小橡膠壩技術在忻州市南云中河治理工程中的應用

張謙

【摘要】忻州市南云中河城區段修建橡膠壩，分段蓄水形成人工湖，為構建忻州市云中河景區奠定了基礎，極大地改善了忻州市水環境和人居環境，具有良好的社會效益和經濟效益。本文重點介紹了忻州南云中河治理工程橡膠壩設計、施工及運行管理等方面的實踐經驗，以期為后續工程提供相關參考和借鑒。

【關鍵詞】橡膠壩；南云中河治理；應用

1、工程概況

忻州市南云中河治理工程由西向東橫貫忻州市城區，西起大運高速上游400m，東至播明鐵路橋下游300m，全長6.51km；河堤布置在縱斷上盡量依原河底布置，平均縱坡為2.37‰，共布設7道橡膠壩，壩高2.5～3.0m，水面寬度為80～120m，形成7個蓄水池，兩側為50～70m綠化帶和濱河南、北交通搶險路。河道橫斷面均為復式斷面，由布置在中間的主槽和兩側的二級平臺組成。防洪大堤布置在二級平臺外側，大堤的設計高程滿足50年一遇的洪水。結合生態美化，主槽岸墻分別設置臺階、自然草坡、自然疊石、親水平臺等斷面形式。考慮景觀設計要求，以及滿足5年一遇防洪標準，確定二級平臺河底以上高度為1.5～3.0m，基礎埋深1.3m。蓄水后將形成63萬m2的水面，總蓄水量為98.3萬m3水體，兩岸綠化面積76萬m2。

2、橡膠壩設計

2.1 橡膠壩布置。橡膠壩壩軸線垂直于河道布置，在N1+300、N2+175、N3+020、N3+865、N4+710、N5+555、N6+400共布設7道橡膠壩，形成7個蓄水池。

2.2 橡膠壩壩袋設計。橡膠壩袋采用無搭接壩袋，材料為錦綸帆布，內壓比為1.3，防水材料采用合成氯丁膠，壩袋材料為氯磺化聚乙稀為主料的橡膠壩袋。

2.3 橡膠壩土建工程設計。橡膠壩基礎底板為平底板，底板比河床高0.2m，根據基礎內埋設管道要求，厚度為1.0m，底板下鋪設0.1m厚的素混凝土墊層，上、下游各設0.5m深的齒墻。

在順水流方向，根據壩袋坍落寬度和上下游施工檢修要求確定底板長度，橡膠壩壩高3.0m時，長度為9m；橡膠壩壩高2.5m時，長度為8m。

根據水閘設計規范，考慮防沖、防滲、穩定等要求，在橡膠壩上游設鋼筋混凝土鋪蓋，長度為12.5m，厚度0.4m，鋪蓋下設0.1m厚的素混凝土墊層。橡膠壩上游鋪蓋接格賓石籠護底，長10m，厚0.5m。消力池池長13.0m，池深0.65m，，底板厚0.6m。在鋪蓋、橡膠壩底板、消力池之間采用橡膠止水帶加瀝青木板止水。橡膠壩消力池尾部設排水孔，孔間距1.0m，梅花型布置，排水孔下鋪設無紡布作為反濾層。消力池下游設20m長格賓石籠海漫，厚0.5m～1.0m；防沖槽長6.0m，深1.5m，上游邊坡1：2.0，下游邊坡1：2.0，底寬1.0m。

2.4 控制室設計。橡膠壩的控制室均位于河道右岸二級平臺上，長12m，寬6.9m，層高5.75m。泵坑尺寸長12m，寬6.9m，深4.25m，泵房全部為半地下式混凝土結構。

2.5 壩袋錨固設計。由于北方的河流泥沙較多，為減少對壩袋的磨損和震動影響，根據壩高、壩頂溢流、安全及施工等因素，確定使用螺栓雙錨固。

2.6 橡膠壩地基處理。根據鉆孔資料，壩基建基面下分布全新統洪沖積細砂及礫砂層，厚度1.8m～6.7m，結構松散，級配較差，粘粒含量少，實測標準貫入錘擊數14～19擊，屬中等液化，橡膠壩及控制室地基采用碎石樁進行處理，梅花型布置，樁徑0.4m，樁距1.6m，有效樁深6m。

2.7 控制與觀測系統設計。根據運行管理對排水時間的要求，充排水均采用動力充排。

根據結構布置的要求，橡膠壩的充水與排水采用相同的管路系統，不單獨設置。充水時采用水泵從深井中直接取水，排水時由于防洪的要求，不采用自流排水，而通過水泵強制排水至下游河道中。

為避免超壓后引起壩袋破裂，在每個壩段均設超壓流管，以利于運行時觀察，超壓溢流管出口均設在隔墩頂部，管徑0.2m，以備在自控設備失效時使用，從而保證工程的安全運行。

在每個壩段上，兩端均設排氣孔，用于排出壩袋內殘存的氣體。

橡膠壩的觀測設備主要有：壩袋內水壓觀測、壩袋上下游水位及基礎底板沉降觀測等項目。

3、橡膠壩施工

3.1 施工導流。橡膠壩導流方式采用分期導流，先在橡膠壩中部一側修筑一期縱橫向圍堰，完成圍護區橡膠壩段的施工。二期利用一期修筑的橡膠壩段過流，修筑另一側的圍堰，進行剩余橡膠壩段的施工。

