淺談橡膠壩在城區(qū)河道上的應(yīng)用

曾 鵬

淺談橡膠壩在城區(qū)河道上的應(yīng)用

曾 鵬

福清市港口建設(shè)發(fā)展中心

介紹了福清市結(jié)合龍江流域河道綜合整治工程，在城區(qū)河道上設(shè)置橡膠壩攔河蓄水，既達(dá)到了美化城區(qū)水環(huán)境，提升城市品位的目的，又不影響河道的防洪標(biāo)準(zhǔn)，且運(yùn)行管理方便，社會效益顯著，有一定的推廣應(yīng)用價值。

橡膠壩 運(yùn)行 結(jié)構(gòu)設(shè)計 適用范圍

1 前言

橡膠壩，又稱橡膠水閘，是用高強(qiáng)度合成纖維織物做受力骨架，內(nèi)外涂敷橡膠作保護(hù)層，加工成膠布，再將其錨固于底板上成封閉狀的壩袋，通過充排管路用水（氣）將其充脹形成的袋式擋水壩。可在枯水期充水成壩蓄水，滿足用水及美化環(huán)境的需求；汛期排空壩內(nèi)水，塌壩過洪，不影響河道行洪。它是一種造價低、工期短、耐久性強(qiáng)、抗震性能強(qiáng)、美化環(huán)境效果好的的新壩型，已被廣泛應(yīng)用于灌溉、發(fā)電、防洪、城市美化等方面。本文結(jié)合福清城區(qū)龍江流域南門河道整治工程設(shè)置橡膠壩實例，闡述了橡膠壩在城區(qū)河道的成功應(yīng)用、橡膠壩的適用范圍以及它的運(yùn)行和管理等。

2 工程概況

福清市地處沿海，地勢平坦，人口密集。龍江是福清的最大河流，發(fā)源于莆田市境內(nèi)的瑞云山脈，由西向東橫貫福清市全境，流入本市后經(jīng)東張、宏路、城關(guān)、?？阪?zhèn)，注入福清灣。干流全長62公里，流域面積538平方公里，在福清境內(nèi)長35.51公里,流域面積474平方公里。龍江流域支流（太城溪、大北溪、可洛溪）成樹枝狀繞經(jīng)福清城區(qū)于融城南門河段相匯后流向海口，注入福清灣。福清南門河水豐枯懸殊，汛期洪峰流量大，枯水期流量小，常造成城區(qū)河床裸露，加上河道兩岸工業(yè)生活污水的排放，城區(qū)河道臟亂現(xiàn)象較為嚴(yán)重，影響城區(qū)環(huán)境美化。隨著福清城區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，對城市環(huán)境的要求不斷提高，整治龍江流域南門河段、改善水環(huán)境成為福清市民關(guān)注的熱點(diǎn)問題，也引起省市有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)的高度重視。因此，我市于1996年就著手進(jìn)行龍江流域南門河道整治，并在城區(qū)南門河段興建攔河閘壩，平時攔河蓄水形成景觀水面，同時攔截海水倒灌，改善水質(zhì)；汛期洪水來時又能正常過洪，通過橡膠壩結(jié)合平板閘門攔河蓄水，形成一個人工湖面，水面達(dá)17萬平方米，蓄水量達(dá)40多萬方，大大美化了城區(qū)環(huán)境，提高城市了品位。

3 攔河壩方案選擇

3.1 傳統(tǒng)的攔河閘

傳統(tǒng)的攔河閘有固定式和活動式兩類。固定式攔河閘在大流域江河上應(yīng)用較多，具有跨度大、控制水位高等特點(diǎn)，但造價高、工期長，其閘墩、啟閉機(jī)架等結(jié)構(gòu)阻水嚴(yán)重，降低了河道的行洪能力，需加高河道防洪堤。傳統(tǒng)活動式的攔河閘有魚鱗閘和翻板閘兩種，這兩種閘具有造價較低、控制水位靈活等特點(diǎn)，但可控制水位較低（一般控制水位低于1.5m）、止水效果差、工期較長、同時美化環(huán)境效果也較差，尤其是翻板閘與城區(qū)環(huán)境難以協(xié)調(diào)一致。

3.2 橡膠壩

橡膠壩運(yùn)用條件與水閘相似，與常規(guī)閘壩相比又有以下特點(diǎn)：

3.2.1造價低。橡膠壩的造價與同規(guī)模的常規(guī)閘相比，一般可以減少投資30％～70％，造價較低，這是橡膠壩的突出優(yōu)點(diǎn)。

3.2.2施工期短。橡膠壩袋是先在工廠制造，然后現(xiàn)場安裝，施工速度快，一般3～15天即可安裝完畢，整個工程結(jié)構(gòu)簡單，工期一般為3~6個月。

3.2.3節(jié)省三材。橡膠壩袋是以合成纖維織物和橡膠制成的薄柔性結(jié)構(gòu)，代替鋼木及鋼筋磚結(jié)構(gòu)，由于不需要修建中間閘墩、工作橋和安裝啟閉機(jī)具等鋼和鋼筋磚水上結(jié)構(gòu)，并簡化水下結(jié)構(gòu)，因此三材用量顯著減少，一般可省鋼材30％～50％，水泥50％左右，木材60％以上。

