一、前言
        橡胶坝是一种新型的水工建筑物，广泛应用于防洪、灌溉、发电、供水、航运、挡潮、地下水回灌以及城市园林美化等工程中。我国橡胶坝从无到有，从有到多，从多到广泛推广，经历了近40 年的时间。目前，已建成橡胶坝多达3,000多座，在设计、施工、运行、管理等方面形成了中国特色的橡胶坝技术体系。我国橡胶坝工程的建设进入快速发展的阶段，如何让这种新型的水工建筑物生存下去，就必须对橡胶坝工程进行优化设计。目前在橡胶坝的工程设计中存在着以下问题，主要表现在：有些设计人员不注重优化设计，还存在设计保守、思路狭窄、设计陈旧、设计理念旧、不注重新技术的使用、不注意设计交流，设计考虑安全因素多、考虑经济因素少等问题。这些问题的存在，都阻碍着橡胶坝这种新技术的快速发展。

 

二、橡胶坝工程的优化设计

        橡胶坝这种新型的水工建筑物，要发展下去，生存下去，就必须对工程进行优化设计，不断推陈出新。橡胶坝工程优化要从以下几点考虑：满足工程运行的需要，主要从工程的结构上去进行优化；方便工程运行管理的需要，主要从工程运行管理的角度去进行优化；满足工程整体景观的需要，主要从工程的外形、造型及结构布置上去进行优化。通过优化结构，降低造价并提高其可靠性和适应性。
1．从工程的设计理念上进行优化
        在工程设计时，设计人员要转变传统的设计观念，开阔设计思路。工程设计站位高、理念新，科学合理地确定设计方案，切实提高设计深度。在设计上要有突破性改变，舍得放弃许多过去形成过共识的做法、想法，要不断地学习、培训、交流，形成一套较为先进、独特的、新的设计方法。
2．从工程的结构本身进行优化
         橡胶坝工程的结构、功能与水闸相近，橡胶坝结构简单、造价低、跨度大、不阻水、自重轻、抗震性能好[1]，因此对地形地基适应性强。但又不等同于水闸，因此在工程设计时，满足工程本身结构的需要，满足工程防洪的需要是橡胶坝工程优化设计的前提和关键重点。承德橡胶坝建设中，根据武烈河河道和工程的具体特点，将防冲齿墙代替消力池结构，减少了护坦、铅丝石笼、海慢等老式防冲结构的布置，即简化了工程结构，同时又满足了工程防冲的需要，同时还美化了结构布置，提高了景观效果，降低了成本[4]。北京房山一至十渡橡胶坝突破以往的设计观念，将雕塑设计引进到中、边墩混凝土重力坝的设计中，设计成不同形式的有现代特色的景观造型，既满足了工程运用，又美化了橡胶坝的景观，与周围环境、景观更加协调、相称；橡胶坝管理房的设计改变了以前的设计理念，不仅仅要满足工程运行的需要，而当成一个景观进行设计；同样承德市在武烈河橡胶坝的设计中，针对多泥沙山区河流特点，在水工结构布置时，采取了深浅槽坝袋的布置形式，通过深槽固定了水流，解决了两岸堤坝冲刷问题，又减少了中小洪水在库区的落於，同时大大减少了汛期橡胶坝的起落坝次数，运行成本大大降低。
（1）搞好土建工程的设计。
         土建工程是橡胶坝工程设计的关键和重点，所占投资比重较大。据河北省已建的橡胶坝工程资料分析，在工程总投资中，坝袋投资平均只占总投资的12.7%。而土建工程投资却占75%以上，因此，搞好土建工程设计是橡胶坝工程节约投资的关键，应引起足够重视。[2]橡胶坝比一般水闸对地形的适用性要好[5]，坝的形状根据地形条件，满足结构计算要求即可。如北京市苏庄橡胶坝，坝长301.4m，位于潮白河上。由于河道直线段两岸村庄的拆迁量大，投资增加很多，也给管理带来极大不便。若布置在河道弯道处，两岸空旷，拆迁量小，投资省。但水流不均匀，折冲水流严重。橡胶坝若采用直线形布置，则两岸裹头填方较大，不仅加剧原有河道冲刷，而且由于水流改变，原有河道险工不能发挥作用。通过比较，坝位选在弯道处，根据原有地形橡胶坝采用拱形平面布置，使边孔与原有河岸垂直。这种布置不仅没有改变原有河道地形及水流流态，而且外形美观，新颖，溢流时水流互相碰撞，不直接冲刷岸坡，消能效果好。苏庄橡胶坝的拱形平面布置，为橡胶坝的平面布置，创造了一种新的型式[3]。又如，河北省青龙县水胡同水库溢洪道橡胶坝，同样是采用了拱形平面布置型式，解决了拱形溢流堰加建橡胶坝的技术难题。坝底板钢筋结构的布置、底板厚度，中边墩混凝土的厚度、钢筋结构等都要根据结构的部位及受力条件等进行考虑，避免千篇一律，照抄照遍，浪费材料。橡胶坝并不是坝高越高，坝长越长就越好，橡胶坝有其技术经济的使用范围。在工程建设中，要根据橡胶坝的适用范围，在确保工程安全的前提下，因地制宜地确定橡胶坝的坝高和坝长。梯级橡胶坝坝高、坝长的选择，要从综合投资、坝高、效益等进行优化比较，避免人为确定坝高，造成工程不协调或造成投资过大。
