周政民 曹曉芬

（承德市武烈河河道管理處 067000）

1 問題的提出

橡膠壩是20世紀50年代末隨著高分子合成材料的發(fā)展而出現(xiàn)的一種新型擋水建筑物。橡膠壩具有型式新穎、外形美觀、結構簡單、管理運用方便、使工期短、投資省、見效快等許多優(yōu)點。在我國已建橡膠壩中，以直墻式堵頭結構的枕式壩袋為主。對于高水頭枕式橡膠壩，橡膠壩充壩運行時，受壩袋本身重力、壩袋與中邊墩岸墻產生的摩擦力等多種因素的影響，致使壩端產生的局部褶皺不能打開，端部壩袋不能全部展開，形成壩袋端部塌肩現(xiàn)象。壩頭塌肩，一是降低橡膠壩的有效壩高，工程效益不能充分發(fā)揮；二是壩袋溢流不均，影響壩體的整體美觀，加速壩袋老化；三是壩袋端頭褶皺處膠布易形成應力集中，久而久之會使膠布過早老化和脫膠，給工程運行帶來隱患。

壩頭塌肩現(xiàn)象在直墻枕式壩袋中是一種普遍現(xiàn)象，壩袋設計高度越高，壩頭塌肩現(xiàn)象越大、越明顯。從已建成的橡膠壩運行情況看，2.0m以下的橡膠壩基本不存在塌肩（見圖1），2.0m以上的橡膠壩塌肩現(xiàn)象普遍存在，尤以4.0m以上的高壩更加明顯（見圖2）。

針對枕式橡膠壩壩頭塌肩現(xiàn)象，多年來，在枕式橡膠壩的設計上進行了有益的探索和嘗試，提出了一些塌肩解決辦法。

a.改進中邊墩施工工藝方式。將中邊墩做磨光處理，在端墻應用鋼絲網水磨石面或在端墻表面涂抹環(huán)氧樹脂，減少壩袋堵頭與中墩的摩擦力；另外抬高端部底板，將靠近兩岸端的壩底板錨固線稍許抬高。

b.采取人工踩踏壩頭方式。將壩袋端部平鋪展開，在充壩過程中，人工及時踩踏端部壩袋，使壩袋盡量不形成褶皺，減少壩頭塌肩。

圖1 承德市武烈河第五道橡膠壩（淺槽壩高2.0m）

圖2 承德市武烈河第五道橡膠壩（深槽壩高3.5m）

c.采取往兩端壩頭充氣方式。首先向壩袋內充水，通過充氣使壩頭端部打開、展平，減少壩端的褶皺，從而減少壩頭塌肩現(xiàn)象。

d.采取在中邊墩安裝自動化起吊設備，解決壩頭塌肩問題。通過起吊設備將端部壩袋在未充壩之前全部展開到設計高度，將壩端褶皺全部打開，解決橡膠壩壩頭塌肩現(xiàn)象。

但這些措施，需要人工現(xiàn)場輔助操作，操作運行受運行條件的限制，沒有從設計根本上解決橡膠壩壩頭塌肩的問題。解決好枕式橡膠壩壩頭塌肩現(xiàn)象，對推動我國橡膠壩技術的全面發(fā)展具有重要的現(xiàn)實意義。

2 解決方法的探討

橡膠壩壩頭塌肩歸根到底，與中邊墩的設計結構、形式有著直接的關系，枕式壩袋在壩頭處產生塌肩，而斜坡式橡膠壩壩袋兩端部不存在塌肩現(xiàn)象，而只在壩袋兩端部起坡點處易出現(xiàn)皺折現(xiàn)象。筆者認為，將兩種設計型式、設計結構結合起來，能夠有效地解決橡膠壩的塌肩的問題。在我國，既有枕式壩袋又有斜坡式橡膠壩，他們各有其優(yōu)、缺點，但在工程的結構布置上又有很多相似之處，不妨進行想象，改進邊坡的連接形式，既保留枕式橡膠壩的連接型式又保留斜坡式橡膠壩的連接型式，將中邊墩設計成斜坡直墻式型式。

2.1 斜坡直墻式連接型式的設想

我國已建橡膠壩高度一般在6m以下，2.0m以上的橡膠壩塌肩現(xiàn)象普遍存在，尤以4.0m以上的高壩更加明顯，而已建成的2.0m以下橡膠壩基本上不存在塌肩現(xiàn)象。斜坡直墻式連接型式的橡膠壩在距離中邊墩1.0m以內起坡，坡比大于1，根據(jù)橡膠壩壩袋的設計高度確定斜坡的高度，通過斜坡連接相對抬高了橡膠壩壩底板的錨固高度，壩袋在斜坡上通過自重直接平鋪于斜坡上，壩袋充水時，壩袋展開的以下部分不會出現(xiàn)褶皺，而是直接緊貼于中邊墩上，上邊剩余壩袋高度控制在2.0m以下。通過以上措施，可從根本上解決橡膠壩塌肩現(xiàn)象。

