橡膠壩在濰河治理工程中的應(yīng)用

紀詩聞，呂文翠，張 玉

（青島市水利勘測設(shè)計研究院有限公司，山東濟南250013）

1 概述

橡膠壩是利用專門的硫化設(shè)備，經(jīng)過特定工藝流程，將帆布等骨架材料和各層橡膠同時進行硫化，并按照設(shè)計尺寸加工制作成壩袋，錨固在底板或者端墻上形成的封閉袋體，充入水體或氣體以調(diào)節(jié)其自身升降的一種擋水建筑物。我國于1966年6月建成第一座橡膠壩—北京右安門橡膠壩，之后橡膠壩逐漸被運用于低水頭、不同跨度的攔河工程中。與同等規(guī)模的閘壩相比，橡膠壩具有節(jié)省材料、結(jié)構(gòu)簡單、不阻水、施工周期短、管理便利等特點，運用于工程當中不僅可以縮短工期，也能夠節(jié)省投資，具有明顯的經(jīng)濟效益。同時，橡膠壩在提升和改善生態(tài)環(huán)境方面也更具優(yōu)勢。

2 項目概況

濰河發(fā)源于臨沂市沂水縣，在昌邑市下營鎮(zhèn)注入渤海灣，干流全長222.00 km，流域面積為6 502 km2。多年來，濰河中下游大部分河段已經(jīng)完成治理工作，僅剩諸城市東起西環(huán)路、西至枳溝鎮(zhèn)普慶社區(qū)段滾水橋，共14.31 km河段尚未系統(tǒng)治理，現(xiàn)狀河道堤身單薄且部分堤防缺失，河道沖刷嚴重，建筑物老化且配套差，道路管理不完善，河道生態(tài)環(huán)境較差。通過對該段河道進行治理，可與上、下游已治理河段構(gòu)成完整的防洪系統(tǒng)，聯(lián)合實現(xiàn)防洪效益。為保護沿河兩岸居民的生命財產(chǎn)安全，提升改善生產(chǎn)生活條件和河道生態(tài)環(huán)境，根據(jù)國家相關(guān)規(guī)劃，同意實施濰河治理工程。

工程建設(shè)包括：恢復(fù)和加固堤防，護砌險工段，改建加固穿堤建筑物，新建跨支流防汛橋梁、橡膠壩、防汛道路等。其中橡膠壩主要由上下游連接段、橡膠壩段及充排水系統(tǒng)等組成。

3 主要設(shè)計

3.1 橡膠壩土建結(jié)構(gòu)設(shè)計

橡膠壩共布置3孔，中孔為矩形斷面，邊孔為梯形斷面。底板為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，邊墩為鋼筋混凝土坡式擋土墻結(jié)構(gòu)，中墩為鋼筋混凝土懸臂式結(jié)構(gòu)，利用壓板將壩袋錨固在鋼筋混凝土底板及邊墩鄰水側(cè)斜坡上。上游河道設(shè)集水井，并在河底埋設(shè)6根無砂混凝土管連通集水井。灘地設(shè)取水井，取水井內(nèi)布置充水潛水泵，取水井與集水井之間通過引水管相連通。為滿足橡膠壩的運行管理需要，于左岸堤坡內(nèi)設(shè)充排水泵房，泵房內(nèi)布置強自吸離心排水泵，作為壩袋排水泵。

3.2 橡膠壩壩袋設(shè)計

3.2.1 壩袋內(nèi)壓比

橡膠壩壩袋內(nèi)壓高度同壩袋設(shè)計高度的比值為內(nèi)壓比，由GB/T 50979-2014《橡膠壩工程技術(shù)規(guī)范》（以下簡稱《規(guī)范》）可知，充水式壩袋內(nèi)壓比適合選用的范圍為1.25～1.60。一般工況下，橡膠壩在運用過程中內(nèi)壓比無需選取大值，因此此次設(shè)計選用內(nèi)壓比為1.30。

3.2.2 壩袋徑向強度

根據(jù)《規(guī)范》，壩袋徑向強度按下式計算：

式中：T——壩袋徑向計算強度，kN/m；γ——水的容重，kN/m3；a——內(nèi)壓比；H1——設(shè)計壩高，m。

經(jīng)計算，壩袋徑向強度為54.76 kN/m。

3.2.3 壩袋幾何尺寸

橡膠壩設(shè)計壩高為3.70 m，單跨長度為60.00 m，按照《規(guī)范》充水式橡膠壩相關(guān)計算公式可得，壩袋上游貼地段長度為4.777 m，壩袋下游貼地段長度為2.174 m，壩袋有效周長為13.05 m，壩袋總周長為14.05 m，壩袋容積為23.55 m3/m。

