橡膠壩在多泥沙河道取水工程中的應用

李勇 邱鋼

（楚雄欣源水利電力勘察設計有限責任公司，云南 楚雄67500）

1 緒言

橡膠壩是一種造價低、工期短、耐久性強、美化環境效果好的新壩型，已被廣泛應用于灌溉、發電、防洪、城市美化等方面。作為攔河壩，可在枯水期充水成壩蓄水，滿足河道取水及美化環境的需求，汛期排空壩內水體，坍壩沖沙過洪，即不影響河道行洪，同時可有效降低壩前河床淤積。

2 工程概況

正興壩為元謀大型灌區骨干渠道官溝和龍泉溝的渠首取水建筑物，位于楚雄州元謀縣城郊龍川江干流上，龍川江為金沙江右岸一級支流，河長257km，河道平均比降4.8‰，壩址以上徑流面積4050km2。正興壩原為群眾自建的漿砌石溢流壩，由于建設標準低，運行年限長，壩身因水毀基本不復存在，現狀只能在原壩址上游采用堆石體攔河取水，因屬臨時性堆石，故每年均需進行恢復。由于取水保證率極低，枯水期常無法取水，嚴重影響灌區生產用水，急需進行恢復重建。作為灌區節水配套改造的主要內容，正興壩恢復重建工程于2005年經省廳審批，列入元謀大型灌區2006年節水續建配套改造的項目之一，于2006年當年實施完成。

3 攔河壩方案選擇

根據工程所處河段的地形及地質條件，正興壩恢復重建選擇了三種（閘）壩型進行分析比較，第一種是攔河閘，第二種是橡膠壩，第三種是溢流壩。

3.1 攔河閘的特點

攔河閘的優點：①閘門開啟可靈活調節；②可利用閘門開啟控制上游正常蓄水位；③設有工作橋，交通聯系方便；④不會因壩前淤積而抬高河床；⑤不設泵房，運行費用低。

攔河閘的缺點：①閘門寬度小，閘墩多，縮窄河道過水斷面，對原河道行洪產生較大影響。②為保證原河段防洪標準，需對上游河堤進行加高或增加閘孔凈寬，使攔河閘總寬度大于天然河床寬度，工程量大，占地多，工程投資高，經濟性差；③閘門底坎過高則影響泄洪，使上游洪水水面抬高，過低則可能受淤泥（沙）影響不能靈活操作；④工期長，防洪干擾大，施工難度大。

3.2 溢流壩的特點

溢流壩的優點：①管理方便；②防沖能力好，抵御大礫石及漂流物撞擊能力強；③不設泵房，運行費用低。

溢流壩的缺點：①上游水位抬高較多，對原河道行洪影響較大；②壩前淤積難以解決，上游河床抬高較多，對河道生態環境產生較大影響；③為保證原河段防洪標準，需對上游河堤進行加高或增加溢流段寬度，使壩體總寬大于天然河床寬度，工程量大，占地多，工程投資高，經濟性差；④泥沙淤積對取水影響較大，所需壩身較高。

3.3 橡膠壩的特點

橡膠壩是由高強度的織物合成纖維受力骨架與合成橡膠構成，錨固在基礎底板上，形成密封袋形，充入水或空氣形成壩體，具有以下特點：

設計、施工簡單，橡膠壩袋是先在工廠制造，然后現場安裝，施工速度快；壩前基本無淤積，不影響原河道的生態環境狀況，尤其適用于多泥沙河流的攔河取水工程；不影響行洪，對已審批的防洪排澇工程無影響，橡膠壩袋內水泄空后，緊貼在底板上，不縮小原有河床斷面，無需建閘墩、啟閉機架等結構，基本上不阻水；維修方便，橡膠壩裝置的結構簡單，充、排水裝置失靈率低；可改善河道水體景觀，壩袋可選成彩色的，壩型屬流線型，造型優美，色彩豐富，加上形成的水幕景觀，易與周圍環境相協調，增強了其美化環境的功能；土建工程量省，橡膠壩的造價與同規模的常規水閘相比，一般可以減少投資40～50%。

