摘要：橡膠壩是以高強(qiáng)合成纖維織物和高強(qiáng)橡膠制成的薄殼柔性水工建筑物，通過將壩袋錨固在底板上，形成密封袋形，充入水或氣形成水壩，具有構(gòu)造簡(jiǎn)單、造價(jià)低、抗震性能好等優(yōu)點(diǎn)。本文從橡膠壩壩袋設(shè)計(jì)、錨固系統(tǒng)設(shè)計(jì)及控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)三方面闡述了充氣式橡膠壩在某水利樞紐上的應(yīng)用，從而說明該橡膠壩工程既能滿足河道防洪與農(nóng)業(yè)灌溉用水要求，又能滿足城市景觀要求，在類似工程上值得借鑒和推廣。

關(guān)鍵詞：水利工程;充氣式橡膠壩;設(shè)計(jì)

1前言

橡膠壩是利用高強(qiáng)合成纖維織物作為受力骨架，內(nèi)外涂敷合成橡膠作粘結(jié)保護(hù)層，加工成膠布，按要求的尺寸，錨固在基礎(chǔ)底板上，用水或氣壓力充脹起來，形成擋水壩。橡膠壩主要適用于低水頭、大跨度的閘壩工程，如用于水庫(kù)溢洪道上作為閘門或活動(dòng)溢流堰，以增加水庫(kù)庫(kù)容及發(fā)電水頭;用于河道上作為低水頭、大跨度的滾水壩或溢流堰，可以不用常規(guī)閘的啟閉機(jī)、工作橋等;用于渠系上作為進(jìn)水閘、分水閘、節(jié)制閘，能夠方便地蓄水和調(diào)節(jié)水位和流量;用于城區(qū)園林工程，采用彩色壩袋，造型優(yōu)美，線條流暢，可為城市建設(shè)增添一道優(yōu)美的風(fēng)景。

2 工程概況

某充氣式橡膠壩工程是集農(nóng)業(yè)灌溉、水產(chǎn)養(yǎng)殖及城市景觀于一體的綜合利用水利工程。橡膠壩工程混凝土底板高程為775.8m;設(shè)計(jì)水位為778.5米，壩頂應(yīng)比正常水位高0.1～0.2m，取778.7m;壩高2.9m，壩長(zhǎng)75m。本橡膠壩工程定為四等工程，橡膠壩、控制室分別為4級(jí)建筑物。根據(jù)國(guó)家《防洪標(biāo)準(zhǔn)》（GB50201-94），河段設(shè)計(jì)防洪標(biāo)準(zhǔn)為20年一遇，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為50年一遇。橡膠壩采用同標(biāo)準(zhǔn)，壩址處設(shè)計(jì)洪峰流量為QP=5%=102m3/s，校核洪峰流量為QP=2%=160m3/s。

3 充氣式橡膠壩壩袋設(shè)計(jì)

3.1壩袋結(jié)構(gòu)型式設(shè)計(jì)

單袋式是按照設(shè)計(jì)壩高安裝一個(gè)袋囊，達(dá)到擋水高度，多用于壩高較低的工程，是目前國(guó)內(nèi)外通常采用的壩型。本工程設(shè)計(jì)壩高為2.9m，單跨充氣式壩型，采用單壩袋。

根據(jù)調(diào)查，充氣式橡膠壩采用的設(shè)計(jì)內(nèi)外壓比范圍是0.75～1.10之間。從運(yùn)用角度出發(fā)，沒有特別要求時(shí)，內(nèi)壓比無需選擇太大。從強(qiáng)度角度講，壩高較小時(shí)，強(qiáng)度的選擇基本不受材料限制，內(nèi)壓比選擇幅度很大，為節(jié)省壩袋材料，可選取較大值。而高壩的強(qiáng)度選擇受材料限制很大，宜選取較小值。在內(nèi)壓比選擇幅度較大時(shí)，內(nèi)外壓比的選擇應(yīng)經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后確定。本工程的壩袋設(shè)計(jì)內(nèi)外壓比取1.0。

