浅谈橡胶坝在城区河道上的应用

曾 鹏

浅谈橡胶坝在城区河道上的应用

曾 鹏

福清市港口建设发展中心

介绍了福清市结合龙江流域河道综合整治工程，在城区河道上设置橡胶坝拦河蓄水，既达到了美化城区水环境，提升城市品位的目的，又不影响河道的防洪标准，且运行管理方便，社会效益显著，有一定的推广应用价值。

橡胶坝 运行 结构设计 适用范围

1 前言

橡胶坝，又称橡胶水闸，是用高强度合成纤维织物做受力骨架，内外涂敷橡胶作保护层，加工成胶布，再将其锚固于底板上成封闭状的坝袋，通过充排管路用水（气）将其充胀形成的袋式挡水坝。可在枯水期充水成坝蓄水，满足用水及美化环境的需求；汛期排空坝内水，塌坝过洪，不影响河道行洪。它是一种造价低、工期短、耐久性强、抗震性能强、美化环境效果好的的新坝型，已被广泛应用于灌溉、发电、防洪、城市美化等方面。本文结合福清城区龙江流域南门河道整治工程设置橡胶坝实例，阐述了橡胶坝在城区河道的成功应用、橡胶坝的适用范围以及它的运行和管理等。

2 工程概况

福清市地处沿海，地势平坦，人口密集。龙江是福清的最大河流，发源于莆田市境内的瑞云山脉，由西向东横贯福清市全境，流入本市后经东张、宏路、城关、海口镇，注入福清湾。干流全长62公里，流域面积538平方公里，在福清境内长35.51公里,流域面积474平方公里。龙江流域支流（太城溪、大北溪、可洛溪）成树枝状绕经福清城区于融城南门河段相汇后流向海口，注入福清湾。福清南门河水丰枯悬殊，汛期洪峰流量大，枯水期流量小，常造成城区河床裸露，加上河道两岸工业生活污水的排放，城区河道脏乱现象较为严重，影响城区环境美化。随着福清城区的经济发展，对城市环境的要求不断提高，整治龙江流域南门河段、改善水环境成为福清市民关注的热点问题，也引起省市有关领导的高度重视。因此，我市于1996年就着手进行龙江流域南门河道整治，并在城区南门河段兴建拦河闸坝，平时拦河蓄水形成景观水面，同时拦截海水倒灌，改善水质；汛期洪水来时又能正常过洪，通过橡胶坝结合平板闸门拦河蓄水，形成一个人工湖面，水面达17万平方米，蓄水量达40多万方，大大美化了城区环境，提高城市了品位。

3 拦河坝方案选择

3.1 传统的拦河闸

传统的拦河闸有固定式和活动式两类。固定式拦河闸在大流域江河上应用较多，具有跨度大、控制水位高等特点，但造价高、工期长，其闸墩、启闭机架等结构阻水严重，降低了河道的行洪能力，需加高河道防洪堤。传统活动式的拦河闸有鱼鳞闸和翻板闸两种，这两种闸具有造价较低、控制水位灵活等特点，但可控制水位较低（一般控制水位低于1.5m）、止水效果差、工期较长、同时美化环境效果也较差，尤其是翻板闸与城区环境难以协调一致。

3.2 橡胶坝

橡胶坝运用条件与水闸相似，与常规闸坝相比又有以下特点：

3.2.1造价低。橡胶坝的造价与同规模的常规闸相比，一般可以减少投资30％～70％，造价较低，这是橡胶坝的突出优点。

3.2.2施工期短。橡胶坝袋是先在工厂制造，然后现场安装，施工速度快，一般3～15天即可安装完毕，整个工程结构简单，工期一般为3~6个月。

3.2.3节省三材。橡胶坝袋是以合成纤维织物和橡胶制成的薄柔性结构，代替钢木及钢筋砖结构，由于不需要修建中间闸墩、工作桥和安装启闭机具等钢和钢筋砖水上结构，并简化水下结构，因此三材用量显著减少，一般可省钢材30％～50％，水泥50％左右，木材60％以上。

