橡膠壩設(shè)計改進措施探析

張營營，趙海濱

（黃河水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南 開封 475004）

0 引言

橡膠壩是20 世紀(jì)50 年代末隨著高分子合成材料的發(fā)展而出現(xiàn)的一種輕型、低水頭的新型水工建筑物。 在修建橡膠壩時，先用強力合成纖維織物做受力骨架，然后在其內(nèi)外涂敷合成橡膠，制成膠布，并把膠布按設(shè)計尺寸錨固在基礎(chǔ)底板上，做成封閉袋形，再用水或氣充脹，形成擋水壩。 橡膠壩的壩高可調(diào)節(jié)、壩頂可溢流，能起活動壩和溢流堰的作用。

橡膠壩具有投資少、結(jié)構(gòu)簡單、施工及安裝簡便、制造工廠化、工期短、生效快、運用管理靈活方便、泄量大淹沒小和抗震性能良好等特點，主要用于灌溉、發(fā)電、防洪、回灌地下水、替代閘門，也可以用于美化城市環(huán)境、增加娛樂設(shè)施、引水防沙、污水處理、改善生態(tài)環(huán)境等。 但是，在應(yīng)用過程中，橡膠壩也存在一些問題，如壩室結(jié)構(gòu)縫斷裂、壩袋在低溫情況下被損壞、引水暗管被淤、下游河道下切、選擇的設(shè)備和錨固方式不當(dāng)?shù)取?為了保障大壩的安全和正常運行，本文試對橡膠壩運行過程中存在的問題進行探討，并提出幾點改進措施。

1 橡膠壩結(jié)構(gòu)的改進措施

1.1 壩室結(jié)構(gòu)的改進

在一般情況下，為了適應(yīng)地基、荷載的不均勻，要求對超過一定長度的水工建筑物進行結(jié)構(gòu)分縫。橡膠壩的壩長與原河道寬相等，通常在10~20 m 以上，因此，要對其進行結(jié)構(gòu)分縫。 受外界因素和地基不均勻沉陷影響，分縫斷面的強度降低，還會出現(xiàn)無約束的斷裂和錯動破壞，造成壩袋封閉和底板內(nèi)埋設(shè)的充排水管路的破壞，從而影響橡膠壩的正常使用， 嚴(yán)重的還因結(jié)構(gòu)分縫的斷裂造成橡膠壩被徹底破壞、無法使用。

為防止結(jié)構(gòu)縫的斷裂，在設(shè)計橡膠壩時，將壩底板前后各布置一道齒墻，使之與底板剛性連接，形成一倒置II 型鋼筋混凝土梁。 布置齒墻不僅加強了底板的剛度和強度，還有抗?jié)B、阻滑和防止寒冷地區(qū)的凍害的作用。 這種結(jié)構(gòu)形式已在蛟河、永吉、舒蘭等市縣的橡膠壩工程中得到很好的應(yīng)用，其中舒蘭市橡膠壩已建成20 多年，最大壩長93m，至今運行良好。

1.2 壩袋防凍、耐磨性能的改進

為了使橡膠壩適應(yīng)北方地區(qū)的氣候環(huán)境，橡膠壩生產(chǎn)廠家在不影響橡膠壩其他技術(shù)指標(biāo)的前提下，提高了橡膠壩在低溫（-40℃以下）情況下的耐老化、耐磨損、抗沖擊、抗屈折性。 為了避免橡膠壩被冰塊撞擊， 還應(yīng)采取攔冰措施， 使冰塊不接觸壩袋，即將冰塊攔在壩前，使其隨過閘主流排向壩下。具體方法是，將壩袋底板高程適當(dāng)抬高，并在底板前增設(shè)冰坎。 牡丹江市林口縣建堂渠首橡膠壩采用該措施攔冰，經(jīng)3 年觀測，冰流過后壩袋無破損，橡膠壩運轉(zhuǎn)正常。

另外，橡膠壩壩袋在充脹和塌落過程中，壩肩和隔墩的不斷摩擦?xí)p少壩袋的使用壽命。為防止這種情況出現(xiàn)，可將不銹鋼板固定在隔墩兩側(cè)，與橡膠壩壩袋接觸，以減少摩擦系數(shù)，增加壩袋的使用壽命。

1.3 防止河道沖刷下切方法的改進

下游河道沖刷下切是河道縱斷面坡降大造成的，它嚴(yán)重威脅橡膠壩的安全。 為了防止下游河道的下切，可在消力池出口處增設(shè)一道深度約2.0 m的混凝土齒墻。 響水灌區(qū)的渠首橡膠壩、恒林橡膠壩，小城灌區(qū)的重禮橡膠壩均設(shè)計有混凝土齒墻，運行至今，已有20 多年，效果良好。