3.2 壩袋設(shè)計(jì)計(jì)算

由于橡膠壩的設(shè)計(jì)壩高H=2.9m;壩袋的設(shè)計(jì)內(nèi)外壓比=1。查《橡膠壩技術(shù)規(guī)范》中充氣式橡膠壩壩袋設(shè)計(jì)參數(shù)表，計(jì)算得：壩袋徑向計(jì)算強(qiáng)度T=45KN/m;上游壩面曲線段長(zhǎng)度S1=3.902m;下游壩面曲線段長(zhǎng)度S=4.555;壩袋貼地段長(zhǎng)度D=1.737m;壩袋有效周長(zhǎng)L0=S+S1+D=10.194m，壩袋單寬容積V=7.51m3/m。

3.3 壩袋膠布結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

選用壩袋型號(hào)JBD3.0-220-2，壩袋膠布型號(hào)為J220110-2。壩袋為一布兩膠，膠布層數(shù)為兩層，外層膠厚為4.50mm，內(nèi)層膠厚為4.00mm。壩袋膠布的徑向強(qiáng)度為600KN/m，考慮20%膠布強(qiáng)度損失后為480KN/m。壩袋強(qiáng)度安全系數(shù)K=480/45=10.67>8.0，滿足設(shè)計(jì)要求。

4 橡膠壩錨固系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

橡膠壩是將壩袋錨固在基礎(chǔ)底板和邊墩上，充氣將壩袋充脹，構(gòu)成可升高擋水和降低泄流的工程。錨固是橡膠壩工程的關(guān)鍵組成部分，錨固系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)包括錨固線的布置、錨固結(jié)構(gòu)形式的選擇和錨固構(gòu)件設(shè)計(jì)制造。

本工程橡膠壩采用單錨固線進(jìn)行壩袋錨固。錨固線的位置是在離上游底板（順?biāo)鞣较颍┑拈L(zhǎng)度為0.5～1.0m處，是為了安裝壩袋檢查維修所需設(shè)的交通道的寬度。本橡膠壩采用穿孔錨固的方法和螺栓壓板式錨固。

螺栓壓板式錨固的構(gòu)件由螺栓壓板及墊板組成。橡膠壩設(shè)計(jì)壩高為2.9m，為增強(qiáng)壓板單位面積的壓強(qiáng)，在壓板底面邊緣焊兩條直徑為15mm的鋼筋，以增加壓板與膠布的摩擦力，壓板截面型式采用曲線性。錨栓和剛壓板材質(zhì)可采用Q235鋼制成，錨栓為粗制，螺紋為粗牙。

5 橡膠壩控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

橡膠壩袋的充排方式，有動(dòng)力式和混合式兩種。本橡膠壩采用動(dòng)力式，用空壓機(jī)將壓縮空氣充進(jìn)儲(chǔ)氣罐，然后打開進(jìn)氣閥，空氣經(jīng)管道充進(jìn)壩袋，帶充氣至設(shè)計(jì)壩高時(shí)關(guān)閉進(jìn)氣閥。打開排氣閥排氣即可調(diào)節(jié)壩高。

該工程充氣時(shí)間無特殊要求故按照經(jīng)驗(yàn)取排氣時(shí)間為2小時(shí)，則排氣量為Q=4.7m3/min。選擇鼓風(fēng)機(jī)型號(hào)為：L型系列羅茨鼓風(fēng)機(jī)，轉(zhuǎn)速為n=2900r/min，軸功率為6.46kW，沖脹和排空管道直徑選擇D=100mm。

6 結(jié)語(yǔ)

橡膠壩工程具有節(jié)省三材、造價(jià)低、抗震性能好及結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝速度快、操作靈活等特點(diǎn)，本工程采用橡膠壩取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。同時(shí)，它又具有堅(jiān)固性較差、容易被尖銳漂浮物刺破、易老化及檢修不便等不足之處。但只要在施工過程中嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)，運(yùn)行管理中勤于檢查與養(yǎng)護(hù)，完全可以延長(zhǎng)壩袋使用壽命。隨著材料科學(xué)技術(shù)的發(fā)展及壩袋生產(chǎn)技術(shù)水平的提高，橡膠壩將得到更廣泛的應(yīng)用。

作者簡(jiǎn)介：邢俊海（1974- ）男，新疆和靜縣人，大學(xué)本科，工程師，主要從事水利工程及水政水資源管理工作。