橡胶坝在细河治理工程中的应用

范朝辉

（阜新市水利局，辽宁 阜新 123000）

1 工程概况

2010—2011年，是阜新实施河道综合治理工程的关键时期，阜蒙县城市段全长7 km，列入整治河道均进行了河道清淤、景观绿化、截污纳管、立面整治、拦河坝等各项工程。其中，拦河坝直接控制县城玉龙公园和世纪豪庭居民区景观湖的水位，拦河工程的选型与布置尤其重要。细河阜蒙县城市段处于阜蒙县城南，拟建拦河工程为两道坝，形成2 km长水面，沿河坝体建成后不缩窄河道，坝体宽与河道同宽。

2 拦河坝方案选择

拦河坝设计初选翻板闸和橡胶坝两种方案：

1）翻板闸方案。平板闸门净宽3 m，高2 m。闸墩厚50 cm、总宽度130 m。闸底与河道底同高，闸墩与堤防等高。靠水力作用控制闸门的开启。工程投资约458万元。

2）橡胶坝方案。坝长130 m，布置为两跨，中墩及边墙采用直墙式，坝袋选用枕式，设计为双锚固线，采用螺栓锚固，墩、墙部位采用堵头式锚固。

因在县城段要形成连续水面，美化城市环境，同时不影响该河段汛期防洪功能。橡胶坝内充水后，坝袋鼓起形成坝体可挡水，袋内水排除后，坝袋下塌，恢复原河道过水断面，便可泄水，该坝型适用于低水头、大跨度的拦河工程，汛期根据上游水文站水情预报可及时快速放空，保证洪水畅泄，运行可靠，管理方便，投资少，施工易。经比较后推荐橡胶坝方案。

3 橡胶坝设计[1]

3.1 坝袋设计

考虑细河水质较差，另外，坝袋高度不大，所以采用单袋式充水橡胶坝。坝袋设计的控制条件为坝袋充胀至设计高程，上游水位与设计坝高齐平，下游无水，这种情况坝袋径向所受拉力最大。

1）坝袋内压比确定。在设计条件下，坝袋内压高度H0与坝袋设计高度H1之比，称为内压比а。H0与袋壁径向拉力成正比，与坝袋有效周长成反比。内压比的选择既要考虑充分利用坝袋材料的强度，又要使坝袋有较短的周长。（SL227-98）《橡胶坝技术规范》（以下简称《规范》）[2]，要求充水橡胶坝内压比的选取范围为1.3～1.6。从运用角度出发，在没有特别要求时，内压比无需选择太大，故设计内压比取1.4。

2）坝袋安全系数及径向强度。《规范》要求充水橡胶坝安全系数取值应不小于6，考虑城市段的重要性，所以选择坝袋强度安全系数为6，作为坝袋的订货要求。水的容重取1.0，内压比取1.4，经计算坝袋拉力为28.125 kN/m。

3）坝袋几何尺寸及充胀容积。设计坝高2.5 m，坝长（单跨）65 m，根据《规范》的有关公式计算。坝袋周长L0=12.447 m，坝袋单宽容积V0=9.706 m3/m,坝袋设计充水量615 m3。

4）坝袋材料强度。坝袋材料强度由锦纶材料强度决定，坝袋应力是选用受力帆布的依据。实验表明，坝袋不同部位的最大纬向拉力均小于径向拉力，其中，纬向取径向拉力的50%，两端折皱区可按径向拉力的100%计。根据试验结果分析，堵头式坝纬向强度设计安全系数，可按径向强度设计安全系数的0.5倍选取。

坝袋胶布采用锦纶胶布，考虑到各工序造成的强度降低等因素，胶布材料强度损失按15%计，该工程选购坝袋的胶布型号是J140140-2,对应的坝袋型号为JBD2.5-140-2,坝袋材料为氯丁橡胶、锦纶帆布、两布三胶，总厚度7.8 mm。

3.2 锚固结构设计

橡胶坝的锚固是保证坝袋安全的重要环节，坝袋锚固是将坝袋安装固定在基础底板、边墙上，充水将坝袋充胀，形成一个封闭式袋囊，构成可升高挡水和降低泄流的橡胶坝。因此锚固是否牢固直接关系到橡胶坝能否安全运行。锚固线布置为双线锚固，螺栓锚固型式。两岸墙为直墙，采用堵头式坝袋，两端锚固线仍布置在底板两端。

3.3 充、排水系统设计

此系统是根据坝袋的容积、设计内压比及充坝时间来计算确定水泵型号。充水水源为2眼深井（¢500），2 台水泵同时充水，充水流量 160 m3/h。排水系统管道系统总扬程7.5 m，水泵所需流量752 m3/h,选择水泵型号为12SH-28A。

为防止坝袋超压，在橡胶坝两岸边墩设置安全溢流管，其管出口标高与坝袋设计内压水头齐平，管径采用300 mm。坝袋两端顶部设排气阀。

3.4 土建工程设计

坝袋底板是橡胶坝的重要组成部分，该工程底板采用C25钢筋混凝土底板。两侧边墩为混凝土重力墙，边墩比橡胶坝顶高1 m，无上部结构。上下游无扭坡，设一字形隔墙，与上下游堤防连接。坝袋为单向坍落，底板顺水流方向长度计算4 m，取5.0 m。底板宽12 m，厚0.6 m。采用堵头式锚固的橡胶坝充坝时，在坝袋和边墙结合部位易出现坍肩现象，引起局部溢流，影响橡胶坝的正常运行，所以，在工程上采取将边墙与坝袋接触部位的混凝土做得尽量光滑和端部底板局部抬高等办法，来消除塌肩影响。该工程底板两端1.5 m处以1∶15的坡度向上抬高0.1 m。在两边墩坝袋后埋设管径为DNl00 m的通气管进行补气，避免坝袋过水时产生负压而引起震动。

3.5 工程投资

主要工程量：橡胶坝长130 m，混凝土2 702 m3、土石方开挖 2 844 m3、钢材 101 t、潜水泵 2 台、离心泵2台，工程投资233.6万元，与节制闸方案相比，约减少投资51%。

4 结语

橡胶坝是用高分子合成材料按要求的尺寸锚固于底板上，形成封闭状、用水（气）充胀后形成的挡水坝。它是20世纪50年代末，随着高分子合成材料的发展而出现的一种新型水工建筑物，其运用条件与水闸相似。不需挡水时，放空坝袋内的水（气），就可恢复原有河渠的过水断面，橡胶坝与常规闸坝相比具有以下优点：①节省三材（钢、木、水泥）；②造价低，一般可减少投资30%～70%；③结构简单，施工期短；④坝体跨度大、不阻水、自重轻、止水效果好、抗震性能好。橡胶坝在细河阜新城市段河道综合治理工程中已得到广泛应用。

[1]高本虎编著.橡胶坝工程技术指南[M].北京：中国水利水电出版社，2004.

[2]中国水利水电科学研究.SL227-98橡胶坝技术规范[S].北京：中国水利水电出版社，1998.