小型水库溢洪道进口增设橡胶坝的技术

沈焕珍

（山西省临汾市水利勘测设计院，山西 临汾 041000）

0 前 言

上世纪六、七十年代，兴建了一批小型水库，其主要作用：一是灌溉水库周边的农田；二是保护水库下游的农田、村庄、道路等免受洪水侵害。受建库时诸多条件限制，水库防洪标准普遍低，工程设施也不齐全，加之运行管理不善，许多水库已成为病险水库。

水利部在认真调查研究的基础上，及时对一些效益不大、存有安全隐患的小型水库进行了报废处理，同时也开始了小型水库除险加固改造。本人有幸主持参与了多座小型水库的设计工作，就水库溢洪道进口增设橡胶坝设计情况作一介绍，仅供参考。

1 工程建设必要性

临汾地区位于山西省中南部，属半干旱大陆性气候，多年平均降雨量550 mm，年内分配不均匀，汛期6～9月占全年降雨量的62%～70%，年际变化大，丰水年与枯水年降雨量之比2.9∶1。多座水库的洪水演算结果表明：入库洪水洪峰高但洪量不大（流域面积12 km2左右），调洪库容相对大，即汛期限制水位至校核洪水位的库容大，约占总库容的32%左右。

临汾地区90%以上的小型水库建在汾河一、二级支流上，流域地貌是黄土阶台地、土石山区、石山区，河道坡度陡且呈“U”或“V”形河谷，行洪时挟带泥砂入库，造成水库淤积。据不完全统计，多年平均淤积量400～800 t/km2，35 a水库淤积约21万m3（流域面积按12 km2计），若设计水平年取20 a，预留堆砂库容12万m3，设计死库容33万m3，约占总库容的30%。

由于水库兴利库容仅剩总库容的30%～40%，设计灌溉保证率时，许多水库兴利调节结果为：正常高水位高于汛期限制水位。若抬高汛期限制水位至正常高水位，并使水库达到防洪标准，溢洪道宽度需增加25%～45%，导致结果为或工程投资大幅增加，或受地形限制难以实施，因此，最合理的方案就是在溢洪道进口设挡水建筑物。

2 进口橡胶坝设计要点

2.1 定义

橡胶坝是用高强度合成纤维织物做受力骨架，内外涂橡胶作保护层，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（或气）将其充胀，形成的袋式挡水坝。溢洪道进口的橡胶坝由土建工程、坝袋、充排水系统、安全观测设施四部分组成。

2.2 土建工程

土建工程指溢洪道控制段，由底板及岸墙两部分组成，为钢筋混凝土结构。橡胶坝底板高程即溢洪道进口底高程，一般同汛期限制水位，坝长（垂直水流方向）即是溢洪道宽度，均由水库调洪演算确定。橡胶坝宽度（顺水流方向）按坝袋坍平宽度、安装和检修，并满足溢洪道为宽顶堰，即不小于2.5倍堰顶水深（校核洪水位）确定，一般宽10～20 m，可分成一或二块。底板厚度按地基梁跨度的1/15左右初拟，一般厚度0.8～1.0 m。岸墙为重力式墙，墙顶高程为校核洪水位另加0.3 m超高，应按水库正常高水位骤降至汛期限制水位的运行条件确定墙背水坡度，并复核岸墙地基承载力。

坝袋与底板、岸墙接触部位必须平整光滑，以防止接触部位漏水和划破坝袋，因橡胶坝坐落在软基上，为防止底板及岸墙发生不均匀沉陷而产生裂缝，底板按弹性地基梁计算配筋，岸墙迎水面需按结构要求配筋。

2.3 坝袋

从上下游水流条件、工程维修管理、坝袋与板墙连接效果等方面考虑，溢洪道进口挡水设施宜采用枕式橡胶坝，为双锚线锚固、螺栓压板连接，即在二侧墙前趾及底板上各设两道锚固槽，槽内放置坝袋接头，采用上下压板、螺栓等固定。坝袋主要设计荷载为袋外静水压力和袋内充水压力，内外压力比值1.3～1.6，采用二布三胶由厂家制作。坝顶高程为正常高水位加0.1～0.2 m超高，坝袋设计计算如：径向强度、有效周长、单宽容积、横面曲线、锚固槽位置、锚固构件等，采用SL227-98《橡胶坝技术规范》推荐的公式。

2.4 充排水系统

充水系统从位于库内的集水池取水，经潜水泵加压后，依次通过输水管道、底板内的充排水管道将水送入坝袋内，排水系统则是依次通过底板内的充排水管道、排水管道将水排入溢洪道下游。集水池位于溢洪道所在库岸上游库内，具体位置以不影响溢洪道进水及便于布置输水管道、电力电缆为原则，集水池为封闭式钢筋混凝土结构，有效容量（汛期限制水位以下）一般取坝袋容量0.5～0.8倍，池顶（内部）高程稍高于水库正常高水位，在池壁上设直径50 mm、进口用土工布包口的塑料滤水管，滤水管呈梅花状布置，间距0.8 m左右。

充排水系统设计流量根据坝袋容量与立坝时间确定，立坝时间一般不超过3 h，管道直径按经济流速1.5～2.0 m/s确定，材料一般选用钢管，埋入冻土深以下，用闸阀控制。加压水泵为潜水泵，置于集水池内，通过防水电缆与控制室内刀闸联接控制。

2.5 安全观测设施

充水坝袋设置排气阀和安全溢流设施，排气阀装设在坝袋两端顶部，溢流设施设在充排水管道的另一侧，呈“L”型布设于底板和侧墙内，管径及管材同充排水管道，管出口底高程不低于坝袋高度的1.3倍，并在出口处设拍门，以防止杂物进入。

坝前水位观测可在侧墙迎水面设水位标尺或侧墙背水侧设联通管，坝袋内压力观测可采用坝内联通管。

3 工程运行与管理要求

为保证工程正常运行，延长橡胶坝使用寿命，对工程运行与管理做如下要求：①必须及时清除坝袋和坝袋坍落区地板上砂、石、泥等杂物，排除危及坝袋安全的漂浮物；②锚固件如有松动，必须按安装要求旋紧、压实、补齐，腐蚀严重或劈裂的予以更换；③充水前须检查溢流口和排气孔，保证其安全、畅通；④坝袋表面可涂刷防老化涂层；⑤冬季立坝挡水前，应在临水面采取防冻破冰措施。

4 适用条件

目前，橡胶坝袋生产单位如杭州、青岛，产品品质优良，质量完全可以保证。橡胶坝单位投资小，仅为常规闸门的50%～60%，施工技术成熟、工期短，一般不超过一个月，运行维修方便，坝顶可以溢流泄水，加上优美的曲线，可成为一道靓丽的风景。综合考虑，橡胶坝适合长度较大、挡水高度不小于1.5 m的溢洪道进口，对于上游有小泉、溪水或有旅游观光要求的水库，应作为首选。

[1]SL227-98，橡胶坝技术规范[S].

[2]SL253-2000，溢洪道设计规范[S].