劉 良 李華偉 舒劉海 鐘恒昌

一、工程概況

工程位于拉薩市拉薩河城區(qū)段，平均海拔3650m，具有攔蓄環(huán)境水、回補(bǔ)地下水、營造生態(tài)濕地等綜合功能，是創(chuàng)建人水和諧、宜商宜居拉薩水城的重要基礎(chǔ)設(shè)施工程。該工程設(shè)計蓄水位3638.00m，底板高程3635.80m，攔蓄水量102萬m3，回水總長度約1.69km，壩址區(qū)50年一遇設(shè)計行洪流量3330m3/s，100年一遇校核行洪流量3610m3/s。

拉薩河屬于典型的游蕩型河道，整體形態(tài)較順直，橫斷面寬淺，平面上水流散亂呈辮狀，心灘密布，河勢變化無常，主要有以下特點(diǎn)：

（1）洪水：拉薩河流域降水一般發(fā)生在6～9月，占年降水量的85%以上，7～8月兩月更為集中，占年總數(shù)的51%以上，洪水過程歷時一般為5～10d，較大洪水過程可達(dá)15d以上，洪水過程平緩、多峰，漲退緩慢。歷年實測最大1d降水量約為41～45mm，最大3d雨量約為62～85mm。

（2）懸移質(zhì)：根據(jù)拉薩站至2009年實測資料統(tǒng)計，多年平均年輸沙量126萬t，多年平均年侵蝕模數(shù)為48.0t/km2，多年平均含沙量為0.13kg/m3。

（3）推移質(zhì)：拉薩站推移質(zhì)輸沙量，根據(jù)唐加站懸移質(zhì)、推移質(zhì)輸沙量之比及該站懸移質(zhì)輸沙量估算而得為26.3 萬 t。

二、方案選擇

拉薩市是藏傳佛教圣地，歷史文化悠久，風(fēng)俗民情獨(dú)特，是我國重要的旅游城市。方案比選突出與生態(tài)景觀規(guī)劃相協(xié)調(diào)的原則，結(jié)合該工程的功能定位、拉薩河水文泥沙特性以及對于山區(qū)河道的適用性等河道特性，重點(diǎn)選取了節(jié)制閘、橡膠壩及鋼壩閘進(jìn)行壩型比選，考慮工程投資限制及景觀效果要求，對橡膠壩在高海拔地區(qū)多泥沙河流上的應(yīng)用進(jìn)行研究分析，采用工程措施可以解決技術(shù)難題，設(shè)計最終采用橡膠壩方案。

三、橡膠壩設(shè)計

根據(jù)壩址處的河道情況，橡膠壩布置7跨，采用枕式結(jié)構(gòu)，單跨長度72.0m，內(nèi)壓比取1.35，壩高2.2m，隔墩厚度2.0m，橡膠壩段總長516.0m，充、排水方式均采用動力式，單側(cè)設(shè)置充排水泵房，安裝5臺單級單吸泵（4用1備）。調(diào)節(jié)閘布置在橡膠壩右側(cè)，設(shè)5孔，單孔凈寬8.0m。

設(shè)計在采用橡膠壩方案前，組織相關(guān)人員進(jìn)行調(diào)研，并與有關(guān)廠家進(jìn)行技術(shù)交流。針對該工程技術(shù)難題進(jìn)行研究分析，解決壩袋磨損、壩袋防老化和減少頻繁充塌壩等問題，是橡膠壩成功應(yīng)用的關(guān)鍵。

1.壩袋抗磨損措施

拉薩河是多泥沙河流，拉薩河沙量年內(nèi)分配與水量分配相似，極不均勻，汛期（6～9月）沙量約占全年的97%，且往往集中在幾次大洪水過程中。場地卵石粒徑為20～200mm的卵石約占75.5%。因此壩袋磨損和壩前后推移質(zhì)沉積是橡膠壩工程設(shè)計的重點(diǎn)和難點(diǎn)，輕則影響泄洪，重則造成橡膠壩報廢，出現(xiàn)突然失控情況。針對河道情況和壩袋運(yùn)用情況，主要從壩袋、閘底板、堵頭部位和上游設(shè)沉砂池等方面進(jìn)行科學(xué)合理的設(shè)計。