3.2.4不阻水。橡膠壩袋內(nèi)水泄空后，緊貼在底板上，不縮小原有河床斷面，無需建閘墩、啟閉機(jī)架等結(jié)構(gòu)，基本上不阻水。止水效果好，壩袋錨固于底板和岸墻上，能達(dá)到基本不漏水。

3.2.5耐久性好。壩袋表面用氯磺酸化聚乙烯合成橡膠（氯錫酸鹽聚乙烯橡膠）做涂層，可增強(qiáng)抵抗陽光照射的能力，大量科學(xué)試驗表明，橡膠壩的設(shè)計年限至少有40年。

3.2.6抗震性能好。橡膠壩的壩體為柔性薄殼結(jié)構(gòu)，富有彈性，抗沖擊彈性40％左右，伸長率達(dá)60％，具有以柔克剛的性能，能抵抗強(qiáng)大的地震破壞和特大洪水的波浪沖擊。

3.2.7維修少，管理方便。橡膠壩裝置的結(jié)構(gòu)簡單，維修管理方便。

3.3 方案選擇

福清龍江流域南門河道，是福清城區(qū)的重要泄洪河段，上游有大型東張水庫及數(shù)座?。ㄒ唬┬退畮?，汛期洪峰流量大。同時結(jié)合攔河壩設(shè)置處河段的地質(zhì)、地形，工程閘壩址地形呈兩岸高、中間低的地勢。屬典型的河床—河漫灘地貌，河道斷面中部含粘性土圓礫，兩側(cè)為淤泥質(zhì)土。河道斷面為復(fù)式斷面，中間主河道較深，兩側(cè)行洪區(qū)較淺，為節(jié)省工程投資，降低工程造價，工程建設(shè)因地制宜，在中間河道較深處設(shè)置平板擋水閘，兩側(cè)較淺行洪區(qū)設(shè)置橡膠擋水壩。根據(jù)河道的斷面形狀，結(jié)合橡膠壩上述特點(diǎn)，因此河道中部選擇平板閘門，兩側(cè)選擇橡膠壩作為攔河壩型。

4 橡膠壩結(jié)構(gòu)設(shè)計

4.1 工程布置

福清市內(nèi)河整治工程平板門水閘工程、橡膠壩工程位于福清龍江下游南門橋下游側(cè)，平板門水閘工程由閘室、消力池、上下游護(hù)坦和啟閉房組成。兩側(cè)橡膠擋水工程由橡膠壩、消力池、上下游護(hù)坦及水泵房組成。

4.2 橡膠壩

橡膠壩位于平板門水閘兩側(cè)，長度均為31.3m，合計全長62.2 m。壩基采用C20鋼筋砼，厚1.0m，底板高程3.0m，寬度10 m，橡膠壩為枕式壩型，壩袋為二布三膠，厚5.3㎜，錨固方式采用雙錨線，分別在壩袋貼地的上、下游側(cè)錨圖，相距3.0m，錨固結(jié)構(gòu)型式為孔壓板式。單個壩袋設(shè)計總?cè)莘e為284.8m3，壩頂預(yù)留0.2m的溢流水深，以便下泄日常來水，橡膠擋水壩壩高2.3m，擋水深2.3~2.5m，壩袋選用充水式橡膠壩，水源采用城區(qū)自來水，由城區(qū)供水管網(wǎng)接水泵房進(jìn)行自流充水，塌壩時采用水泵抽排。下游消能設(shè)施消力池長8 m，上游護(hù)坦長26 m，下游護(hù)坦長61 m。

4.3 水泵房

水泵房布置在橡膠壩兩側(cè)岸，尺寸為7m×3m×9.5 m（長×寬×高），采用磚混結(jié)構(gòu)，內(nèi)設(shè)置有集水井、水泵、控制閘及輸水管等。

5 橡膠壩的運(yùn)行和維護(hù)

5.1 運(yùn)行

橡膠壩充水是由外接DN200mm自來水管放水至水泵房水池中，通過DN400mm總管和兩個DN300mm的水帽將水池里的水充至橡膠壩壩體中，約需3小時完成；排水時，通過設(shè)在水池里的2臺潛水泵（左右各2臺）將橡膠壩里的水抽出排至下游河道中，1小時即可完成塌壩。橡膠壩的內(nèi)壓觀測，由壓力觀測裝置通過直接管與控制室相通，從標(biāo)尺直接讀取。

