橡膠壩是二十世紀50 年代末, 隨著高分子合成材料工業發展出現的一種新型水工建筑物。它是用高強力合成纖維織物做受力骨架, 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,錨固在混凝土基礎底板上, 成封閉袋形, 用水或氣充脹, 形成擋水壩。不需擋水時, 泄空壩袋內的水或氣, 便可恢復原有河渠斷面。壩高可調節, 壩頂可溢流, 起活動壩和溢流堰的作用。橡膠壩具有造價低、節省三材、施工期短、結構簡單, 自重輕、抗震性能好, 不阻水和止水效果好等特點, 所以橡膠壩在我國發展較快, 在河南也得到了廣泛應用。

       下面主要對橡膠壩規劃設計中經常遇到的有關問題進行分析討論, 以供今后橡膠壩規劃設計參考。

 

1、橡膠壩梯級規劃
       工程規劃是工程建設的重要組成部分, 是工程設計的排頭兵, 是工程建設能否達到預期目的的關鍵所在, 橡膠壩設計也是如此。橡膠壩工程規劃設計應遵從中華人民共和國行業標準SL227 - 98《橡膠壩技術規范》中關于工程規劃方面的有關規定,包括基本資料搜集、壩址位置選擇、工程規模、樞紐布置、環境及經濟評價。我國北方由于缺水, 使城市環境惡化, 所以近年來, 北方城市在市區或市界河流上修建橡膠壩形成水面發展較快, 既美化了城市環境、改善了城市小氣候, 又提高了城市品位及城市居民的生存生活質量, 為居民提供了休閑娛樂的好去處。河南在這方面發展也較快, 如南陽市在白河市區河段上修建了多座橡膠壩, 平頂山市在沙河市區河段上修建了橡膠壩, 鄭州市在金水河上修建了橡膠壩等, 洛陽市在伊河及洛河市區段也修建了多座橡膠壩。為充分利用水資源, 節約投資, 在城市市區河段上建幾座橡膠壩為最優方案呢? 這涉及到區域河段橡膠壩梯級開發規劃, 如果未進行規劃或規劃不合理, 將會給今后橡膠壩建設造成不可彌補的損失。
        在城市區河道或渠道建橡膠壩, 首先要作市區河段或渠段橡膠壩梯級開發規劃, 其梯級規劃應符合河道或渠道的整體規劃及城市整體規劃。梯級開發規劃應依據城市整體規劃及有關河渠規劃, 對橡膠壩梯級開發方案技術經濟指標進行比較、優化,包括橡膠壩座數、壩址位置、壩長、壩高等, 壩址位置應選在河段相對順直、水流流態平順、不宜沖刷和淤積的河段。在初步確定了橡膠壩梯級開發方案后, 繪出橡膠壩梯級開發規劃圖并編制出規劃報告, 提交市有關部門及專家論證(其參加論證部門應包括市計委、市水利局、市土地規劃局、市城建部門等, 參加論證專家應包括水利行業、城市建筑規劃行業、城市園林行業專家等) , 認真聽取有關部門及各行業專家的意見, 進行修改完善, 經市計委與規劃部門批準后, 方可依據規劃, 進行橡膠壩工程設計。洛陽市洛河市區段橡膠壩梯級開發規劃就曾進行過多次論證修改: 1995 年洛河市區段規劃為五級橡膠壩, 到1997 年依據有關專家意見又改為三級, 1998 年第一級水面工程設計時又根據有關領導及專家意見確定洛河市區段按四級水面開發, 即第一級為上陽宮水面、第二級為同樂園水面、第三級為洛神浦水面、第四級為華林園水面,后經規劃及計劃部門批準實施。由于第二級水面1996 年已開工, 后停工復建, 所以從規劃確定的四級水面看, 二級水面壩址位置不夠理想, 這主要是原規劃變更所致; 洛陽市中州渠市區段橡膠壩梯級規劃及伊河龍門段橡膠壩梯級規劃經多次論證后批準, 梯級規劃均比較完善。水電站渠首壩若布置橡膠壩, 也應符合各河流水能梯級開發規劃, 如與原規劃不一致, 應報送原河流水能梯級開發規劃審批部門批準。

 

2 、壩底板高程確定

       橡膠壩底板高程確定是橡膠壩規劃設計中的一個關鍵環節, 底板過高影響河道行洪, 底板過低易形成淤積使橡膠壩不能正常運行, 并會因壩高增大增加工程投資。壩底板高程應根據地形、地質、水位、流量、泥沙、施工及檢修條件等經技術經濟比較后確定。橡膠壩底板高程在不影響河道行洪的前提下可盡量抬高, 一般宜較壩址處河床地形平均高程適當提高012～015m。確定橡膠壩底板高程時, 應調查了解河道屬淤積型或沖刷型河床, 以便對具體河道情況進行分析, 合理確定橡膠壩底板高程。淤積型河床為河床逐年淤積, 河底高程逐年抬高, 一般河道下游段(或平原河道) 為淤積型河床, 如洛陽市區以下的伊、洛河段; 沖刷型河床為河床逐年沖刷, 河底高程逐年降低, 一般河道上游段(或山區河道) 為沖刷型河床。對于淤積型河床, 橡膠壩底板高程要考慮河道逐年淤高因素, 根據橡膠壩使用年限及每年河床調查淤積厚度, 計算淤積總厚度, 在此基礎上適當提高, 并對其進行綜合分析, 確定合理的橡膠壩底板高程。對于沖刷型河床, 橡膠壩底板高程要考慮河道逐年沖刷降低因素, 即依據橡膠壩使用年限及每年河床調查刷低厚度, 計算刷低總高度, 在此基礎上適當提高, 并對其進行綜合分析, 進而確定合理的橡膠壩底板高程。