（1）壩袋設(shè)計

橡膠壩壩體為柔性結(jié)構(gòu)，壩袋易被尖銳漂浮物刺破，壩袋受砂卵石的撞擊、與底板之間的磨損等均能造成壩袋的損害。

在設(shè)計過程中，主要從壩袋內(nèi)外壓比和壩袋材料上進(jìn)行選擇。充水式橡膠壩內(nèi)外壓比大多數(shù)選取的范圍為1.25～1.6，從節(jié)省壩袋材料的角度，可選較大的內(nèi)外壓比；從防止堵頭處壩袋塌肩嚴(yán)重的角度，內(nèi)外壓比不宜過大。綜合考慮設(shè)計內(nèi)外壓比選用1.35，壩袋厚度9.9mm。橡膠壩壩袋承載的主體是帆布，過去帆布多采用錦綸6，此次設(shè)計采用性能比錦綸6更優(yōu)越的錦綸66材料；在壩袋膠料選擇上，規(guī)范要求外膠層磨耗量（阿克?。┎淮笥?.8cm3/1.61km，為增加壩袋耐磨性，通過改進(jìn)壩袋外膠層材料特性，可使外膠層磨耗量（阿克?。┎淮笥?.4cm3/1.61km。

（2）閘底板設(shè)計

該工程推移質(zhì)卵石含量較大，壩袋下游面在塌壩泄洪時，壩袋會產(chǎn)生脈動，塌落線部位壩袋與底板間的接觸磨損是泄洪時壩袋脈動拍打底板造成的，由于水流流態(tài)復(fù)雜，經(jīng)常會有卵石、砂礫等卷入壩袋與底板之間造成磨損加劇，有些帶有鋒利棱角的塊石甚至直接磨破壩袋。

在底板設(shè)計時，根據(jù)現(xiàn)狀地形情況，適當(dāng)抬高壩底板頂高程，盡可能地阻礙推移質(zhì)從壩袋上部通過，同時壩底板抬高后過壩流速加大，可減小推移質(zhì)在壩袋頂部的磨損時間。

壩底板表面采用磨光處理，并在壩袋下游塌落線范圍外采用1∶4斜坡直接與消力池底板相銜接，增加壩底板的光滑度，保證砂卵石不積聚在底板上，從而減緩壩袋磨損。

橡膠壩底板采用C25鋼筋混凝土平底板，底板表層設(shè)0.4m厚的C40耐磨混凝土，提高壩底板表面強(qiáng)度，從而避免壩底板磨損造成壩袋損壞。

（3）堵頭部位設(shè)計

堵頭式橡膠壩兩端是通過擠壓兩側(cè)墩墻進(jìn)行止水，兩端與墩墻的接觸面范圍大，壩袋在塌落泄洪時會與兩側(cè)墩墻面不停摩擦，如果墩墻不夠平整光滑，容易引起磨損；另外半壩運(yùn)行時此部位容易產(chǎn)生褶皺，會導(dǎo)致應(yīng)力集中，將壩袋撕裂。

為減輕橡膠壩袋兩端與墩墻結(jié)合部位出現(xiàn)塌肩現(xiàn)象，引起局部溢流，影響橡膠壩的正常運(yùn)行，設(shè)計將靠近兩岸端（中墩）按1∶10抬高0.3m，并將壩袋嵌入墩墻內(nèi)，采用1∶2水泥砂漿抹平壓光堵頭與墩墻之間的縫隙，壩袋安裝后，端墻采用M10砂漿砌磚填充，表面采用M20砂漿抹面。

為減輕橡膠壩堵頭在隔墩處磨損，在隔墩與壩袋結(jié)合面處設(shè)復(fù)合不銹鋼飾面，復(fù)合層采用不銹鋼12Cr18Ni9Si3，厚 3mm，基材采用Q235B，厚 9mm，寬 6.0m，高 1.2m。施工時要求先安裝龍骨，固定牢靠后，再焊接不銹鋼板，并要求不銹鋼板為整體，保證不銹鋼面平整光滑，從而減小隔墩對壩袋的磨損。

