山區河流橡膠壩取水結構探討

張進文，李光浩

（中交第二航務工程勘察設計院有限公司，武漢430000）

1 引言

橡膠壩是一種造價低廉、工期短、耐久性強、美化環境的新型壩，已被廣泛應用于灌溉、發電、防洪、城市美化等工程中。橡膠壩作為攔河壩，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，坍壩沖沙泄洪，既不影響河道，同時又可有效降低壩前泥沙淤積。

橡膠壩是美國加利福尼亞州洛杉磯水利電力工程局工程師英勃特遜（N.M.Imbertson）于1956 年所發明，并與1959 年建造了世界上第一座氯丁橡膠壩。此后，橡膠壩發展較快，如美國、法國、蘇聯、日本等都興建了許多橡膠壩，特別是日本，自1965 年以來約建壩700 余座。世界上最大的橡膠壩在威尼斯，壩高15 m，全長約900 m，寬約30 m，橫跨在多航道上。

我國自1965 年開始研制橡膠壩以來，做了大量的研究工作，取得了很好的成果。在壩體和錨固結構上都有所創新。例如，創建了胸墻壩、枕式壩、分段對接壩和分層壩等。錨固結構方面，由穿孔或不穿孔的壓塊方法改進為混凝土楔塊方法和膠囊充水間接錨固方法。

橡膠壩按結構型式分為袋式壩和帆篷式壩2 類。袋式壩按錨固線的數量分為雙線錨固壩、單線錨固壩和無錨固壩3 種。按充脹介質分為充水壩、充氣壩和氣水混合壩。按錨固形式分，除通常慣用壩外，還有胸墻壩、枕式壩、分段對接壩和小型活動壩。按壩袋斷面結構型式分，有單袋式、分層壩和組合壩。

橡膠壩一般通過對壩袋進行充水、排水來實現蓄水、泄洪的目的。橡膠壩取水結構能有效地從河道中取水充水至橡膠壩壩袋中，在水利工程中被廣泛應用[1]，但在郊野段的山區河流洪水期，泥沙較多，容易淤積，會導致橡膠壩充水困難，從而使橡膠壩充水的可靠性降低，淤積后檢修維護困難，不利于環保，同時會增加成本，降低經濟效益。針對上述狀況，本文結合通城縣城區河道生態治理PPP 項目，設計一種山區河流橡膠壩取水結構方案，提高橡膠壩取水保證率，并且結構安全可靠，檢修維護管理方便。

2 工程概述

鐵柱港是陸水河上游干流雋水河的支流，陸水河為長江中游南岸一級支流，發源于湘、鄂、贛三省交界的幕阜山脈，流經通城、崇陽、赤壁、嘉魚三縣一市，于武漢市上游約157 km的陸溪口流入長江。鐵柱港新建2 座生態蓄水壩，分別為上游蓄水壩和下游蓄水壩，距離475 m，上游蓄水壩采用橡膠壩，下游蓄水壩采用滾水壩（見圖1）。

圖1 雋水河水系及水文站網分布圖

3 常規橡膠壩取水結構

3.1 常規橡膠壩取水結構的組成

橡膠壩整個工程結構主要由3 部分組成：（1）基礎土建部分：包括基礎底板、邊墩、上下游翼墻、上下游護坡、上游防滲鋪蓋、下游護坦、海漫、防沖槽等，這部分的作用是將上游水流平順而均勻地引入并通過橡膠壩，保證水流過壩后不產生淘刷。固定橡膠壩的基礎地板要能抵抗通過錨固系統傳遞到底板的壓力，使壩體得到穩定。（2）擋水壩體：即橡膠壩袋和錨固結構，用水將壩袋充脹后即可調節水位和控制流量。（3）控制及觀測系統：包括充脹壩體的充排設備、安全及觀測裝置等。如空壓機、壓力表、水封管、水位計等。

對于橡膠壩常規取水結構通常是在壩址上游附近地下埋設取水井，取水井采用鋼筋混凝土結構，并在上方開孔，備后期檢修使用。

橡膠壩對水流的攔蓄作用導致壩址上游附近出現泥沙淤積現象，隨著時間的推移，壩前水體泥沙含量逐漸加大，待淤積到一定程度，集水井供水變得困難，充水可靠性降低。為提高集水井的供水保證率，部分工程采用花管或暗渠+集水井的取水結構形式，該種做法是在集水井相對進水管的另一側沿橡膠壩軸線方向布置花管或暗渠，通過增大滲水面積來提高取水可靠性。

3.2 常規橡膠壩取水結構對比

常規橡膠壩取水結構對比見表1。

表1 常規橡膠壩取水結構對比表

鐵柱港橡膠壩位于通城縣郊區，檢修不方便，且屬于山區河流，泥沙含量大，顯然，常規的橡膠壩取水結構不適用于鐵柱港橡膠壩。

4 適合鐵柱港的新型橡膠壩取水結構研究

對于一般工程而言，為保證橡膠壩取水可靠性，通常將取水結構布設在壩址上游附近，但壩址上游附近泥沙含量高，這也是導致取水結構的滲流通道被淤堵的主要原因。對于鐵柱港流域，由于上、下游蓄水壩距離僅475 m，并且下游蓄水壩正常蓄水位85.80 m，高于上游蓄水壩消力池頂高程84.8 m，橡膠壩消力池始終保持有1.0 m 的水深。若將集水井設置在壩體段下游，水流通過壩頂溢流后，下游泥沙含量大大降低，集水井淤泥可能性大大降低，且上下游2 座蓄水壩之間常年均有一定水位，水位和水量均能得到保證。

同時，將集水井與橡膠壩消力池右岸的翼墻結合布置，設計為開敞式結構，采用側向開口進水，集水井進口底坎高程高于消力池底板頂高程，并設置簡易攔污柵，便于檢修維護。下游集水井簡易結構圖如圖2 所示。

圖2 下游集水井簡易結構圖

5 結語

本文結合通城縣城區河道生態治理PPP 項目，設計一種山區河流橡膠壩取水結構方案，提高橡膠壩取水保證率，并且結構安全可靠，檢修維護管理方便，為類似項目集水井設計提供參考。

1）取水結構從橡膠壩壩體下游的消力池內取水，且下游修建有蓄水壩，取水水位和水量能得到有效保證，且淤積的泥沙在橡膠壩塌壩時可以被水流沖走，從而減少取水結構淤積的情況發生。

2）采用混凝土結構建造，設置在橡膠壩消力池右岸的翼墻內部，避免水流沖刷，結構安全可靠，耐久性好。

3）取水結構為開敞式結構，檢修維護管理方便。