小型水庫(kù)溢洪道進(jìn)口增設(shè)橡膠壩的技術(shù)

沈煥珍

（山西省臨汾市水利勘測(cè)設(shè)計(jì)院，山西 臨汾 041000）

0 前 言

上世紀(jì)六、七十年代，興建了一批小型水庫(kù)，其主要作用：一是灌溉水庫(kù)周邊的農(nóng)田；二是保護(hù)水庫(kù)下游的農(nóng)田、村莊、道路等免受洪水侵害。受建庫(kù)時(shí)諸多條件限制，水庫(kù)防洪標(biāo)準(zhǔn)普遍低，工程設(shè)施也不齊全，加之運(yùn)行管理不善，許多水庫(kù)已成為病險(xiǎn)水庫(kù)。

水利部在認(rèn)真調(diào)查研究的基礎(chǔ)上，及時(shí)對(duì)一些效益不大、存有安全隱患的小型水庫(kù)進(jìn)行了報(bào)廢處理，同時(shí)也開始了小型水庫(kù)除險(xiǎn)加固改造。本人有幸主持參與了多座小型水庫(kù)的設(shè)計(jì)工作，就水庫(kù)溢洪道進(jìn)口增設(shè)橡膠壩設(shè)計(jì)情況作一介紹，僅供參考。

1 工程建設(shè)必要性

臨汾地區(qū)位于山西省中南部，屬半干旱大陸性氣候，多年平均降雨量550 mm，年內(nèi)分配不均勻，汛期6～9月占全年降雨量的62%～70%，年際變化大，豐水年與枯水年降雨量之比2.9∶1。多座水庫(kù)的洪水演算結(jié)果表明：入庫(kù)洪水洪峰高但洪量不大（流域面積12 km2左右），調(diào)洪庫(kù)容相對(duì)大，即汛期限制水位至校核洪水位的庫(kù)容大，約占總庫(kù)容的32%左右。

臨汾地區(qū)90%以上的小型水庫(kù)建在汾河一、二級(jí)支流上，流域地貌是黃土階臺(tái)地、土石山區(qū)、石山區(qū)，河道坡度陡且呈“U”或“V”形河谷，行洪時(shí)挾帶泥砂入庫(kù)，造成水庫(kù)淤積。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，多年平均淤積量400～800 t/km2，35 a水庫(kù)淤積約21萬m3（流域面積按12 km2計(jì)），若設(shè)計(jì)水平年取20 a，預(yù)留堆砂庫(kù)容12萬m3，設(shè)計(jì)死庫(kù)容33萬m3，約占總庫(kù)容的30%。

由于水庫(kù)興利庫(kù)容僅剩總庫(kù)容的30%～40%，設(shè)計(jì)灌溉保證率時(shí)，許多水庫(kù)興利調(diào)節(jié)結(jié)果為：正常高水位高于汛期限制水位。若抬高汛期限制水位至正常高水位，并使水庫(kù)達(dá)到防洪標(biāo)準(zhǔn)，溢洪道寬度需增加25%～45%，導(dǎo)致結(jié)果為或工程投資大幅增加，或受地形限制難以實(shí)施，因此，最合理的方案就是在溢洪道進(jìn)口設(shè)擋水建筑物。

2 進(jìn)口橡膠壩設(shè)計(jì)要點(diǎn)

2.1 定義

橡膠壩是用高強(qiáng)度合成纖維織物做受力骨架，內(nèi)外涂橡膠作保護(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（或氣）將其充脹，形成的袋式擋水壩。溢洪道進(jìn)口的橡膠壩由土建工程、壩袋、充排水系統(tǒng)、安全觀測(cè)設(shè)施四部分組成。

2.2 土建工程

土建工程指溢洪道控制段，由底板及岸墻兩部分組成，為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。橡膠壩底板高程即溢洪道進(jìn)口底高程，一般同汛期限制水位，壩長(zhǎng)（垂直水流方向）即是溢洪道寬度，均由水庫(kù)調(diào)洪演算確定。橡膠壩寬度（順?biāo)鞣较颍┌磯未綄挾?、安裝和檢修，并滿足溢洪道為寬頂堰，即不小于2.5倍堰頂水深（校核洪水位）確定，一般寬10～20 m，可分成一或二塊。底板厚度按地基梁跨度的1/15左右初擬，一般厚度0.8～1.0 m。岸墻為重力式墻，墻頂高程為校核洪水位另加0.3 m超高，應(yīng)按水庫(kù)正常高水位驟降至汛期限制水位的運(yùn)行條件確定墻背水坡度，并復(fù)核岸墻地基承載力。

壩袋與底板、岸墻接觸部位必須平整光滑，以防止接觸部位漏水和劃破壩袋，因橡膠壩坐落在軟基上，為防止底板及岸墻發(fā)生不均勻沉陷而產(chǎn)生裂縫，底板按彈性地基梁計(jì)算配筋，岸墻迎水面需按結(jié)構(gòu)要求配筋。