3.2.4不阻水。橡胶坝袋内水泄空后，紧贴在底板上，不缩小原有河床断面，无需建闸墩、启闭机架等结构，基本上不阻水。止水效果好，坝袋锚固于底板和岸墙上，能达到基本不漏水。

3.2.5耐久性好。坝袋表面用氯磺酸化聚乙烯合成橡胶（氯锡酸盐聚乙烯橡胶）做涂层，可增强抵抗阳光照射的能力，大量科学试验表明，橡胶坝的设计年限至少有40年。

3.2.6抗震性能好。橡胶坝的坝体为柔性薄壳结构，富有弹性，抗冲击弹性40％左右，伸长率达60％，具有以柔克刚的性能，能抵抗强大的地震破坏和特大洪水的波浪冲击。

3.2.7维修少，管理方便。橡胶坝装置的结构简单，维修管理方便。

3.3 方案选择

福清龙江流域南门河道，是福清城区的重要泄洪河段，上游有大型东张水库及数座小（一）型水库，汛期洪峰流量大。同时结合拦河坝设置处河段的地质、地形，工程闸坝址地形呈两岸高、中间低的地势。属典型的河床—河漫滩地貌，河道断面中部含粘性土圆砾，两侧为淤泥质土。河道断面为复式断面，中间主河道较深，两侧行洪区较浅，为节省工程投资，降低工程造价，工程建设因地制宜，在中间河道较深处设置平板挡水闸，两侧较浅行洪区设置橡胶挡水坝。根据河道的断面形状，结合橡胶坝上述特点，因此河道中部选择平板闸门，两侧选择橡胶坝作为拦河坝型。

4 橡胶坝结构设计

4.1 工程布置

福清市内河整治工程平板门水闸工程、橡胶坝工程位于福清龙江下游南门桥下游侧，平板门水闸工程由闸室、消力池、上下游护坦和启闭房组成。两侧橡胶挡水工程由橡胶坝、消力池、上下游护坦及水泵房组成。

4.2 橡胶坝

橡胶坝位于平板门水闸两侧，长度均为31.3m，合计全长62.2 m。坝基采用C20钢筋砼，厚1.0m，底板高程3.0m，宽度10 m，橡胶坝为枕式坝型，坝袋为二布三胶，厚5.3㎜，锚固方式采用双锚线，分别在坝袋贴地的上、下游侧锚图，相距3.0m，锚固结构型式为孔压板式。单个坝袋设计总容积为284.8m3，坝顶预留0.2m的溢流水深，以便下泄日常来水，橡胶挡水坝坝高2.3m，挡水深2.3~2.5m，坝袋选用充水式橡胶坝，水源采用城区自来水，由城区供水管网接水泵房进行自流充水，塌坝时采用水泵抽排。下游消能设施消力池长8 m，上游护坦长26 m，下游护坦长61 m。

4.3 水泵房

水泵房布置在橡胶坝两侧岸，尺寸为7m×3m×9.5 m（长×宽×高），采用砖混结构，内设置有集水井、水泵、控制闸及输水管等。

5 橡胶坝的运行和维护

5.1 运行

橡胶坝充水是由外接DN200mm自来水管放水至水泵房水池中，通过DN400mm总管和两个DN300mm的水帽将水池里的水充至橡胶坝坝体中，约需3小时完成；排水时，通过设在水池里的2台潜水泵（左右各2台）将橡胶坝里的水抽出排至下游河道中，1小时即可完成塌坝。橡胶坝的内压观测，由压力观测装置通过直接管与控制室相通，从标尺直接读取。

5.2 维修

橡胶坝能否充分发挥效益，除了有合理的规划、设计、施工以外，加强对工程的管理和维护是十分重要的。橡胶坝和其它的水工建筑物一样，均需十分重视其运行管理、维修保养，克服重建轻管的思想。但是橡胶坝的维修非常简单，基本故障可自行解决，对于重大的修理问题，很容易得到制造厂家的技术支持。橡胶坝的维护包括抽排水系统的维修及坝体的维护。抽排水系统应定期检查维修。坝体维护主要是清除粘附在坝体上的粘土和废渣，平时在蓄水过程中，粘土和废渣可能会粘附在坝体上，使坝外观难看，用清洁水洗刷表面，即可把坝体清洗干净。

