山區(qū)河流橡膠壩取水結(jié)構(gòu)探討

張進(jìn)文，李光浩

（中交第二航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司，武漢430000）

1 引言

橡膠壩是一種造價(jià)低廉、工期短、耐久性強(qiáng)、美化環(huán)境的新型壩，已被廣泛應(yīng)用于灌溉、發(fā)電、防洪、城市美化等工程中。橡膠壩作為攔河壩，可在枯水期充水成壩蓄水，滿足河道取水及美化環(huán)境的需求，汛期排空壩內(nèi)水體，坍壩沖沙泄洪，既不影響河道，同時(shí)又可有效降低壩前泥沙淤積。

橡膠壩是美國(guó)加利福尼亞州洛杉磯水利電力工程局工程師英勃特遜（N.M.Imbertson）于1956 年所發(fā)明，并與1959 年建造了世界上第一座氯丁橡膠壩。此后，橡膠壩發(fā)展較快，如美國(guó)、法國(guó)、蘇聯(lián)、日本等都興建了許多橡膠壩，特別是日本，自1965 年以來約建壩700 余座。世界上最大的橡膠壩在威尼斯，壩高15 m，全長(zhǎng)約900 m，寬約30 m，橫跨在多航道上。

我國(guó)自1965 年開始研制橡膠壩以來，做了大量的研究工作，取得了很好的成果。在壩體和錨固結(jié)構(gòu)上都有所創(chuàng)新。例如，創(chuàng)建了胸墻壩、枕式壩、分段對(duì)接壩和分層壩等。錨固結(jié)構(gòu)方面，由穿孔或不穿孔的壓塊方法改進(jìn)為混凝土楔塊方法和膠囊充水間接錨固方法。

橡膠壩按結(jié)構(gòu)型式分為袋式壩和帆篷式壩2 類。袋式壩按錨固線的數(shù)量分為雙線錨固壩、單線錨固壩和無錨固壩3 種。按充脹介質(zhì)分為充水壩、充氣壩和氣水混合壩。按錨固形式分，除通常慣用壩外，還有胸墻壩、枕式壩、分段對(duì)接壩和小型活動(dòng)壩。按壩袋斷面結(jié)構(gòu)型式分，有單袋式、分層壩和組合壩。

橡膠壩一般通過對(duì)壩袋進(jìn)行充水、排水來實(shí)現(xiàn)蓄水、泄洪的目的。橡膠壩取水結(jié)構(gòu)能有效地從河道中取水充水至橡膠壩壩袋中，在水利工程中被廣泛應(yīng)用[1]，但在郊野段的山區(qū)河流洪水期，泥沙較多，容易淤積，會(huì)導(dǎo)致橡膠壩充水困難，從而使橡膠壩充水的可靠性降低，淤積后檢修維護(hù)困難，不利于環(huán)保，同時(shí)會(huì)增加成本，降低經(jīng)濟(jì)效益。針對(duì)上述狀況，本文結(jié)合通城縣城區(qū)河道生態(tài)治理PPP 項(xiàng)目，設(shè)計(jì)一種山區(qū)河流橡膠壩取水結(jié)構(gòu)方案，提高橡膠壩取水保證率，并且結(jié)構(gòu)安全可靠，檢修維護(hù)管理方便。

2 工程概述

鐵柱港是陸水河上游干流雋水河的支流，陸水河為長(zhǎng)江中游南岸一級(jí)支流，發(fā)源于湘、鄂、贛三省交界的幕阜山脈，流經(jīng)通城、崇陽(yáng)、赤壁、嘉魚三縣一市，于武漢市上游約157 km的陸溪口流入長(zhǎng)江。鐵柱港新建2 座生態(tài)蓄水壩，分別為上游蓄水壩和下游蓄水壩，距離475 m，上游蓄水壩采用橡膠壩，下游蓄水壩采用滾水壩（見圖1）。

圖1 雋水河水系及水文站網(wǎng)分布圖

3 常規(guī)橡膠壩取水結(jié)構(gòu)

