充氣式橡膠壩在水利工程中的應用

摘要：橡膠壩是以高強合成纖維織物和高強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，具有構造簡單、造價低、抗震性能好等優(yōu)點。本文從橡膠壩壩袋設計、錨固系統(tǒng)設計及控制系統(tǒng)設計三方面闡述了充氣式橡膠壩在某水利樞紐上的應用，從而說明該橡膠壩工程既能滿足河道防洪與農業(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。

關鍵詞：水利工程;充氣式橡膠壩;設計

1前言

橡膠壩是利用高強合成纖維織物作為受力骨架，內外涂敷合成橡膠作粘結保護層，加工成膠布，按要求的尺寸，錨固在基礎底板上，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，如用于水庫溢洪道上作為閘門或活動溢流堰，以增加水庫庫容及發(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、工作橋等;用于渠系上作為進水閘、分水閘、節(jié)制閘，能夠方便地蓄水和調節(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，可為城市建設增添一道優(yōu)美的風景。

2 工程概況

某充氣式橡膠壩工程是集農業(yè)灌溉、水產養(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;設計水位為778.5米，壩頂應比正常水位高0.1～0.2m，取778.7m;壩高2.9m，壩長75m。本橡膠壩工程定為四等工程，橡膠壩、控制室分別為4級建筑物。根據(jù)國家《防洪標準》（GB50201-94），河段設計防洪標準為20年一遇，校核洪水標準為50年一遇。橡膠壩采用同標準，壩址處設計洪峰流量為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計

3.1壩袋結構型式設計

單袋式是按照設計壩高安裝一個袋囊，達到擋水高度，多用于壩高較低的工程，是目前國內外通常采用的壩型。本工程設計壩高為2.9m，單跨充氣式壩型，采用單壩袋。

根據(jù)調查，充氣式橡膠壩采用的設計內外壓比范圍是0.75～1.10之間。從運用角度出發(fā)，沒有特別要求時，內壓比無需選擇太大。從強度角度講，壩高較小時，強度的選擇基本不受材料限制，內壓比選擇幅度很大，為節(jié)省壩袋材料，可選取較大值。而高壩的強度選擇受材料限制很大，宜選取較小值。在內壓比選擇幅度較大時，內外壓比的選擇應經(jīng)技術經(jīng)濟比較后確定。本工程的壩袋設計內外壓比取1.0。

3.2 壩袋設計計算

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

3.3 壩袋膠布結構設計

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

4 橡膠壩錨固系統(tǒng)結構設計

橡膠壩是將壩袋錨固在基礎底板和邊墩上，充氣將壩袋充脹，構成可升高擋水和降低泄流的工程。錨固是橡膠壩工程的關鍵組成部分，錨固系統(tǒng)結構設計包括錨固線的布置、錨固結構形式的選擇和錨固構件設計制造。

本工程橡膠壩采用單錨固線進行壩袋錨固。錨固線的位置是在離上游底板（順水流方向）的長度為0.5～1.0m處，是為了安裝壩袋檢查維修所需設的交通道的寬度。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件由螺栓壓板及墊板組成。橡膠壩設計壩高為2.9m，為增強壓板單位面積的壓強，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)設計

橡膠壩袋的充排方式，有動力式和混合式兩種。本橡膠壩采用動力式，用空壓機將壓縮空氣充進儲氣罐，然后打開進氣閥，空氣經(jīng)管道充進壩袋，帶充氣至設計壩高時關閉進氣閥。打開排氣閥排氣即可調節(jié)壩高。

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

6 結語

橡膠壩工程具有節(jié)省三材、造價低、抗震性能好及結構簡單、安裝速度快、操作靈活等特點，本工程采用橡膠壩取得了較好的經(jīng)濟效益。同時，它又具有堅固性較差、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把質量關，運行管理中勤于檢查與養(yǎng)護，完全可以延長壩袋使用壽命。隨著材料科學技術的發(fā)展及壩袋生產技術水平的提高，橡膠壩將得到更廣泛的應用。

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