1.4 充排水系統(tǒng)及設(shè)備管理的改進

充排水系統(tǒng)是否運轉(zhuǎn)靈活，是橡膠壩運行的關(guān)鍵。 該系統(tǒng)由抽水井、壓水井、管路、閥門、水泵、電氣設(shè)備等組成，其關(guān)鍵環(huán)節(jié)是兩井及閥門。 在設(shè)計抽水井時，若水經(jīng)壓水管路直接進入壩袋，由于濾水?dāng)嗝嬗邢蓿瑯O易使泥沙淤積在壩底板面上，造成淤塞，影響壩體的安全運行。 因此，一定要按設(shè)計做好抽水井反濾層，滿足充壩清水的需要，保證井的使用年限。另外，對壓水井的施工質(zhì)量、產(chǎn)品應(yīng)嚴(yán)格要求，保質(zhì)保量， 避免壓水井漏水、 閥門關(guān)閉不嚴(yán)現(xiàn)象。1991 年建堂鄉(xiāng)橡膠壩維修時，為保證充壩用清水的需要，原抽水井采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，閥門采用銅質(zhì)結(jié)構(gòu)，水泵采用潛水泵，最大出水量為75 m3／h。經(jīng)多年運行考驗，情況良好。 另外，在管理方面，要有專門的工作人員，建立行之有效的管理制度，充分調(diào)動管理人員的積極性。 維修人員經(jīng)常檢修設(shè)備，保證操作靈活。

2 橡膠壩運行的改進措施

2.1 優(yōu)選啟閉設(shè)備

啟閉設(shè)備的不同將會直接影響到水利工程建筑物的結(jié)構(gòu)和運行效果，因此，應(yīng)盡量優(yōu)選啟閉設(shè)備。液壓式啟閉機具有主機結(jié)構(gòu)緊湊、液壓傳動效率高、運轉(zhuǎn)平穩(wěn)可靠、技術(shù)先進等優(yōu)點。 與卷揚式啟閉機相比，它不僅減少了工作排架，還減少了由于不同步造成閘門傾斜，甚至卡住的情況。 同時，液壓式啟閉機更便于現(xiàn)代化的運行管理。 在橡膠壩工程中，一般使用雙吊點液壓啟閉機。

齊市城區(qū)橡膠壩工程主壩采用了雙吊點液壓啟閉機。 該工程又在啟閉機支架中增加啟閉機鎖定裝置，使用時手動將鎖定裝置打開，就會使閘門固定在開啟的某個位置，減少了停機時啟閉機自動回落后再次提升產(chǎn)生的運行費用。

2.2 壩端增設(shè)水箱

橡膠壩的充壩水源一般采用壩前滲井，并用暗管伸向河道，以增加滲井的供水能力。 但如果橡膠壩地處山谷平原，山區(qū)地下水層較薄，滲井水量小，引水暗管就容易被淤死， 因而滿足不了充壩要求。為了防止引水暗管被淤， 可利用橡膠壩一側(cè)邊墻圍成水箱，使充壩水源有保障，供壩充水效果較好。

舒蘭市傳統(tǒng)橡膠壩的充壩水源均采用壩前滲井，由于地處山谷平原，地下水層薄，引水暗管常被淤積堵死。 在新建橡膠壩時，利用橡膠壩的一側(cè)邊墻圍成水箱，使壩體充水效果良好。 經(jīng)多年運行，對壩體穩(wěn)定沒有影響，并且，也比采用獨立供水井方案更節(jié)省投資。

2.3 采用螺栓錨固

錨固方式主要有楔塊錨固和螺栓錨固。 楔塊錨固施工簡單，工程造價低，但四角壩袋折疊處易出現(xiàn)嚴(yán)重漏水，需頻繁向壩內(nèi)充水，因而導(dǎo)致運行費用增加，也給工程管理帶來不便。 螺栓錨固由上壓板、下壓板、螺栓組成，上、下壓板通過螺栓連接在一起。施工時，先把下壓板與螺栓固定成一體，經(jīng)過防腐鍍鋅處理后，預(yù)埋在混凝土底板中。 螺栓錨固所用的錨固件都已在工廠里進行加工生產(chǎn)、 除銹、 防腐處理，施工時，只需將加工好的錨固件直接預(yù)埋或安裝即可。 因此，其施工簡單、工期短、維修方便、效果較好，并且可用普通材料，從而節(jié)省投資。 刁翎鄉(xiāng)橡膠壩采用了螺栓壓板錨固的形式， 克服了壩袋漏水問題，經(jīng)過4 年的運行，壩體狀況良好。

3 結(jié)語

1965 年至今，我國多次召開全國性的橡膠壩技術(shù)經(jīng)驗交流會，并對橡膠壩的重大問題組織技術(shù)攻關(guān)，開展大量的、系統(tǒng)的試驗研究。 在具體實施方面，橡膠壩還有許多新的課題亟待解決，如高度大于5m 的橡膠壩工程設(shè)計和制造問題、 壩袋防振問題、壩袋的修補和維護問題、橡膠壩工程的防滲問題等。相信隨著科技水平的提高，各種技術(shù)難題會被逐個攻破，橡膠壩技術(shù)會日臻完善，也會得到更廣泛的推廣和應(yīng)用。

[1] 王溥文. 橡膠壩技術(shù)及應(yīng)用[M]. 北京：中國水利水電出版社，2008：3-10.

[2] 高本虎. 國內(nèi)外橡膠壩發(fā)展概況和展望[J]. 水利水電技術(shù)，2002，33（10）：5-8.

[3] SL227-98，橡膠壩技術(shù)規(guī)范[S].