3.1 常規(guī)橡膠壩取水結(jié)構(gòu)的組成

橡膠壩整個(gè)工程結(jié)構(gòu)主要由3 部分組成：（1）基礎(chǔ)土建部分：包括基礎(chǔ)底板、邊墩、上下游翼墻、上下游護(hù)坡、上游防滲鋪蓋、下游護(hù)坦、海漫、防沖槽等，這部分的作用是將上游水流平順而均勻地引入并通過橡膠壩，保證水流過壩后不產(chǎn)生淘刷。固定橡膠壩的基礎(chǔ)地板要能抵抗通過錨固系統(tǒng)傳遞到底板的壓力，使壩體得到穩(wěn)定。（2）擋水壩體：即橡膠壩袋和錨固結(jié)構(gòu)，用水將壩袋充脹后即可調(diào)節(jié)水位和控制流量。（3）控制及觀測(cè)系統(tǒng)：包括充脹壩體的充排設(shè)備、安全及觀測(cè)裝置等。如空壓機(jī)、壓力表、水封管、水位計(jì)等。

對(duì)于橡膠壩常規(guī)取水結(jié)構(gòu)通常是在壩址上游附近地下埋設(shè)取水井，取水井采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，并在上方開孔，備后期檢修使用。

橡膠壩對(duì)水流的攔蓄作用導(dǎo)致壩址上游附近出現(xiàn)泥沙淤積現(xiàn)象，隨著時(shí)間的推移，壩前水體泥沙含量逐漸加大，待淤積到一定程度，集水井供水變得困難，充水可靠性降低。為提高集水井的供水保證率，部分工程采用花管或暗渠+集水井的取水結(jié)構(gòu)形式，該種做法是在集水井相對(duì)進(jìn)水管的另一側(cè)沿橡膠壩軸線方向布置花管或暗渠，通過增大滲水面積來提高取水可靠性。

3.2 常規(guī)橡膠壩取水結(jié)構(gòu)對(duì)比

常規(guī)橡膠壩取水結(jié)構(gòu)對(duì)比見表1。

表1 常規(guī)橡膠壩取水結(jié)構(gòu)對(duì)比表

鐵柱港橡膠壩位于通城縣郊區(qū)，檢修不方便，且屬于山區(qū)河流，泥沙含量大，顯然，常規(guī)的橡膠壩取水結(jié)構(gòu)不適用于鐵柱港橡膠壩。

4 適合鐵柱港的新型橡膠壩取水結(jié)構(gòu)研究

對(duì)于一般工程而言，為保證橡膠壩取水可靠性，通常將取水結(jié)構(gòu)布設(shè)在壩址上游附近，但壩址上游附近泥沙含量高，這也是導(dǎo)致取水結(jié)構(gòu)的滲流通道被淤堵的主要原因。對(duì)于鐵柱港流域，由于上、下游蓄水壩距離僅475 m，并且下游蓄水壩正常蓄水位85.80 m，高于上游蓄水壩消力池頂高程84.8 m，橡膠壩消力池始終保持有1.0 m 的水深。若將集水井設(shè)置在壩體段下游，水流通過壩頂溢流后，下游泥沙含量大大降低，集水井淤泥可能性大大降低，且上下游2 座蓄水壩之間常年均有一定水位，水位和水量均能得到保證。

同時(shí)，將集水井與橡膠壩消力池右岸的翼墻結(jié)合布置，設(shè)計(jì)為開敞式結(jié)構(gòu)，采用側(cè)向開口進(jìn)水，集水井進(jìn)口底坎高程高于消力池底板頂高程，并設(shè)置簡(jiǎn)易攔污柵，便于檢修維護(hù)。下游集水井簡(jiǎn)易結(jié)構(gòu)圖如圖2 所示。

圖2 下游集水井簡(jiǎn)易結(jié)構(gòu)圖

5 結(jié)語(yǔ)

本文結(jié)合通城縣城區(qū)河道生態(tài)治理PPP 項(xiàng)目，設(shè)計(jì)一種山區(qū)河流橡膠壩取水結(jié)構(gòu)方案，提高橡膠壩取水保證率，并且結(jié)構(gòu)安全可靠，檢修維護(hù)管理方便，為類似項(xiàng)目集水井設(shè)計(jì)提供參考。

1）取水結(jié)構(gòu)從橡膠壩壩體下游的消力池內(nèi)取水，且下游修建有蓄水壩，取水水位和水量能得到有效保證，且淤積的泥沙在橡膠壩塌壩時(shí)可以被水流沖走，從而減少取水結(jié)構(gòu)淤積的情況發(fā)生。

2）采用混凝土結(jié)構(gòu)建造，設(shè)置在橡膠壩消力池右岸的翼墻內(nèi)部，避免水流沖刷，結(jié)構(gòu)安全可靠，耐久性好。

3）取水結(jié)構(gòu)為開敞式結(jié)構(gòu)，檢修維護(hù)管理方便。