橡膠壩在細河治理工程中的應用

范朝輝

（阜新市水利局，遼寧 阜新 123000）

1 工程概況

2010—2011年，是阜新實施河道綜合治理工程的關鍵時期，阜蒙縣城市段全長7 km，列入整治河道均進行了河道清淤、景觀綠化、截污納管、立面整治、攔河壩等各項工程。其中，攔河壩直接控制縣城玉龍公園和世紀豪庭居民區景觀湖的水位，攔河工程的選型與布置尤其重要。細河阜蒙縣城市段處于阜蒙縣城南，擬建攔河工程為兩道壩，形成2 km長水面，沿河壩體建成后不縮窄河道，壩體寬與河道同寬。

2 攔河壩方案選擇

攔河壩設計初選翻板閘和橡膠壩兩種方案：

1）翻板閘方案。平板閘門凈寬3 m，高2 m。閘墩厚50 cm、總寬度130 m。閘底與河道底同高，閘墩與堤防等高。靠水力作用控制閘門的開啟。工程投資約458萬元。

2）橡膠壩方案。壩長130 m，布置為兩跨，中墩及邊墻采用直墻式，壩袋選用枕式，設計為雙錨固線，采用螺栓錨固，墩、墻部位采用堵頭式錨固。

因在縣城段要形成連續水面，美化城市環境，同時不影響該河段汛期防洪功能。橡膠壩內充水后，壩袋鼓起形成壩體可擋水，袋內水排除后，壩袋下塌，恢復原河道過水斷面，便可泄水，該壩型適用于低水頭、大跨度的攔河工程，汛期根據上游水文站水情預報可及時快速放空，保證洪水暢泄，運行可靠，管理方便，投資少，施工易。經比較后推薦橡膠壩方案。

3 橡膠壩設計[1]

3.1 壩袋設計

考慮細河水質較差，另外，壩袋高度不大，所以采用單袋式充水橡膠壩。壩袋設計的控制條件為壩袋充脹至設計高程，上游水位與設計壩高齊平，下游無水，這種情況壩袋徑向所受拉力最大。

1）壩袋內壓比確定。在設計條件下，壩袋內壓高度H0與壩袋設計高度H1之比，稱為內壓比а。H0與袋壁徑向拉力成正比，與壩袋有效周長成反比。內壓比的選擇既要考慮充分利用壩袋材料的強度，又要使壩袋有較短的周長。（SL227-98）《橡膠壩技術規范》（以下簡稱《規范》）[2]，要求充水橡膠壩內壓比的選取范圍為1.3～1.6。從運用角度出發，在沒有特別要求時，內壓比無需選擇太大，故設計內壓比取1.4。

2）壩袋安全系數及徑向強度。《規范》要求充水橡膠壩安全系數取值應不小于6，考慮城市段的重要性，所以選擇壩袋強度安全系數為6，作為壩袋的訂貨要求。水的容重取1.0，內壓比取1.4，經計算壩袋拉力為28.125 kN/m。

3）壩袋幾何尺寸及充脹容積。設計壩高2.5 m，壩長（單跨）65 m，根據《規范》的有關公式計算。壩袋周長L0=12.447 m，壩袋單寬容積V0=9.706 m3/m,壩袋設計充水量615 m3。

4）壩袋材料強度。壩袋材料強度由錦綸材料強度決定，壩袋應力是選用受力帆布的依據。實驗表明，壩袋不同部位的最大緯向拉力均小于徑向拉力，其中，緯向取徑向拉力的50%，兩端折皺區可按徑向拉力的100%計。根據試驗結果分析，堵頭式壩緯向強度設計安全系數，可按徑向強度設計安全系數的0.5倍選取。

壩袋膠布采用錦綸膠布，考慮到各工序造成的強度降低等因素，膠布材料強度損失按15%計，該工程選購壩袋的膠布型號是J140140-2,對應的壩袋型號為JBD2.5-140-2,壩袋材料為氯丁橡膠、錦綸帆布、兩布三膠，總厚度7.8 mm。

3.2 錨固結構設計

橡膠壩的錨固是保證壩袋安全的重要環節，壩袋錨固是將壩袋安裝固定在基礎底板、邊墻上，充水將壩袋充脹，形成一個封閉式袋囊，構成可升高擋水和降低泄流的橡膠壩。因此錨固是否牢固直接關系到橡膠壩能否安全運行。錨固線布置為雙線錨固，螺栓錨固型式。兩岸墻為直墻，采用堵頭式壩袋，兩端錨固線仍布置在底板兩端。

3.3 充、排水系統設計

此系統是根據壩袋的容積、設計內壓比及充壩時間來計算確定水泵型號。充水水源為2眼深井（￠500），2 臺水泵同時充水，充水流量 160 m3/h。排水系統管道系統總揚程7.5 m，水泵所需流量752 m3/h,選擇水泵型號為12SH-28A。

為防止壩袋超壓，在橡膠壩兩岸邊墩設置安全溢流管，其管出口標高與壩袋設計內壓水頭齊平，管徑采用300 mm。壩袋兩端頂部設排氣閥。

3.4 土建工程設計

壩袋底板是橡膠壩的重要組成部分，該工程底板采用C25鋼筋混凝土底板。兩側邊墩為混凝土重力墻，邊墩比橡膠壩頂高1 m，無上部結構。上下游無扭坡，設一字形隔墻，與上下游堤防連接。壩袋為單向坍落，底板順水流方向長度計算4 m，取5.0 m。底板寬12 m，厚0.6 m。采用堵頭式錨固的橡膠壩充壩時，在壩袋和邊墻結合部位易出現坍肩現象，引起局部溢流，影響橡膠壩的正常運行，所以，在工程上采取將邊墻與壩袋接觸部位的混凝土做得盡量光滑和端部底板局部抬高等辦法，來消除塌肩影響。該工程底板兩端1.5 m處以1∶15的坡度向上抬高0.1 m。在兩邊墩壩袋后埋設管徑為DNl00 m的通氣管進行補氣，避免壩袋過水時產生負壓而引起震動。

3.5 工程投資

主要工程量：橡膠壩長130 m，混凝土2 702 m3、土石方開挖 2 844 m3、鋼材 101 t、潛水泵 2 臺、離心泵2臺，工程投資233.6萬元，與節制閘方案相比，約減少投資51%。

4 結語

橡膠壩是用高分子合成材料按要求的尺寸錨固于底板上，形成封閉狀、用水（氣）充脹后形成的擋水壩。它是20世紀50年代末，隨著高分子合成材料的發展而出現的一種新型水工建筑物，其運用條件與水閘相似。不需擋水時，放空壩袋內的水（氣），就可恢復原有河渠的過水斷面，橡膠壩與常規閘壩相比具有以下優點：①節省三材（鋼、木、水泥）；②造價低，一般可減少投資30%～70%；③結構簡單，施工期短；④壩體跨度大、不阻水、自重輕、止水效果好、抗震性能好。橡膠壩在細河阜新城市段河道綜合治理工程中已得到廣泛應用。

[1]高本虎編著.橡膠壩工程技術指南[M].北京：中國水利水電出版社，2004.

[2]中國水利水電科學研究.SL227-98橡膠壩技術規范[S].北京：中國水利水電出版社，1998.