 

3 、橡膠壩工程結構設計
       橡膠壩工程結構設計包括壩袋設計、錨固設計、控制系統設計、土建工程設計、安全與觀測設備等。橡膠壩工程結構設計應嚴格執行《橡膠壩技術規范》及有關混凝土結構設計規范規程等。下面就橡膠壩工程設計及施工中常遇到的問題進行探討分析。
3、1 　妥善處理橡膠壩袋兩端坍肩問題
橡膠壩充水后往往出現兩端坍肩現象, 使橡膠壩蓄水位達不到設計要求。針對這種現象, 設計部門及壩袋制作廠家也都在探討分析解決問題的途徑。根據目前解決坍肩問題的探索實踐, 解決坍肩措施主要有兩種: 其一, 在橡膠壩袋制作時, 壩袋廠家可適當放大壩袋端部周長, 使其在壩袋安裝充水后, 兩端壩頂略高于中部, 從而達到解決橡膠壩坍肩的目的; 其二, 在橡膠壩底板兩端適當抬高,一般是在2～3m 范圍內, 底板抬高012～013m ,以此來解決橡膠壩兩端坍肩。從工程應用來看, 第一種措施不宜掌握, 應用較少; 第二種措施較為直觀, 易操作, 所以采用較多, 如同樂園橡膠壩、洛神浦橡膠壩均采用了第二種措施來解決坍肩問題。綜合以上分析, 在橡膠壩設計中建議采用第二種措施來解決橡膠壩的坍肩問題。
3、2 　供排水管路優化設計
橡膠壩供、排水管路按傳統布置方法一般為供、排水管路分開布置, 這樣布置控制操作較方便, 但需鋼材多、投資大。近年來設計人員通過管道及閘閥布置, 采取一定的技術措施, 可使供、排水管二者合一, 供、排水泵二者合一, 可減少布置排水泵, 這樣可節約鋼材45 %, 減少工程投資。其具體原理為: 通過在水泵室內布置管路、閘閥、水泵, 通過開啟不同的閘閥, 以達到利用同一管道或同一水泵實現供水或排水的目的。在龍門一級橡膠壩改造設計及上陽宮、同樂園、洛神浦等橡膠壩工程中均采用了供排水管路合一的管道布置方式,使工程布置優化, 節約了工程投資。故建議在今后的橡膠壩工程設計中可優先考慮供、排水管路及供排水泵合一的工程布置措施。
3、3 　橡膠壩底板放水孔布置分析
橡膠壩底板是否布置放水孔以備壩袋檢修或放空用, 在《橡膠壩技術規范》中并沒有明確規定,這樣就只有靠設計人員根據各工程的具體情況分析確定。
橡膠壩一般為坍壩泄洪, 淤積物由壩頂順流而下, 壩前很難形成淤積。根據對各地橡膠壩工程的調查分析及訪問有關專家, 橡膠壩底板以下設底孔對沖淤作用不大(不可能設過多底孔) 。橡膠壩底孔為局部布置, 對整個庫區淤積來說, 不管是坍壩或立壩, 底孔放水時只會在孔前拉一道深槽, 對局部有沖淤作用, 就整個庫區來說其沖淤作用大, 但對于壩長較小者(壩長小于50m) 可起到一定的沖淤作用。橡膠壩檢修是否增設底孔布置也是值得商榷的事情。橡膠壩檢修是指壩袋更換或壩袋錨固的檢修。壩袋更換周期較長, 一般在十五年以上, 設底孔使用率較低。對于只布置一跨的橡膠壩工程, 增設底孔對更換壩袋較為有利, 即底孔可起到導流作用; 對布置一跨以上的橡膠壩來說, 一個壩袋更換或檢修時, 可通過修筑臨時圍堰, 由其它壩段導流, 所以可不設底孔導流, 如設底孔, 仍需開挖臨時導流槽, 其費用不會減少。

      從以上分析可知, 對于單跨橡膠壩宜布置底孔, 有利于檢修和沖淤; 對于多跨橡膠壩一般可不設底孔, 如布置底孔, 應進行必要的技術經濟論證。

 

4 、結語
       橡膠壩是近年來在河南省發展較快的一種壩型, 由于橡膠壩具有起落靈活、坍壩泄洪、造價低廉等特點, 可應用于灌溉或水電站引水渠首、城市供水及景觀用水、水庫溢洪道等工程, 所以大有發展前途。作為水利工程規劃設計人員應依據橡膠壩的特點及應用范圍大力推廣, 同時應在規劃設計中注意總結經驗, 使橡膠壩設計更趨合理、完善。