（4）上游修建沉砂池

橡膠壩上游修建沉砂池，沉沙池附近由于流速較小，使推移質(zhì)盡可能沉積，減少過壩推移質(zhì)，阻礙泥砂向前推進(jìn)，但拉薩河推移質(zhì)含量大，極易淤積攔砂池，需定期進(jìn)行清理。

2.壩袋防老化措施

橡膠壩老化主要表現(xiàn)為壩袋膠布的表層老化，其使用壽命與氣候、使用條件、受力狀況以及壩袋質(zhì)量、厚度等因素有關(guān)。拉薩地區(qū)紫外線強(qiáng)度較大，太陽輻射紫外光具有很高的能量，會引起橡膠壩發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)，使分子鏈斷裂，加速壩袋老化；另外橡膠壩在水中容易吸水膨脹或發(fā)生水解反應(yīng)，也會加速壩袋老化。

根據(jù)以往的經(jīng)驗和研究分析，增加壩袋外層膠厚度和對外層膠防護(hù)是延長壩袋使用壽命的關(guān)鍵，主要因為外層膠具有良好的水、氣密性外，還能防止帆布老化。

針對該工程特點(diǎn)，設(shè)計主要通過增加外層膠厚度和防護(hù)措施來解決壩袋老化問題。規(guī)范規(guī)定外層膠厚度選擇應(yīng)大于2.5mm，從壩袋總體厚度考慮，設(shè)計采用外膠層厚度4.0mm。防護(hù)措施包括化學(xué)防護(hù)和物理防護(hù)。化學(xué)防護(hù)措施主要有在壩袋膠料中添加抗氧劑、抗臭氧劑、紫外線吸收劑等外加劑；物理防護(hù)措施主要采用耐老化、耐腐蝕、抗磨損、抗凍性及耐水性等性能優(yōu)異的氯丁橡膠膠料。

3.設(shè)置調(diào)節(jié)閘的必要性

傳統(tǒng)設(shè)計的橡膠壩多采用橡膠壩充坍壩來調(diào)節(jié)流量，調(diào)度不靈活，有時小流量就要塌壩運(yùn)行，不但浪費(fèi)水源和增加運(yùn)行費(fèi)用，而且影響工程景觀效果。

該工程將拉薩河作為寶貴的景觀資源加以利用，打造濱河生態(tài)旅游帶，帶動城區(qū)向南拓展，有利于拉薩城市總體規(guī)劃的實施。拉薩河流域降水一般發(fā)生在6～9月，剛好又是拉薩旅游旺季，在不影響行洪的情況下，延長橡膠壩運(yùn)行時間很關(guān)鍵。根據(jù)歷年行洪流量分析，考慮工程投資和景觀要求，布置3孔調(diào)節(jié)閘，橡膠壩在設(shè)置調(diào)節(jié)閘情況下行洪流量700m3/s以下可不塌壩運(yùn)行。

調(diào)節(jié)閘的主要功能是調(diào)節(jié)流量，調(diào)節(jié)壩上蓄水位，避免頻繁充坍壩，同時兼顧沖砂。在橡膠壩檢修期間，渲泄上游來水；在橡膠壩擋水期間，調(diào)節(jié)閘可以通過控泄的方式，調(diào)節(jié)壩上蓄水位，或者渲泄較大頻率的中小洪水；在行洪期間，調(diào)節(jié)閘與橡膠壩可同時過流。在河道主槽建調(diào)節(jié)閘，利用上游來水進(jìn)行沖砂，灘地修建橡膠壩，可減小橡膠壩壩袋磨損，拉薩河壩址處河道主槽位于右岸，故在右岸設(shè)置調(diào)節(jié)閘進(jìn)行沖砂。

在橡膠壩右側(cè)設(shè)置調(diào)節(jié)閘，橡膠壩壩頂溢流最大溢流量375m3/s，調(diào)節(jié)閘控泄流量400m3/s，保證非汛期橡膠壩基本不需塌壩。

四、實施效果

該工程投入使用2年來，經(jīng)歷多次洪水考驗，最大行洪流量2200m3/s，洪水過后，經(jīng)檢查壩袋外觀情況良好，磨損輕微，壩袋下游底板下有極少量砂卵石。小流量采用調(diào)節(jié)閘調(diào)節(jié)，減少頻繁充坍壩，既節(jié)能又保證了工程景觀■