橡胶坝在潍河治理工程中的应用

纪诗闻，吕文翠，张 玉

（青岛市水利勘测设计研究院有限公司，山东济南250013）

1 概述

橡胶坝是利用专门的硫化设备，经过特定工艺流程，将帆布等骨架材料和各层橡胶同时进行硫化，并按照设计尺寸加工制作成坝袋，锚固在底板或者端墙上形成的封闭袋体，充入水体或气体以调节其自身升降的一种挡水建筑物。我国于1966年6月建成第一座橡胶坝—北京右安门橡胶坝，之后橡胶坝逐渐被运用于低水头、不同跨度的拦河工程中。与同等规模的闸坝相比，橡胶坝具有节省材料、结构简单、不阻水、施工周期短、管理便利等特点，运用于工程当中不仅可以缩短工期，也能够节省投资，具有明显的经济效益。同时，橡胶坝在提升和改善生态环境方面也更具优势。

2 项目概况

潍河发源于临沂市沂水县，在昌邑市下营镇注入渤海湾，干流全长222.00 km，流域面积为6 502 km2。多年来，潍河中下游大部分河段已经完成治理工作，仅剩诸城市东起西环路、西至枳沟镇普庆社区段滚水桥，共14.31 km河段尚未系统治理，现状河道堤身单薄且部分堤防缺失，河道冲刷严重，建筑物老化且配套差，道路管理不完善，河道生态环境较差。通过对该段河道进行治理，可与上、下游已治理河段构成完整的防洪系统，联合实现防洪效益。为保护沿河两岸居民的生命财产安全，提升改善生产生活条件和河道生态环境，根据国家相关规划，同意实施潍河治理工程。

工程建设包括：恢复和加固堤防，护砌险工段，改建加固穿堤建筑物，新建跨支流防汛桥梁、橡胶坝、防汛道路等。其中橡胶坝主要由上下游连接段、橡胶坝段及充排水系统等组成。

3 主要设计

3.1 橡胶坝土建结构设计

橡胶坝共布置3孔，中孔为矩形断面，边孔为梯形断面。底板为钢筋混凝土结构，边墩为钢筋混凝土坡式挡土墙结构，中墩为钢筋混凝土悬臂式结构，利用压板将坝袋锚固在钢筋混凝土底板及边墩邻水侧斜坡上。上游河道设集水井，并在河底埋设6根无砂混凝土管连通集水井。滩地设取水井，取水井内布置充水潜水泵，取水井与集水井之间通过引水管相连通。为满足橡胶坝的运行管理需要，于左岸堤坡内设充排水泵房，泵房内布置强自吸离心排水泵，作为坝袋排水泵。

3.2 橡胶坝坝袋设计

3.2.1 坝袋内压比

橡胶坝坝袋内压高度同坝袋设计高度的比值为内压比，由GB/T 50979-2014《橡胶坝工程技术规范》（以下简称《规范》）可知，充水式坝袋内压比适合选用的范围为1.25～1.60。一般工况下，橡胶坝在运用过程中内压比无需选取大值，因此此次设计选用内压比为1.30。

3.2.2 坝袋径向强度

根据《规范》，坝袋径向强度按下式计算：

式中：T——坝袋径向计算强度，kN/m；γ——水的容重，kN/m3；a——内压比；H1——设计坝高，m。

经计算，坝袋径向强度为54.76 kN/m。

3.2.3 坝袋几何尺寸

橡胶坝设计坝高为3.70 m，单跨长度为60.00 m，按照《规范》充水式橡胶坝相关计算公式可得，坝袋上游贴地段长度为4.777 m，坝袋下游贴地段长度为2.174 m，坝袋有效周长为13.05 m，坝袋总周长为14.05 m，坝袋容积为23.55 m3/m。

