拉薩市拉薩河4#閘橡膠壩設(shè)計

孫亮科 劉春鋒 高 誠 劉召軍

拉薩市拉薩河4#閘位于西藏自治區(qū)拉薩市城區(qū)南側(cè)拉薩河干流上的次角林大橋下游，為拉薩河（城區(qū)段）水治理工程規(guī)劃的第4座擋水建筑物，采用橡膠壩進(jìn)行擋水。

我國1965年開始橡膠壩袋的試制工作，1966年建成我國第一座橡膠壩——北京右安門橡膠壩，至今我國已建成橡膠壩700多座。日本橡膠壩的設(shè)計代表了當(dāng)前世界最高水平，至2002年已建成超過3 000座橡膠壩，且建設(shè)了多座6 m高橡膠壩[1]。西藏地區(qū)的年楚河水生態(tài)橡膠壩于2014年10月建成，目前運行正常。

西藏拉薩河屬高原地區(qū)，河道行洪時河道推移質(zhì)含量大，紫外線強(qiáng)度較大。如何解決泥沙淤積、磨損和壩袋的耐久性是設(shè)計的難點。泥沙淤積是多泥沙河流上修建橡膠壩的最大難題。泥沙淤積主要出現(xiàn)在小洪水和非汛期，洪水和汛期泄洪時即可帶走泥沙。目前，防止淤沙的方法主要有分槽治理方案、沖沙槽方案等[2]。分槽治理方案是在河道中修建一條縱向的中隔墻，將河槽分為渾水槽和蓄水槽，小洪水期間多泥沙渾水通過渾水槽穿過，保證蓄水槽內(nèi)不產(chǎn)生淤泥。沖沙槽方案是在分槽治理方案的基礎(chǔ)上在渾水槽上下游設(shè)置沖砂閘，中間隔墻低于下游橡膠壩，利用取上層清水來蓄滿蓄水槽，利用沖沙閘沖沙。

本工程采用閘壩結(jié)合方案，即分槽治理方案，發(fā)揮橡膠壩和節(jié)制閘的各自優(yōu)勢，利用調(diào)節(jié)閘控制流量調(diào)節(jié)水位靈活、耐泥沙沖蝕的特點，集中沖沙、減少壩前泥沙淤積、減少橡膠壩頻繁起壩塌壩。

1 橡膠壩布置與設(shè)計

橡膠壩順?biāo)飨蜃陨隙虏贾靡来螢椋荷嫌纬辽吵?、次角林大橋至橡膠壩之間的河道平整、混凝土鋪蓋、橡膠壩底板、下游護(hù)坦、下游海漫及防沖槽等。

沉沙池順?biāo)飨蜷L80.0 m，其上游與治理后河道采用1∶10的底坡平順連接，其后采用埋石混凝土擋砂坎擋沙。埋石混凝土后為次角林大橋至上游鋪蓋之間的河床，為與上游鋪蓋平順相接，對該部位河床進(jìn)行整平處理。上游鋪蓋長20.0 m，厚1.0 m，為防止細(xì)小的砂礫造成對橡膠壩袋的磨損，其上設(shè)有0.3 m的擋沙坎，并與橡膠壩底板順接。

橡膠壩布置于右岸，總長526.5 m，分為6跨，采用枕式結(jié)構(gòu)，單跨長度為86.50 m。調(diào)節(jié)閘布置于左岸，右側(cè)與橡膠壩段相連，左側(cè)岸邊為充排水泵房，調(diào)節(jié)閘總寬56.40 m，單孔8.6 m，共設(shè)5孔。調(diào)節(jié)閘底板高程低于橡膠壩底板高程，一方面便于為橡膠壩檢修提供干地作業(yè)條件，同時可在汛期小洪水時束水沖沙，減少過壩泥沙。

橡膠壩底板采用分離式平底板，由墩底板及小底板組成，順?biāo)飨蜷L11.00 m。隔墩長11.0 m，厚1.5 m，兩端采用半徑為0.75 m的半圓形墩頭。為避免橡膠壩袋兩端與墩墻結(jié)合部位出現(xiàn)塌肩現(xiàn)象，引起局部溢流，影響橡膠壩的正常運行，將墩底板頂面按1∶10抬高0.3 m，用水泥砂漿抹平壓光堵頭與墩墻之間的縫隙，壩袋端部與隔墻接觸部位采用復(fù)合不銹鋼板襯砌，以確保壩袋端部接觸密實。

橡膠壩壩袋結(jié)構(gòu)采用單袋雙錨線充水式橡膠壩，壩袋內(nèi)壓比為1.35，壩袋強(qiáng)度安全系數(shù)不小于8.0，為兩布三膠結(jié)構(gòu)。橡膠壩由壩袋、底墊片、錨固系統(tǒng)及進(jìn)排氣孔等組成。壩袋采用無搭接縫的橡膠壩袋，以保證整體美觀。為防止推移質(zhì)對壩袋的磨損問題，橡膠壩壩袋厚度適當(dāng)增加至9.9 mm，規(guī)范規(guī)定正常壩袋外層膠磨耗量小于0.8 cm3/1.61 km，通過改進(jìn)壩袋外膠層材料特性，可使壩袋外膠層磨耗量小于0.3 cm3/1.61 km，同時增加外膠層的厚度。改進(jìn)壩袋外膠層材料特性和增加外膠層的厚度，均提高了壩袋的抗沖磨性能。橡膠壩底板壩袋坍落線與錨固線之間增設(shè)2 cm厚水磨石層，以保證該部位的光滑度，保證此部位泥沙迅速滑走，不在此淤積，避免了塌袋泄洪后沙石淤積導(dǎo)致壩袋與底板間沙石的磨損。底板下游末端設(shè)有1∶5的斜坡段與下游護(hù)坦連接。