2.2 斜坡直墻式連接型式的可行性

斜坡橡膠壩的壩袋長度（垂直水流方向）必須等于河床的濕周（這也是壩袋塌壩放水時壩袋平鋪于底板、不阻水的基本要求）。當壩袋充水達到最高點時，壩袋頂點線滿足河道開口要求，因此濕周大于河道開口直線，故壩袋在坡腳處必然產生折皺。而直墻式橡膠壩（枕式橡膠壩）由于壩袋靠堵頭與直墻連接，壩袋不與直墻錨固，當壩袋充水達到最高點時，壩袋頂點線與河道開口相同，壩袋在直線段不產生折皺。但由于壩袋堵頭與側墻之間產生摩擦力，端部壩袋不能全部展開，形成壩袋端部塌肩現(xiàn)象。

斜坡直墻式連接型式既保留了枕式橡膠壩具有的優(yōu)點，同時有兼有斜坡式橡膠壩的優(yōu)點。斜坡直墻式連接型式在距離中邊墩1.0m以內起坡，行洪斷面減少有限，壩袋塌落后，平鋪于壩底板和斜坡上，基本不影響河道行洪。同時斜坡斷面的增加，也更有利于中邊墩的結構穩(wěn)定。此外，所設斜坡段立壩蓄水時全部在水面以下，不影響整個河道景觀。

2.3 斜坡直墻式連接型式對行洪的影響

按照上述設想，假定壩高4.0m，斜坡邊坡比為m=1，則斜坡高度為h1=1m，斜坡坡長為h2=1.414m，h塌高=4－1－1.414=1.586m＜2m，斜坡段面積 S=1/2×1×1×2=1m2，基本不影響行洪。

而斜坡式橡膠壩假定壩高4.0m，斜坡邊坡比為m=1，則斜坡高度為 h1=4m，斜坡段面積 S=1/2×4×4×2=16m2，對行洪有一定影響。

而直墻式橡膠壩假定壩高4.0m，目前設計上采取的措施一般是將靠近兩岸端的壩底板錨固線稍許抬高0.1m左右，斜坡邊坡比為m=1，則斜坡段面積S=1/2×0.1×1×2=0.1m2，對行洪基本沒有影響。

2.4 斜坡直墻式橡膠壩高度的設計（見圖3）

圖3 斜坡直墻式橡膠壩高度設計

設斜坡直墻式橡膠壩的壩高為h≤6m，斜坡邊坡比為m≤1m，假設塌肩靜高度h塌高≤2m，則斜坡段高度應滿足h1=（h－2）/2，斜坡坡長為h2={[（h－2）/2]2+[（h－2）/2m]2}1/2。

斜坡上部與直墻折角處以上壩袋受壩袋自重的影響，自然向下平鋪塌落于斜坡段上，即（h－2）/2+{[（h－2）/2]2+[（h－2）/2m]2}1/2高度以下的壩袋在壩袋升高過程中會平鋪于斜坡墻及中邊墩墻上，不會產生褶皺。（h－2）/2+{[（h－2）/2]2+[（h－2）/2m]2}1/2=h－h(huán)塌高。

將上述已知條件代入上式得：h塌高≤2m，符合設計要求。

斜坡直墻式橡膠壩各段壩高的設計計算結果見下表。

按照以上理論計算，從上表可以看出，當h≤2m時，h塌高≤2m，可以不設斜坡段即為直墻式（枕式）橡膠壩；當 h＞2m 時，設置斜坡段后，h塌高＜2m，滿足設計要求。從計算結果分析來看，設計壩高較高時，坡比選擇大一些，設計壩高較小時，坡比選擇小一些，更符合實際要求。

斜坡直墻式橡膠壩各段壩高設計計算結果表

斜坡直墻式橡膠壩壩袋展開圖（見圖4）設計在斜坡段參照斜坡橡膠壩展開圖進行參數(shù)計算，在直墻段參照直墻式橡膠壩展開圖進行參數(shù)計算。斜坡段上游側最好按照壩袋設計斷面的弧線布置，下游側可按直線布置，若上游側采用折線布置時，則應將上游底板的錨固線向邊坡延伸0.3～0.4m，然后才分布若干段折線向上布置，解決壩袋在轉角處產生折皺問題。

3 結語

圖4 斜坡直墻式橡膠壩壩袋展開圖

斜坡直墻式橡膠壩型式的提出，豐富了橡膠壩的設計型式，解決了橡膠壩塌肩的技術難題，對促進我國橡膠壩技術的發(fā)展，一定會起到積極的促進作用。