5.2 維修

橡膠壩能否充分發(fā)揮效益，除了有合理的規(guī)劃、設(shè)計、施工以外，加強(qiáng)對工程的管理和維護(hù)是十分重要的。橡膠壩和其它的水工建筑物一樣，均需十分重視其運(yùn)行管理、維修保養(yǎng)，克服重建輕管的思想。但是橡膠壩的維修非常簡單，基本故障可自行解決，對于重大的修理問題，很容易得到制造廠家的技術(shù)支持。橡膠壩的維護(hù)包括抽排水系統(tǒng)的維修及壩體的維護(hù)。抽排水系統(tǒng)應(yīng)定期檢查維修。壩體維護(hù)主要是清除粘附在壩體上的粘土和廢渣，平時在蓄水過程中，粘土和廢渣可能會粘附在壩體上，使壩外觀難看，用清潔水洗刷表面，即可把壩體清洗干凈。

6 橡膠壩的適用范圍

福清市城區(qū)龍江下游南門段河道于1997年建成橡膠壩，至今已12年多，運(yùn)行管理非常方便，平常通過充壩蓄水，形成水面, 汛期塌壩過洪，不影響河道的行洪條件。它的建成極大地改善了福清市區(qū)的河道景觀，美化環(huán)境，運(yùn)行至今，狀態(tài)良好，起到了沖污、泄洪、美化城區(qū)景觀的良好效果。筆者認(rèn)為，橡膠壩的適用范圍非常廣泛，它不僅廣泛用于灌溉、發(fā)電、防洪、城市園林美化等各個領(lǐng)域，也可以作攔河閘壩、分水閘、節(jié)制閘、溢洪道、橡膠渡槽以及施工圍堰、丁壩、順壩等。

6.1 用于水庫溢洪道上的閘門或活動溢流堰，以增加庫容及發(fā)電水頭，工程效益十分顯著。從水力學(xué)和運(yùn)用條件分析，建在溢洪道或溢流堰上的橡膠壩，壩后緊接陡坡段，無下游回流頂托現(xiàn)象，袋體不易產(chǎn)生顫動。在洪水季節(jié)，大量推移質(zhì)已在水庫沉積，過流時不致磨損壩袋，即使有漂浮物流過壩體，因為有過壩水層保護(hù)堰頂急流，也不易發(fā)生磨損。

6.2 用于河道上的低水頭溢流壩或活動溢流堰、平層河道。其特點(diǎn)是：水流比較平穩(wěn)，河道斷面較寬，宜建橡膠壩，它能充分發(fā)揮橡膠壩跨度大的優(yōu)點(diǎn)。

6.3 用于渠系上的進(jìn)水閘、分水閘、節(jié)制閘等工程建在渠系的橡膠壩。由于水流比較平穩(wěn)，袋體柔性、止水性能好，能保持水位和控制壩高來調(diào)節(jié)水位和流量。

6.4 用于沿海岸作防浪堤或擋潮閘。由于橡膠制品有抗海水浸蝕和海生生物影響的性能，不會像鋼、鐵那樣因生銹引起性能降低。

6.5 用于船閘的上、下游閘門。實踐表明：閘門適用于跨度較小的孔口，而壩袋則適用跨度較大的孔口。

6.6 用于施工圍堰或活動圍堰。橡膠活動圍堰有其特殊優(yōu)越之處，如高度可升可降，并且可從堰頂溢流，解決在城市取土的困難，不需取土筑堰可保持河道清潔，節(jié)省勞力和縮短工期。

7 結(jié)束語

福清市城區(qū)龍江下游南門段河道根據(jù)河道的實際情況和地質(zhì)狀況，采用設(shè)置平板水閘和橡膠壩結(jié)合進(jìn)行攔河蓄水，形成人工湖面，達(dá)到了美化環(huán)境，又可以方便泄洪、沖污等功效，且不影響河道行洪，在10多年的運(yùn)行管理過程中，橡膠壩的施工方便、造價低、耐久性好、維修管理方便等特點(diǎn)突顯，在同類水利工程中可以推廣應(yīng)用。從多年來的運(yùn)行和管理情況來看，實踐證明，橡膠壩能否充分發(fā)揮效益，除了有合理的規(guī)劃、設(shè)計、施工以外，加強(qiáng)對工程的管理和維護(hù)是十分重要的。有的橡膠壩工程，雖然原來有些缺陷，由于認(rèn)真管理，采取了積極的維護(hù)措施，保證了工程的正常運(yùn)行。相反，一個較好的橡膠壩工程由于管理不善或無人管理，工程出現(xiàn)了缺陷，沒有及時地發(fā)現(xiàn)或者未采取必要的修補(bǔ)措施，造成壩袋破裂，失去了擋水作用。

橡膠壩在日常運(yùn)行過程中應(yīng)注意的問題有：

（1）建立健全橡膠壩管理制度，嚴(yán)格操作規(guī)程。

（2）禁止非工作人員進(jìn)入壩區(qū)，要加強(qiáng)巡查管理，防止人為破壞。

（3）對于壩體合成材料，火是潛在的最不利安全因素，平時應(yīng)注意明火造成的損壞。

（4）在放水期間，淤泥、碎石有時會堆積在壩體上，再次充水前，必須予以清除，防止被緊靠壩袋下游面的尖利物體所剌破。

（5）充壩操作過程中，水量要控制好，且水質(zhì)要求最好是無污染、少泥沙，如福清南門河橡膠壩采用自來水充壩。