3.4 方案選定

綜上所述，采用彩色無搭頭橡膠壩具有造價低、工期短、壽命長、抗震能力強、不淤積河道、不影響行洪、美化環境效果好、經濟效益和社會效益及生態效益顯著等特點，優于傳統的攔河閘及溢流壩，因此選用彩色無搭頭橡膠壩作為正興壩恢復重建的攔河壩型。

正興壩位于龍川江干流尾段，壩址以上控制徑流面積4050km2，洪峰較大，p=3.33%設計洪峰流量達到1474.8m3/s，壩址所處河段河床底坡較陡，平均比降12‰，加之上游水土流失嚴重，汛期洪水含沙量較大，每年洪水均帶有大量卵礫石等推移質及泥沙、漂浮物等，對壩袋的磨損較大，根據這些情況，工程采用了專用的鋼絲橡膠壩壩袋。鋼絲橡膠壩壩袋是針對南方山區河道汛期洪水暴發時砂礫石、雜物、樹根等飄浮物較多的地區而專門生產的。其特點是：①厚度薄、自身輕，相對錦綸橡膠壩自身可降低40%，運輸方便，安裝容易就位；②內部附加一層錦綸纖維，表面膠和內膠各增加0.5毫米，其抗老化性和耐磨性大增強，延長了壩袋的使用壽命；③強度高，硬度大，不容易被尖銳物刺破，尤其適于砂礫石、雜物、樹根等飄浮物較多的河道，安全性和可靠性更高；④硬度大，不容易產生人為的破壞，使用起來更安全；⑤由于厚度降低，所以更耐曲撓，使用壽命更長；⑥鋼絲骨架為網狀，橡膠可滲透過鋼絲而結合到一起，附著力更高，可達到錦綸的十倍左右，橡膠壩不易脫層，可更有效保護骨架材料，提高使用壽命。

4 橡膠壩結構設計

4.1 工程布置

根據水流、地形、地質及施工等條件加上占地及投資等多方面對原壩址復建與原壩址上游90m處重建方案進行綜合比較，推薦原壩址上游90m處重建方案。

橡膠壩壩身段長8m，寬72.5m，與原河床寬度基本相同，壩身段兩端分別為官溝及龍泉溝的取水閘，右岸官溝取水閘以外設充排水閘閥室，壩身段上游設15m長的防滲鋪蓋，下游設15m長的消力池，消力池后為10m長的護坦。

4.2 結構設計

①壩體結構：壩高2.5m，底寬72.5m，長8m，C20鋼筋砼錨固底板，上下游雙錨固布置，采用預埋螺栓錨固，兩岸為直墻式，靠壩內水壓力使壩袋緊貼墻壁防滲，壩袋選用鋼絲骨架JBD2.5-160-2壩袋，壩袋強度安全系數K=9.6＞[6]。橡膠壩結構設計見圖1。

②充排水設施：充排水機房設于右岸官溝取水閘下游，下部為4.5m高、長6m，寬3.6m的充排水機井，上部為管理房，機井中設充排水水泵及自動排水系統，為節省運行成本，充壩介質采用河道集井水，集水井布置于下游護坦緊靠右岸處，為長8.8m，寬3m，深3m的C20鋼筋砼箱形體，集水井四周按梅花狀設Φ=5cm進水孔，外部設反濾設施。

③防滲設施：由于壩體為砂礫石，為減小滲漏及基礎揚壓力，在壩上游設15m長的防滲鋪蓋，采用1m厚的粘土回填夯實，上鋪0.4m厚的漿砌石保護層，同時在壩身前齒槽下設3m深的防滲板樁，以加強防滲。

④消能設施：橡膠壩下游采用消力池消能，消力池長10m，寬度與壩身等寬，底板厚0.5m，為降低壩基揚壓力，增加壩體穩定，消力池底板按孔間距1.5m梅花狀布置排水孔。

⑤取水設施：根據取水要求，在橡膠壩兩岸分別布置取水閘，閘孔尺寸為2.0×2.0m，閘后設沉砂池及沖沙閘，以降低汛期取水含沙量，進一步減輕渠道淤積。

5 橡膠壩的施工

5.1 施工導流

為了工程施工不受汛期洪水影響，工期安排在10月至次年3月底，總工期6個月。施工采用二期圍堰導流，即先在河左岸修建施工圍堰，對左岸壩體土建部分進行施工，利用右側河道進行導流，左岸壩體土建完成后拆除圍堰，同時在河道右側修建施工圍堰，對右岸壩體進行土建部分的施工，利用已完成的左岸壩基進行導流。圍堰中間采用粘土防滲，外部采用裝沙編制袋護壁。