混凝土護(hù)坦總長15.0 m，厚1.5 m，分為兩段，斜坡段和平直段。護(hù)坦后為混凝土海漫，長15 m，厚1.5 m。護(hù)坦及海漫下鋪設(shè)橫、縱排水管網(wǎng)，排入海漫下游側(cè)的防沖槽內(nèi)。

閘址處的河床、漫灘組成物質(zhì)主要為強(qiáng)透水的松散-密實卵石層，為強(qiáng)透水層，是閘基的主要滲漏通道，因此，采用防滲鋪蓋結(jié)合垂直防滲墻進(jìn)行防滲。在混凝土鋪蓋的上游齒槽下設(shè)防滲墻，墻厚0.6 m，墻深8.0 m。在海漫下游齒槽下設(shè)防沖墻，墻厚0.6 m，墻深7.2 m。防滲墻采取圍封的形式，即上游防滲墻及下游防沖墻均延伸至兩岸翼墻底板，并與翼墻底板防滲墻連接在一起。

2 本工程橡膠壩特點

拉薩河中心城區(qū)段緊鄰拉薩市區(qū)，地面海拔約為3 650 m，屬高原地區(qū)，紫外線強(qiáng)度較大。拉薩河擋水河段寬約600 m，河道比降大，是典型的游蕩性河道，行洪時河道推移質(zhì)含量大。因此強(qiáng)紫外線和泥沙淤積和磨損是本橡膠壩的難點和重點。

有資料可知，拉薩河河道徑流量較大，無斷流情況，2004—2012年實測月平均最小流量為50.1 m3/s，設(shè)計時保證壩頂溢流水深大于10 cm，故枯水期壩袋常年處于水面以下，抗紫外線條件較好。同時壩袋采用氯丁橡膠膠料，添加抗臭氧劑、紫外線吸收劑等外加劑。紫外線吸收劑可均勻分散在材料中，不噴霜，不滲出，強(qiáng)烈地吸收紫外線（尤其是波長為290～400 nm），且具有耐浸洗的特點。紫外線吸收劑幾乎不吸收可見光，超強(qiáng)的紫外線吸收能力大幅度地提高產(chǎn)品的抗老化性能，充分減緩壩袋因紫外線照射產(chǎn)生的老化破壞。目前紫外線吸收劑在感光材料如彩色膠卷、彩色膠片、彩色相紙和高分子聚合物等許多領(lǐng)域應(yīng)用較多。

壩袋磨損和壩前后推移質(zhì)沉積是本工程設(shè)計的難點，輕則影響泄洪，重則造成橡膠壩報廢，出現(xiàn)突然失控情況。工程采用閘壩結(jié)合方案，利用調(diào)節(jié)閘的調(diào)水沖沙作用，減少泥沙在橡膠壩上下游的淤積，調(diào)節(jié)閘底板高程低于橡膠壩，不僅為橡膠壩檢修提供干地作業(yè)條件，同時可在汛期小洪水時束水沖沙，減少過壩泥沙，減少推移質(zhì)過壩或在壩后沉積會對壩袋產(chǎn)生的磨損。適當(dāng)?shù)靥Ц呦鹉z壩壩底板高程，盡可能攔阻過壩推移質(zhì)數(shù)量，底板抬高會加大過閘流速，可減小推移質(zhì)在壩袋頂部的磨損時間，同時縮短了壩袋坍袋線后的水平距離，并在坍落線范圍內(nèi)采用水磨石處理，增加壩袋底板的光滑度，有效地減少坍塌的壩袋下推移質(zhì)的堆積，減少高速過壩水流在壩袋下產(chǎn)生的負(fù)壓作用而造成的壩袋與沉積在下部的推移質(zhì)的摩擦損耗。適當(dāng)增加壩袋外膠厚度、改進(jìn)壩袋外交層材料特性，提高壩袋自身的抗磨損性能。

3 結(jié)語

工程區(qū)緊鄰拉薩市區(qū)，海拔約3 650 m，是現(xiàn)有最高海拔地區(qū)的橡膠壩工程。工程于2016年11月主體工程完工，于2017年3月已蓄水至正常擋水位，至今已正常運行1年，基本滿足設(shè)計的功能，壩袋基本無磨損現(xiàn)象，無老化現(xiàn)象，可以保證枯水期或平水期橡膠壩上游一定回水范圍內(nèi)形成較大的水體水面，改善了水環(huán)境、水生態(tài)及城市水景觀。

因此，在拉薩河上采用橡膠壩，既滿足景觀要求，亦滿足工程防洪要求，對于高原地區(qū)強(qiáng)紫外線、多泥沙河流上的類似工程有一定的借鑒意義。