6 橡胶坝的适用范围

福清市城区龙江下游南门段河道于1997年建成橡胶坝，至今已12年多，运行管理非常方便，平常通过充坝蓄水，形成水面, 汛期塌坝过洪，不影响河道的行洪条件。它的建成极大地改善了福清市区的河道景观，美化环境，运行至今，状态良好，起到了冲污、泄洪、美化城区景观的良好效果。笔者认为，橡胶坝的适用范围非常广泛，它不仅广泛用于灌溉、发电、防洪、城市园林美化等各个领域，也可以作拦河闸坝、分水闸、节制闸、溢洪道、橡胶渡槽以及施工围堰、丁坝、顺坝等。

6.1 用于水库溢洪道上的闸门或活动溢流堰，以增加库容及发电水头，工程效益十分显著。从水力学和运用条件分析，建在溢洪道或溢流堰上的橡胶坝，坝后紧接陡坡段，无下游回流顶托现象，袋体不易产生颤动。在洪水季节，大量推移质已在水库沉积，过流时不致磨损坝袋，即使有漂浮物流过坝体，因为有过坝水层保护堰顶急流，也不易发生磨损。

6.2 用于河道上的低水头溢流坝或活动溢流堰、平层河道。其特点是：水流比较平稳，河道断面较宽，宜建橡胶坝，它能充分发挥橡胶坝跨度大的优点。

6.3 用于渠系上的进水闸、分水闸、节制闸等工程建在渠系的橡胶坝。由于水流比较平稳，袋体柔性、止水性能好，能保持水位和控制坝高来调节水位和流量。

6.4 用于沿海岸作防浪堤或挡潮闸。由于橡胶制品有抗海水浸蚀和海生生物影响的性能，不会像钢、铁那样因生锈引起性能降低。

6.5 用于船闸的上、下游闸门。实践表明：闸门适用于跨度较小的孔口，而坝袋则适用跨度较大的孔口。

6.6 用于施工围堰或活动围堰。橡胶活动围堰有其特殊优越之处，如高度可升可降，并且可从堰顶溢流，解决在城市取土的困难，不需取土筑堰可保持河道清洁，节省劳力和缩短工期。

7 结束语

福清市城区龙江下游南门段河道根据河道的实际情况和地质状况，采用设置平板水闸和橡胶坝结合进行拦河蓄水，形成人工湖面，达到了美化环境，又可以方便泄洪、冲污等功效，且不影响河道行洪，在10多年的运行管理过程中，橡胶坝的施工方便、造价低、耐久性好、维修管理方便等特点突显，在同类水利工程中可以推广应用。从多年来的运行和管理情况来看，实践证明，橡胶坝能否充分发挥效益，除了有合理的规划、设计、施工以外，加强对工程的管理和维护是十分重要的。有的橡胶坝工程，虽然原来有些缺陷，由于认真管理，采取了积极的维护措施，保证了工程的正常运行。相反，一个较好的橡胶坝工程由于管理不善或无人管理，工程出现了缺陷，没有及时地发现或者未采取必要的修补措施，造成坝袋破裂，失去了挡水作用。

橡胶坝在日常运行过程中应注意的问题有：

（1）建立健全橡胶坝管理制度，严格操作规程。

（2）禁止非工作人员进入坝区，要加强巡查管理，防止人为破坏。

（3）对于坝体合成材料，火是潜在的最不利安全因素，平时应注意明火造成的损坏。

（4）在放水期间，淤泥、碎石有时会堆积在坝体上，再次充水前，必须予以清除，防止被紧靠坝袋下游面的尖利物体所剌破。

（5）充坝操作过程中，水量要控制好，且水质要求最好是无污染、少泥沙，如福清南门河橡胶坝采用自来水充坝。