圍堰結構型式為土圍堰，最大堰高約2.0m，堰頂寬3.0m，圍堰長130～287m，迎水邊坡1：2.5，背水邊坡1：2.0，堰體臨水坡面采用編織袋裝粘土防護。

根據地質資料地下水埋深大多在3～5m，基礎平均挖深1～2m，基坑大都在地下水位以上，局部地段的基坑可能存在積水、涌水，圍堰內的滲水、施工廢水以及雨水等排水，采用明排方式。具體做法：在預留平臺（圍堰）內側的基坑周圍開挖0.2×0.3的排水溝，然后匯流至1.5×1.5×2.0m的集水井內，配置水泵將水從集水井中不間斷抽排至圍堰外河槽內。

3.2 碎石樁施工。振沖碎石樁施工采用ZCQ-30振充器，配16t汽車起重機，14kW高壓泵，7.5kW污水泵和2.0m3裝載機填料。施工工序為打孔—成孔—填石—夯擊，見圖一。

3.3 混凝土施工。混凝土工程施工前，應根據設計要求通過實驗確定混凝土配合比。混凝土生產采用0.8m3移動式拌和站拌制，水平運輸采用0.6m3機動翻斗車，對于橡膠壩段需要垂直運輸的混凝土采用汽車起重機。插入式振搗器振搗。當澆筑混凝土間歇超過允許時間時，應對原先澆筑的混凝土表面進行鑿毛處理。

施工時應注意在壩袋塌落區的表面 （壩底板上 ）混凝土務必平整光滑，以減少對壩袋的磨損而提高壩袋的耐久性。壩袋與地板接觸混凝土應平滑無棱角。

3.4 橡膠壩施工。壩袋安裝施工程序為：清理壩底板和錨固槽 螺栓下壓板就位 壩袋就位 壩袋安裝 螺栓上壓板就位 上彈簧墊圈 鎖錨固螺母 砂漿填錨固槽。

主要技術要求及施工方法：

3.4.1 安裝前應對壩底板和錨固槽進行一次全面檢查。錨固槽尺寸如與要求尺寸誤差較大應及時記錄。充排水系統應進行一次通水檢查 ，以檢驗管路系統是否暢通，機電設備運行是否正常。

3.4.2 壩底板和錨固槽應沖洗，清理干凈，無積水。

3.4.3 在壩底板用墨線彈出壩軸線、錨固線和壩袋中線。

3.4.4 對準錨固槽的錨固線，將螺栓下壓板穿孔固定于錨固槽的螺栓上。

3.4.5 根據工程的實際情況，先安裝上游，從壩袋中心線向兩側同時進行。然后將下游折疊塌落區的壩袋翻向上游，折疊后按需要長度翻向下游，對準壩袋中心線和下游錨固線，上、下游一直安裝到邊墻水平段以下，為了減少壩袋折皺部分的拉平工作量，采取壩袋內充水的方法。當壩袋充脹到一定的高度后，即將壩袋內的水全部放光，使壩袋按照預定的軌跡自然地平鋪在底板和兩端岸墻上，然后用葫蘆拉平就位掛在墻頂，從上游向下游、由中間向兩側、先中間后兩岸端的順序進行錨固。

3.4.6 壩袋拉伸平鋪后使錨固線同螺栓對齊，用鉆孔機鉆孔，嵌入螺栓內。為避免誤差集中，壩袋產生褶皺，穿孔時嚴格控制，如有誤差，平均分配。

3.4.7 本橡膠壩壩袋膠布較厚，特別是膠布搭接處，堅硬似塑料板一樣，很難折曲入，給安裝工作帶來極大的困難 ，應采取必要的技巧和措施。

3.4.8 壩袋嵌入螺栓后及時放置螺栓上壓板，使壩袋的中心線、錨固線等點線面重疊吻合后方可放上

彈簧墊圈和鎖上錨固螺母。上螺帽時，用扭力板手按相同的扭力矩逐個螺栓分級擰緊。

3.4.9 在施工中，壩袋錨固安裝多數憑經驗進行。例如，螺栓緊固，有時用眼觀察壩袋折起部分邊緣狀態判斷確定錨固是否達標。

3.4.10 壩袋錨固安裝檢查達標和充排水試驗合格后，用砂漿填實錨固槽空隙，保護錨固螺母、螺栓和壓板，并達到與壩底混凝土一致的外觀質量要求。

4、橡膠壩運行和管理

4.1 橡膠壩運行。在非汛期，橡膠壩全部立壩至設計壩高蓄水。在汛期，橡膠壩低壩運行，壩袋降低0.5m。當洪水位繼續上漲，當壩前水位距堤頂高度小于0.5m時，塌壩運行。

橡膠壩冬季運行時，需要在上、下游破冰。壩袋內結冰時，禁止調節壩高。冬季結冰前調節壩高與上游水位齊平，春季化冰時，調節壩高下泄冰塊，冰棱下泄后，壩袋充至設計壩高。為了防止冬季冰壓力對兩側岸墻的破壞，在結冰季節，橡膠壩需要降0.8m運行或者采用破冰措施，以確保岸墻的安全。

4.2 橡膠壩管理。根據工程運行情況，對橡膠壩工程各部位進行經常、定期和特別檢查與觀測，發現事故隱患，及時采取措施。

對上游來水，水流狀態，壩袋前后沖淤情況，橡膠壩比較重要部位，要進行經常性的檢查觀測。在每年的春秋兩季，對壩袋進行定期檢查。當發生特大洪水、暴雨、暴風、強烈地震和重大工程事故時，要及時組織力量進行全面檢查，著重檢查工程有無損壞等。

5、結語

目前，忻州市南云中河治理工程已全部完工，橡膠壩于2014年3月底開始蓄水，4月底景區正式開園。通過半年來的運行觀測，橡膠壩各項運行參數均滿足設計要求，為改善忻州人居環境，提升城市品位發揮了重要作用。

作者簡介：

張謙（1981-），男，山西忻州人，大專，忻州市水利基建工程監督站，助理工程師。研究方向：工程管理監督。