3.2.4 壩袋膠布結(jié)構(gòu)設(shè)計

壩袋膠布的材料主要包括帆布及橡膠，橡膠具有膠合密封的功能，且對受力帆布具有保護作用。壩袋膠料要符合：耐老化、耐腐蝕、耐磨損、耐水性好；有足夠的強度；在寒冷地區(qū)要有抗凍性；壩袋所采用的膠料應(yīng)滿足《規(guī)范》相關(guān)規(guī)定。壩袋膠布要符合：有足夠的抗拉強度和抗撕裂性能；柔曲性、耐疲勞性、耐水浸泡及耐久性好；與橡膠的粘合性較好；重量輕、加工工藝成熟；膠布的層膠厚度應(yīng)達到其抗?jié)B、耐磨以及耐久性的要求。

結(jié)合以往工程經(jīng)驗，壩袋膠布選用綿綸帆布。根據(jù)SL 554-2011《橡膠壩壩袋》選用壩袋型號為JBD4.0-300300-2，膠布型號為J300300-2，壩袋選用兩布三膠的結(jié)構(gòu)形式，膠布層數(shù)為兩層。膠布外覆蓋膠、夾層膠、內(nèi)覆蓋膠厚度分別為3.5，0.5，2.5 mm，考慮25%膠布強度損失后膠布強度為360 kN/m。

3.3 橡膠壩錨固設(shè)計

錨固是確保橡膠壩壩袋安全的一道重要工序，錨固牢固與否直接影響到橡膠壩能否安全運行。該工程錨固線采用上下游布置的雙線錨固，錨固型式為螺栓壓板式錨固，其組件包括螺栓、墊板和壓板。根據(jù)壩袋錨緊形式的不同，有穿孔錨固及不穿孔錨固兩類。穿孔錨固是在對應(yīng)于底板上錨固螺栓部位的壩袋上做標記，然后打孔，再將壩袋套在螺栓上，裝上壓板，用螺母擰緊。穿孔錨固所用膠布及錨件較不穿孔錨固的短，約為其50%，現(xiàn)工程中應(yīng)用較多。

考慮到經(jīng)濟情況，該工程根據(jù)《規(guī)范》有關(guān)公式并參考相關(guān)工程經(jīng)驗，選取穿孔錨固的型式，其主要工作內(nèi)容是設(shè)計螺栓直徑、長度、間距和壓板的結(jié)構(gòu)尺寸。

3.4 充排水系統(tǒng)設(shè)計

橡膠壩壩前河道內(nèi)設(shè)1眼集水井，集水井集水量要求不小于160 m3/h。集水井與灘地取水井連通，充水潛水泵設(shè)在取水井內(nèi)，2臺潛水泵同時運行，充水流量為80 m3/h，揚程為7 m，選取充水潛水泵型號為80WQ70-7-3。排水泵設(shè)在河道左岸泵房內(nèi)，2臺排水泵同時運行，排水流量為2 000 m3/h，揚程為8 m，選取排水泵型號為400/400SWB2000/8-75。

橡膠壩共設(shè)計3孔，為保證3孔壩袋的水壓平衡和壩袋安全，在每座中墩處設(shè)平壓連通管2根和溢流管1根，溢流管與連通管相連接，其出口高程需滿足壩袋內(nèi)外壓比的要求。為防止洪水從溢流管向壩袋倒灌，每處溢流管設(shè)止回閥1個。

4 橡膠壩在工程中的具體作用

1）保證農(nóng)業(yè)灌溉用水需求

根據(jù)調(diào)節(jié)計算，該橡膠壩在最高蓄水位61.6 m，對應(yīng)60萬m3庫容時，50%灌溉用水保證率最大。可灌溉面積為0.182萬hm2，90%生態(tài)用水保證率最大可灌溉面積為0.118萬hm2，工程建設(shè)后可滿足地方農(nóng)田灌溉用水的需求。

2）提升改善當?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境

保護資源、修復(fù)生態(tài)、改善水環(huán)境是濰河治理工程建設(shè)的重要任務(wù)。在確保工程安全、防洪安全的前提下，通過建設(shè)橡膠壩攔蓄汛期尾水，營造河道生態(tài)水面、維持生態(tài)水深，同時涵養(yǎng)兩岸水源并補充地下水，進而提升改善流域水環(huán)境，促進生態(tài)系統(tǒng)的良性發(fā)展。

5 結(jié)語

此次濰河綜合治理工程在確保防洪安全的基礎(chǔ)上，通過建設(shè)橡膠壩攔蓄汛期尾水，為兩岸水源涵養(yǎng)和農(nóng)田灌溉提供水源，改善流域水環(huán)境，維持生態(tài)平衡，具有明顯的生態(tài)效益。同時由于橡膠壩能節(jié)省材料，且結(jié)構(gòu)簡單、不阻水、施工周期短、管理便利，運用于工程當中不僅可以縮短工期，同時也能夠節(jié)省資金，具有明顯的經(jīng)濟效益。