5.2 施工控制

①施工放樣：首先由測量人員根據設計圖紙進行測量定線放樣，開挖原始斷面，測放開挖輪廓線，施工過程中隨時控制邊線。所有的施工定線、進度、方量、竣工等測量原始記錄、計算成果及繪制的圖件，經施工方及時整理、校核并分類整編后移交監理工程師審核。

②開挖施工：土方開挖主要采用機械開挖為主，人工輔助，棄料裝自卸汽車運至棄渣場集中堆放；為保證正常施工，基坑內靠圍堰側設置排水溝和集水坑，使基坑滲水匯至集水坑，再用水泵抽出基床外，兩岸坡頂設截水溝攔截地表水。為保證開挖符合圖紙規定，清基清至設計邊線外30cm，并經常測量和校核開挖區域平面位置、水平標高和邊坡等是否符合設計要求?；A開挖完成后，對基礎面上的雜物、雜草及時清理，及時對樁號、座標、高程等作出醒目的標記。

③砼澆筑施工：壩基開挖成型后及時立模、預埋充排水管、鋼筋安裝、錨固件預埋等工作，之后進行砼澆筑，按分縫跳塊后退臺階式澆筑，砼由汽車裝料罐運到基坑，由設在上下游的50T履帶吊吊運入倉，人工平倉，插入式振搗器振搗。澆筑過程中測量人員隨時檢測上下游錨線的平面位置和高程，以確保準確無誤，砼澆筑完畢12～24h后灑水養護,養護時間不少于14d。

④壩袋安裝：壩袋遠至工地后，先檢查壩袋有無脫膠破損及孔洞，尺寸是否符合要求，檢查合格后將壩袋及底墊片按平行于壩軸線方向分層平鋪于壩體基礎之上，之后根據設計尺寸采用沖孔方式一次性在壩袋及底墊片上開錨固孔，壩袋開孔后按先下游、后上游、先中間、后兩邊的順序將壩袋及底墊片安置在錨固螺栓上并擰緊螺母。壩袋錨固完成后，經監理工程師驗收合格，進行充水試驗，壩袋充水經72小時運行壩袋表面及下游錨固線無滲漏，袋體豐潤、平整，充排水系統運行平穩、正常并經監理工程師驗收合格后，最后再用50#混合砂漿封填錨固線。

6 質量控制

工程施工嚴格實行“四檢制”，每道工序均由班組先自檢并填寫自檢記錄，然后由項目部復檢，填寫復檢記錄，最后由公司質檢員終檢，填寫終檢記錄，監理單位不定期進行抽檢。對質量不能達到要求的堅決返工，對隱蔽工程和關鍵部位由建設、設計、監理聯合進行驗收，在施工中按檢測頻率要求，做好砼試塊，及時試壓。嚴格按單元工程質量評定標準對每一道工序進行認真的對照檢查，做好原始記錄，做到以數據說話；隱蔽工程覆蓋前，24小時內報監理工程師驗收簽證，否則任何人無權進行下道工序的施工。認真做好技術擋案的管理，在工程竣工后，按業主要求及時提供完整、準確、詳細的竣工資料。

7 結語

橡膠壩建成后，不但解決了元謀大型灌區的水源緊缺、供需矛盾突出的問題，而且解決了在龍川江多泥沙河道中取水的泥沙淤積問題，將工程建設與生態環境保護有機結合，得到了良好的工程效益及生態效益。另外，工程蓄水加上對堤防進行綠化措施后，在元謀縣城邊緣形成了新的城市景觀---水上公園，使綠色生態景觀與元謀人文景觀交相輝映，提高了縣城的環境質量，為元謀東方人類祭祖壇旅游業注入了新的元素，由此產生更為積極的生態效應、社會效應和經濟效益。

[1]崔月甫.橡膠壩工程施工的關鍵技術[J].施工技術，2007-07-18.