3.2.4 坝袋胶布结构设计

坝袋胶布的材料主要包括帆布及橡胶，橡胶具有胶合密封的功能，且对受力帆布具有保护作用。坝袋胶料要符合：耐老化、耐腐蚀、耐磨损、耐水性好；有足够的强度；在寒冷地区要有抗冻性；坝袋所采用的胶料应满足《规范》相关规定。坝袋胶布要符合：有足够的抗拉强度和抗撕裂性能；柔曲性、耐疲劳性、耐水浸泡及耐久性好；与橡胶的粘合性较好；重量轻、加工工艺成熟；胶布的层胶厚度应达到其抗渗、耐磨以及耐久性的要求。

结合以往工程经验，坝袋胶布选用绵纶帆布。根据SL 554-2011《橡胶坝坝袋》选用坝袋型号为JBD4.0-300300-2，胶布型号为J300300-2，坝袋选用两布三胶的结构形式，胶布层数为两层。胶布外覆盖胶、夹层胶、内覆盖胶厚度分别为3.5，0.5，2.5 mm，考虑25%胶布强度损失后胶布强度为360 kN/m。

3.3 橡胶坝锚固设计

锚固是确保橡胶坝坝袋安全的一道重要工序，锚固牢固与否直接影响到橡胶坝能否安全运行。该工程锚固线采用上下游布置的双线锚固，锚固型式为螺栓压板式锚固，其组件包括螺栓、垫板和压板。根据坝袋锚紧形式的不同，有穿孔锚固及不穿孔锚固两类。穿孔锚固是在对应于底板上锚固螺栓部位的坝袋上做标记，然后打孔，再将坝袋套在螺栓上，装上压板，用螺母拧紧。穿孔锚固所用胶布及锚件较不穿孔锚固的短，约为其50%，现工程中应用较多。

考虑到经济情况，该工程根据《规范》有关公式并参考相关工程经验，选取穿孔锚固的型式，其主要工作内容是设计螺栓直径、长度、间距和压板的结构尺寸。

3.4 充排水系统设计

橡胶坝坝前河道内设1眼集水井，集水井集水量要求不小于160 m3/h。集水井与滩地取水井连通，充水潜水泵设在取水井内，2台潜水泵同时运行，充水流量为80 m3/h，扬程为7 m，选取充水潜水泵型号为80WQ70-7-3。排水泵设在河道左岸泵房内，2台排水泵同时运行，排水流量为2 000 m3/h，扬程为8 m，选取排水泵型号为400/400SWB2000/8-75。

橡胶坝共设计3孔，为保证3孔坝袋的水压平衡和坝袋安全，在每座中墩处设平压连通管2根和溢流管1根，溢流管与连通管相连接，其出口高程需满足坝袋内外压比的要求。为防止洪水从溢流管向坝袋倒灌，每处溢流管设止回阀1个。

4 橡胶坝在工程中的具体作用

1）保证农业灌溉用水需求

根据调节计算，该橡胶坝在最高蓄水位61.6 m，对应60万m3库容时，50%灌溉用水保证率最大。可灌溉面积为0.182万hm2，90%生态用水保证率最大可灌溉面积为0.118万hm2，工程建设后可满足地方农田灌溉用水的需求。

2）提升改善当地生态环境

保护资源、修复生态、改善水环境是潍河治理工程建设的重要任务。在确保工程安全、防洪安全的前提下，通过建设橡胶坝拦蓄汛期尾水，营造河道生态水面、维持生态水深，同时涵养两岸水源并补充地下水，进而提升改善流域水环境，促进生态系统的良性发展。

5 结语

此次潍河综合治理工程在确保防洪安全的基础上，通过建设橡胶坝拦蓄汛期尾水，为两岸水源涵养和农田灌溉提供水源，改善流域水环境，维持生态平衡，具有明显的生态效益。同时由于橡胶坝能节省材料，且结构简单、不阻水、施工周期短、管理便利，运用于工程当中不仅可以缩短工期，同时也能够节省资金，具有明显的经济效益。