2.3 壩袋

從上下游水流條件、工程維修管理、壩袋與板墻連接效果等方面考慮，溢洪道進(jìn)口擋水設(shè)施宜采用枕式橡膠壩，為雙錨線錨固、螺栓壓板連接，即在二側(cè)墻前趾及底板上各設(shè)兩道錨固槽，槽內(nèi)放置壩袋接頭，采用上下壓板、螺栓等固定。壩袋主要設(shè)計(jì)荷載為袋外靜水壓力和袋內(nèi)充水壓力，內(nèi)外壓力比值1.3～1.6，采用二布三膠由廠家制作。壩頂高程為正常高水位加0.1～0.2 m超高，壩袋設(shè)計(jì)計(jì)算如：徑向強(qiáng)度、有效周長(zhǎng)、單寬容積、橫面曲線、錨固槽位置、錨固構(gòu)件等，采用SL227-98《橡膠壩技術(shù)規(guī)范》推薦的公式。

2.4 充排水系統(tǒng)

充水系統(tǒng)從位于庫(kù)內(nèi)的集水池取水，經(jīng)潛水泵加壓后，依次通過輸水管道、底板內(nèi)的充排水管道將水送入壩袋內(nèi)，排水系統(tǒng)則是依次通過底板內(nèi)的充排水管道、排水管道將水排入溢洪道下游。集水池位于溢洪道所在庫(kù)岸上游庫(kù)內(nèi)，具體位置以不影響溢洪道進(jìn)水及便于布置輸水管道、電力電纜為原則，集水池為封閉式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，有效容量（汛期限制水位以下）一般取壩袋容量0.5～0.8倍，池頂（內(nèi)部）高程稍高于水庫(kù)正常高水位，在池壁上設(shè)直徑50 mm、進(jìn)口用土工布包口的塑料濾水管，濾水管呈梅花狀布置，間距0.8 m左右。

充排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)流量根據(jù)壩袋容量與立壩時(shí)間確定，立壩時(shí)間一般不超過3 h，管道直徑按經(jīng)濟(jì)流速1.5～2.0 m/s確定，材料一般選用鋼管，埋入凍土深以下，用閘閥控制。加壓水泵為潛水泵，置于集水池內(nèi)，通過防水電纜與控制室內(nèi)刀閘聯(lián)接控制。

2.5 安全觀測(cè)設(shè)施

充水壩袋設(shè)置排氣閥和安全溢流設(shè)施，排氣閥裝設(shè)在壩袋兩端頂部，溢流設(shè)施設(shè)在充排水管道的另一側(cè)，呈“L”型布設(shè)于底板和側(cè)墻內(nèi)，管徑及管材同充排水管道，管出口底高程不低于壩袋高度的1.3倍，并在出口處設(shè)拍門，以防止雜物進(jìn)入。

壩前水位觀測(cè)可在側(cè)墻迎水面設(shè)水位標(biāo)尺或側(cè)墻背水側(cè)設(shè)聯(lián)通管，壩袋內(nèi)壓力觀測(cè)可采用壩內(nèi)聯(lián)通管。

3 工程運(yùn)行與管理要求

為保證工程正常運(yùn)行，延長(zhǎng)橡膠壩使用壽命，對(duì)工程運(yùn)行與管理做如下要求：①必須及時(shí)清除壩袋和壩袋坍落區(qū)地板上砂、石、泥等雜物，排除危及壩袋安全的漂浮物；②錨固件如有松動(dòng)，必須按安裝要求旋緊、壓實(shí)、補(bǔ)齊，腐蝕嚴(yán)重或劈裂的予以更換；③充水前須檢查溢流口和排氣孔，保證其安全、暢通；④壩袋表面可涂刷防老化涂層；⑤冬季立壩擋水前，應(yīng)在臨水面采取防凍破冰措施。

4 適用條件

目前，橡膠壩袋生產(chǎn)單位如杭州、青島，產(chǎn)品品質(zhì)優(yōu)良，質(zhì)量完全可以保證。橡膠壩單位投資小，僅為常規(guī)閘門的50%～60%，施工技術(shù)成熟、工期短，一般不超過一個(gè)月，運(yùn)行維修方便，壩頂可以溢流泄水，加上優(yōu)美的曲線，可成為一道靚麗的風(fēng)景。綜合考慮，橡膠壩適合長(zhǎng)度較大、擋水高度不小于1.5 m的溢洪道進(jìn)口，對(duì)于上游有小泉、溪水或有旅游觀光要求的水庫(kù)，應(yīng)作為首選。

[1]SL227-98，橡膠壩技術(shù)規(guī)范[S].

[2]SL253-2000，溢洪道設(shè)計(jì)規(guī)范[S].