0 　前言

橡胶坝(rubberdam) 是用高强合成纤维织物做受力骨架,内外涂敷合成橡胶作粘结保护层,加工成胶布,按要求的尺寸,锚固在基础底板上,用水或气的压力充胀起来,形成挡水坝。橡胶坝的结构简单、施工期短、抗震性好、不阻水和止水效果好,运行方式简便。1957 年世界第1 座橡胶坝在美国建成使用,我国于1966 年6 月在北京南护城河上建成中国第1座橡胶坝—右安门橡胶坝。随着新技术、新材料的应用,橡胶坝的设计和施工工艺日趋成熟,在水利工程中得到广泛应用。

 

1 　橡胶坝结构

橡胶坝主要由闸室部分和充排气(水) 系统组成。橡胶坝在闸室部分只有底板和充水(或充气) 橡胶坝袋,从而代替了常规闸闸室、闸墩、闸门、工作桥和启闭机等混凝土结构。橡胶坝对消能要求比较低,水下结构得以简化。橡胶坝坝袋一般由2 层帆布和3 层橡胶粘接而成,锚固于底板和边坡上。坝袋排空后,紧贴在底板和边坡上,不缩小原有河床断面,对河道的行洪过水不造成影响。而在坝袋充胀运行中,橡胶坝周边均与混凝土结构密封锚固,运行中不漏水。橡胶坝的坝高可根据需要调节,坝顶可溢流,起活动坝和溢流堰的作用,应用比较灵活。橡胶坝的充排有动力式和混合式。充水坝袋需有水源充水,可根据当地的情况修建蓄水池或打井作为充坝水源,修建泵房。充气式橡胶坝则不需要水源,对环境、占地要求较小。目前已建成的橡胶坝多为充水式橡胶坝,新建橡胶坝充气式较多。

 

2 　橡胶坝工程设计

位于平原区市区一条河道上设计的橡胶坝,设计排涝流量为150. 0 m3Ps。在橡胶坝塌坝时不影响河道行洪的前提下,考虑景观需要及蓄水要求,且回水末端水深至少高于现状滩地30 cm ,设计坝袋高度为1. 80 m ,回水长度为180 m。坝段全长54. 50 m ,单跨,净长18. 00 m。坝身段底板及边墙采用C25 钢筋混凝土结构,坝底板顺水流长度为7. 00 m ,坝厚为1. 00 m ,坝底板两侧侧墙高3. 40 m ,面坡坡比为1∶3 ,背坡坡比为1∶1。坝袋采用新型带脊无缝充气橡胶坝袋。该工程为三等工程,主要建筑物3 级。工程区地震动峰值加速度为0. 05 g ,地震基本烈度Ⅵ度。按照从河道上游至下游方向,橡胶坝工程布置依次为:上游连接段、防渗铺盖段、坝身段、坝后陡坡段、消力池段、海漫段、下游连接段。其他工程包括控制室、自动化充排系统、细部设计等。
2. 1 　坝袋设计

充气式坝袋设计内容包括:坝袋径向拉力、坝袋环向各部分尺寸、坝袋单宽容积等。作用在坝袋上的主要设计荷载为静水压力,坝袋袋壁承受的径向拉力根据薄膜理论按平面问题计算,计算工况为上游水深等于坝高,下游无水的情况。采用查表法计算坝袋各项参数。设计坝高H1为1. 80 m ,内压比α取1. 0。充涨后的坝袋轮廓分为3 个部分:上游坝面曲线长度S1 ,下游坝面曲线长度S 及坝袋贴地长度D。坝袋外形见图1。

由SL227 - 98《橡胶坝技术规范》附录B. 3. 2 - 1 查得α= 1. 0 时的对应值,分别为0. 50、1. 311、1. 570 8、0. 599 1、3. 480 9、0. 892 7。计算T 与V0 时把表中数字乘以设计坝高的平方,其他各项把表中数字乘以设计坝高,即得出设计时的使用值。计算得坝袋径向拉力T = 1. 82 ×0. 50 = 1. 62 tPm = 16. 2 kNPm ,坝袋有效周长L0 = 3. 480 9 ×1. 8 = 6. 27 m ,坝袋单宽容积V0 = 1. 8 ×0. 892 7 = 1. 61 m3Pm。根据该工程设计指标和坝袋设计参数计算结果,参照已建工程经验,坝袋构造采用三布四胶,坝袋型号为JBD1. 8 - 450320 - 3 (JBD 表示锦纶坝袋,1. 8 表示适用于1. 8 m 高的坝,450 表示胶布径向强度,320 表示坝袋纬向强度,3 表示帆布的层数) ,坝袋强度设计安全系数K = 450P16. 2 ×80 % = 22. 22。按设计坝身和实际周长,在工厂一次拼接热压成型。

2. 2 　消能及防冲设计
橡胶坝上游采用水平铺盖防渗,下游根据水力计算,按照构造布置陡坡及消力池。考虑景观效果,下游陡坡段采用台阶式,坡度1∶4 ,落差1. 00m ,水平向长4. 00 m。
消力池池深按SL265 - 2001《水闸设计规范》公式(B. 1. 1 - 1～B. 1. 1 - 4) 计算,消力池长度按公式(B. 1. 2 - 1～B. 1. 2 - 2) 计算,消力池底板厚度按公式(B. 1. 3 - 1) 计算,下游海漫长度按公式(B. 2. 1) 计算确定。根据计算,橡胶坝下游设计消力池长度为10. 00 m ,池深0. 60 m ,池底高程79. 60 m ,底板厚0. 50 m ,海漫段长5. 00 m。
2. 3 　坝体稳定及结构计算

对坝整体、坝底板以升坝挡水时,上游水位为正常挡水位,下游无水为最不利计算工况,据SL265 -2001《水闸设计规范》公式(7. 3. 6 - 1) 计算, Kc 应大于规范中表7. 3. 13 规定的允许值,3 级橡胶坝在基本荷载组合条件下,[ Kc ] = 1. 25。经计算Kc = 2. 35> [ Kc = 1. 25 ,坝体抗滑稳定满足规范要求。

 

3 　结束语
橡胶坝运用条件与水闸相似,适宜于建造低水头大跨度的拦水蓄水工程,尤其适宜经常性充水,泄量较多的河道当闸门使用。