m长0.5m厚浆砌石海漫；花山坝基面为水磨石面层；花山坝调节放水涵及启闭机竖井位于左坝头，孔口尺寸2×2.5m，竖井高于左坝头地面2.0m。橡胶坝充水设施布置在竖井内，通过埋入砂滩下电缆与管理房和控制设施连接。右坝头与花山山体连接并嵌入岩石，顶高程117.5m；左坝头通过翼墙与河岸砂滩连接并嵌入砂滩，顶与砂滩地面基本齐平，高程117.0m。该坝于2012年11月建成并投入使用。花山坝运行管理模式是汛期按防汛指挥部门提供的洪水预报讯息，提前放水蹋坝行洪；非汛期蓄水保持正常蓄水水面（蓄水高程115.4----116m）。
2、“7.15”洪水冲刷水毁情况
2014年7月14--15日黄山市普降暴雨，新安江河水暴涨，15日新安江屯溪黄口水文站洪峰流量达3660m3/s(以下简称“7.15”洪水，此时花山坝已提前蹋坝行洪。)，花山坝坝址处洪水位约119m，左岸滩地水深约2.0m。
“7.15”洪水过后花山坝运行管理人员进行检查，发现“7.15”洪水对花山坝造成较严重的局冲刷及水毁:①右坝头下游护坡基本全部冲毁；②左坝头埋石混凝土防护段被冲毁宽5.0m，长20.0m，防护段部份基础因洪水冲刷而淘空；③橡胶坝坝袋发生较为严重磨损，橡胶坝中段坝袋下有1.0m多宽的砂卵石带，吸附有砂卵石的坝袋磨损相当严重，部分已深入到布层，详见图1。
图2 花山坝坝址位置图
3.2左岸放水涵深入河岸上下游的翼墙、竖井加大洪水流速，坝头滩地未做好顺坡连接及恢复河岸滩地草场植被，加剧了洪水对滩地冲刷。
新安江洪水为山区性洪水，具有“四大、两快、一短”的特征，即洪水流速大、冲刷力大、含砂量大及破坏力大；“两快、一短”是指长得快、落得快、历时短。
当洪峰流过左岸河滩时，洪水先将滩地表面裸露的粉细砂及砂粒冲走逐渐形成冲坑，此时放水涵深入河岸上下游的两条砼翼墙（深入河岸长约10m），尤如二条丁坝竖立在洪水中，使洪水流速加大，加大了洪水的冲刷力。高出滩地2.0m的放水涵竖井对洪水起到了挑流作用，竖井边滩地过流流量及流速相对加大，加重了洪水对滩地的冲刷。
左坝头滩地护砌在下游形成直立陡坎，破坏了自然缓坡连接，未能恢复滩地受破坏的草场植被，河滩大部砂卵石裸露，没有草场植被的保护以减缓水流流速，造成抗冲能力下降。
在以上综合因素的共同作用下，左坝头在洪水冲刷力增强和而滩地抗冲能力又减弱的双层作用下产生冲刷破坏，导致左岸坝头防护段及滩地的水毁。
3.3消能设计难以满足不同洪峰流量的消能要求，坝袋过长加速了洪峰过坝时振能及水跃，加大了坝袋磨损。
橡胶坝坝袋磨损主要是橡胶坝袋塌坝行洪时，在洪水的拍打作用下坝袋产生振动与坝袋下吸附的砂卵石摩擦所致。橡胶坝袋产生振动的原因是多方面的，洪水中橡胶坝袋在水中呈飘逸状态，在相同洪峰条件下，坝袋越短则产生振动越小，坝袋越长则产生振动越大。花山坝在正常蓄水时，多次发生小流量溢流时的坝袋无规律的振动且振幅较大，其原因是坝袋过长。橡胶坝每跨一般以50--60m一段为宜，以减轻过流时水流对坝袋的拍打及洪峰过坝水跃对坝袋的拍打。
一次实际洪水过程是从小流量到洪峰再到小流量的过程，消能设施仅是按某一流量级进行设计，而该过程中只有某一特定流量能满足消力池消能设计工况，并不能满足所有过流工况，其他流量则带来水流紊乱并产生水跃。消力池不能满足《橡胶坝工程技术规范》（GB/T50979----2014）要求的减轻和防止坝袋振动的要求，不同流量的洪水过坝时形成波状水跃、颤动水跃等进一步加大了坝袋振动力度，加重了坝袋的磨损。
花山橡胶坝在蹋坝行洪时，因坝袋内的水不能完全排空，未排尽的水集中于坝袋下游，形成约0.5m高的坎，使坝袋从侧面看尤如平放的烟斗。当洪水携带大量砂卵石流过橡胶坝时，砂卵石跌落在橡胶坝坝袋下游宽约0.8m的砼坝面上（检查通道）。洪水在坝袋处产生负压，负压及洪水拍打坝袋的共同作用将跌落在坝面的砂卵石吸入坝袋下。而花山橡胶坝坝代过长(120m)，高速水流过坝时拍打坝袋产生更强烈振动，加速了坝袋的磨损。
3.4右岸下游护坡因基础未嵌入岩基且浆砌块石施工砂浆不饱满整体性差，过坝洪水流速大、冲刷力大淘刷基础导致冲刷破坏。
经现场检查，右岸下游浆砌石护坡基础及坡背在施工中未嵌入岩基，同时块石过小，砂浆不饱满，浆砌块石间有空隙，护坡整体性差，洪峰过坝从右坝头流过的高速水流形成冲刷，淘空了护坡基础，造成冲刷水毁。
4、建议
4.1橡胶坝工程项目在山区河道规划选址时，坝址应位于上、下游均有较长平直段的河道处（平直段宜长2km以上），以确保洪峰过坝时水流流态平稳，减轻洪水对河道、河岸的冲刷及对坝袋产生的拍打振动。
4.2对受地形所限，水流流态复杂且紊乱的坝址，须进行水工模型试验论证，按最不利工况设计消能设施，并综合考虑消能防冲对坝袋振动、磨损的因素，采取技术措施以减轻洪水过坝时对坝袋造成的振动，以确保工程安全。
4.3在山区多砂砾石及漂浮物且水流流速较大的河道建橡胶坝，应适当抬高砼坝顶面高度，砼坝顶面宽度宜于与橡胶坝蹋坝宽度相同，且坝顶面与消力池底须用不小于1：2.5的斜坡相连，以利过洪水挟带物顺利下泄，避免吸入坝袋下，造成坝袋的磨损。
4.4每跨坝袋长以50---60m一段为宜，以减轻水流过坝时对坝袋的拍打振动及洪水水跃对坝袋的拍打振动，减缓坝袋的磨损。
参考文献
1、《橡胶坝工程技术规范》（GB/T50979----2014）2014.01.09 北京
作者简介：朱亦专，男，(1965.1-)，湖南浏阳人,工程师。现就职于黄山市水利局水政综合执法支队。研究方向：水利工程建设与管理。
论文作者:朱亦专
论文发表刊物:《防护工程》2019年11期
论文发表时间:2019/8/30
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