（2）使用新技术、新材料。
         对橡胶坝土建工程设计更要注意使用新技术。比如在工程止水、伸缩缝的设计上，目前为了节省投资，广泛使用橡胶泥替代了造价较高的橡胶止水，用新型的闭孔泡沫塑料板替代了造价较高的沥青木板，不仅简化了施工方法，而且大大提高了工程的使用寿命，止水效果更好；在橡胶坝的锚固上，用钢纤维混凝土楔块替代木楔块，不但增加了锚固力，同时大大节省了投资。在橡胶坝群的联合调度运行中，引入了可编程控制器（PLC），其系统可靠性高，维护方便，自动化程度高。实现了对整个橡胶坝群的时时监测与控制，大大提高了橡胶坝工程的科技管理水平。
3．从工程的运行管理进行优化
        满足工程的运行管理是橡胶坝优化设计的前提。在设计橡胶坝工程时，必须充分考虑检修条件。北方橡胶坝冬季泵房要设计取暖设施、橡胶坝要考虑检修爬梯，以便于管理、检修，自动补水设施，坝袋自动调平设施的安装，低坝可采用钢纤维混凝土楔块锚固，对于坝高较高的坝袋，通过多年的运行检验，采用螺栓锚固更利于检修。坝底板高程的选择，根据河道地形不同的情况，考虑坝袋检修，坝袋上不淤积泥沙等等。橡胶坝前沿平面段按设计规范考虑，只留0.8-1.0m的距离，满足不了空坝运行时的要求，对于坝高较高的橡胶坝袋，坝袋在冲水时由于受上游斜坡段的影响，经常会造成坝袋向上漂移，致使更多的水不能全部排出，这种情况，空坝运行时更为明显，因此在设计时要考虑上游空坝运行时坝袋向上倾斜的问题，留足上游平面段，而投资增加很少。总之，橡胶坝工程的优化不能因为过于追求投资、造价，而忽视了工程实际运用，也不能设计过于保守，而忽视了工程投资、造价。
4．从程序化、规范化设计上进行优化
         对已建各类橡胶坝工程进行调查研究，总结经验，整理定型设计图集或软件开发程序。使橡胶坝设计工作更加简捷、迅速和程序化、规范化。
5．加强橡胶坝技术的研究，为橡胶坝的优化设计提供技术支撑
        橡胶坝是一门涉及多学科的科学，只有不断加强橡胶坝技术的研究，橡胶坝这种新技术才会更快更好地发展。如高度大于5m 的橡胶坝工程研究、设计、制造及应用考核等问题，坝袋防振动问题，充气橡胶坝的坝袋防振动装置的应用开发问题，坝袋的耐老化和耐磨损问题，坝袋的修补和维护问题，活动式橡胶坝、多功能橡胶坝的开发应用[5]，橡胶坝自动化破冰，橡胶坝的自动化控制问题等，梯级橡胶坝塌坝时间的确定及综合调度运用等等。

 

三、橡胶坝工程在优化设计方面存在的问题

        橡胶坝工程既要满足工程运行、防洪的需要，同时还要满足工程投资及整体景观的需要，这是新时期人水和谐新理论水利工程的一大特点。
1．设计理念站位低，设计过于简单
       设计只考虑当前，不考虑长远，只满足使用，考虑其他少，造成工程满足不了今后的长远发展。
2．设计思想保守，设计思路陈旧
         设计人员图省事，对橡胶坝工程设计照抄照搬，书本怎说就怎做，比如中、边墩都是矩形的混凝土构造，显得呆头呆脑，造成设计千篇一律，工程投资过大，工程浪费严重。
3．设计经验缺乏，设计水平低下。
        设计人员了解施工工地情况少，真正走出去的少，设计人员的素质、设计水平跟不上形势发展的需要。比如坝底板高程人为确定，坝底板形式不尊重原来河道地形，山区河道和平原河道不加区分，该设深槽的不设深槽，造成工程满足使用年限少，工程过早被淘汰。

 

四、结语

        做好橡胶坝工程的优化设计工作，对提高橡胶坝工程质量，降低工程造价，确保工程安全运行；对进一步推广橡胶坝这种新型水工建筑物具有重要的意义。