淺析橡膠壩設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問題

關(guān)鍵詞：橡膠壩設(shè)計(jì)；錨固；振動(dòng)；防冰耐磨；運(yùn)行管理；生態(tài)景觀 

abstract: in this paper, from the point of view of design, in combination with the working practice, in the rubber dam bag anchorage form and the material selection, dam bag, the dam bag ice abrasion, operation management and ecological landscape combining the problems should be paid attention to are discussed, and put forward some improvement measures, for reference. 

key words: rubber dam design; anchorage; vibration; ice abrasion; operation management; ecological landscape 

中圖分類號(hào)：tv文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： a 文章編號(hào)：2095-2104（2012）07-0020-02 

橡膠壩是20 世紀(jì)50 年代末隨著高分子合成材料的發(fā)展而出現(xiàn)的一種輕型、低水頭的新型水工建筑物。自1966年，我國(guó)第一座橡膠壩北京右安門橡膠壩建成以來(lái)，橡膠壩工程已在我國(guó)發(fā)展了近半個(gè)世紀(jì)，為我國(guó)的工農(nóng)業(yè)及生態(tài)環(huán)境的改善發(fā)揮了巨大的作用。在修建橡膠壩時(shí)，先用強(qiáng)力合成纖維織物做受力骨架，然后在其內(nèi)外涂敷合成橡膠，制成膠布，并把膠布按設(shè)計(jì)尺寸錨固在基礎(chǔ)底板上，做成封閉袋形，再用水或氣充脹，形成擋水壩。橡膠壩的壩高可調(diào)節(jié)、壩頂可溢流，能起活動(dòng)壩和溢流堰的作用。橡膠壩具有投資少、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、施工及安裝簡(jiǎn)便、制造工廠化、工期短、生效快、運(yùn)用管理靈活方便、泄量大和抗震性能良好等特點(diǎn)，不僅用于灌溉、發(fā)電、防洪、回灌地下水、替代水閘，還用于營(yíng)造城市濱水景觀、引水防沙、污水處理、改善生態(tài)環(huán)境等。但在橡膠壩應(yīng)用過(guò)程中也存在一些問題，為了確保橡膠壩的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，從各方面都需要進(jìn)一步完善。本文從設(shè)計(jì)的角度，結(jié)合工作實(shí)踐，針對(duì)橡膠壩的壩袋錨固形式及材料選擇、壩袋振動(dòng)、壩袋防冰耐磨、運(yùn)行管理和與生態(tài)景觀結(jié)合等應(yīng)注意的問題進(jìn)行了分析探討，并提出了一些改進(jìn)措施。 

1、壩袋錨固形式及材料選擇 

橡膠壩充水(氣) 后,壩袋膠布的骨架材料承受拉力,通過(guò)錨固件將作用在壩體上的水壓力傳遞到鋼筋砼底板上來(lái)穩(wěn)定壩袋，壩袋錨固須滿足工程的可靠性要求。因此,如何錨固壩袋成為橡膠壩設(shè)計(jì)中關(guān)系到工程能否穩(wěn)定地起到擋水作用的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。 

壩袋的錨固形式主要有楔塊錨固和螺栓錨固。楔塊錨固是由前后楔塊的擠壓,增加對(duì)錨固槽壁的正壓力,產(chǎn)生巨大的摩阻力,將壩袋錨固在底板上，楔塊錨固工程造價(jià)低，但壩袋四角折疊處易出現(xiàn)嚴(yán)重漏水，需頻繁向壩內(nèi)充水，因而導(dǎo)致運(yùn)行費(fèi)用增加，也給工程管理帶來(lái)不便。螺栓錨固是由上壓板、下壓板、螺栓組成，下壓板與螺栓固定成一體，經(jīng)過(guò)防腐鍍鋅處理后，預(yù)埋在混凝土底板中，上、下壓板通過(guò)螺栓連接在一起，螺栓錨固所用的錨固件在工廠進(jìn)行加工生產(chǎn)、除銹、防腐處理，只需將加工好的錨固件直接預(yù)埋和安裝即可，利于施工質(zhì)量控制，螺栓錨固壩袋四角折疊處密封良好，且便于壩袋維修。因此，壩袋錨固形式采用螺栓錨固更為可靠經(jīng)濟(jì)。 

螺栓錨固中壓板與壩袋的連接為摩擦連接,原理是通過(guò)擰緊螺母,對(duì)螺桿施加強(qiáng)大而又受控的預(yù)拉力,預(yù)拉力通過(guò)錨板、壓板將橡膠壩袋夾緊,依靠壩袋與錨板間的摩阻力來(lái)承受壩袋的內(nèi)力。螺栓需要承受的預(yù)拉力較大,若采用普通螺栓, 預(yù)拉力會(huì)因疲勞而松弛，且由于普通螺栓強(qiáng)度低, 需要的螺栓直徑較大,不經(jīng)濟(jì)。可采用高強(qiáng)螺栓，經(jīng)過(guò)大量的試驗(yàn)研究和工程實(shí)踐證明,在承受反復(fù)荷載作用下,高強(qiáng)螺栓具有耐疲勞、預(yù)拉力不會(huì)松弛,工作安全可靠等特點(diǎn)。 

2、壩袋振動(dòng) 

橡膠壩壩頂溢流造成壩袋振動(dòng)，長(zhǎng)時(shí)間的振動(dòng)使壩袋磨損、脫層， 甚至穿孔、撕裂等，嚴(yán)重的時(shí)候還會(huì)破壞整個(gè)壩體，影響工程的安全和效益的發(fā)揮。因此，加強(qiáng)對(duì)橡膠壩壩袋振動(dòng)的處理，必須貫穿于橡膠壩建設(shè)的整個(gè)過(guò)程。 

充排水(氣)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中,沒有充分重視壩袋均勻起降的重要性,認(rèn)為水或氣充到壩袋內(nèi)會(huì)自動(dòng)平衡。其實(shí)不然,在充排水過(guò)程中若各個(gè)出水口出水流量、壓力水頭不均衡,會(huì)引起啟落高度不均,導(dǎo)致壩袋振動(dòng)、磨損嚴(yán)重，壩段在運(yùn)行中若長(zhǎng)期存在振動(dòng)現(xiàn)象則會(huì)導(dǎo)致壩袋脫層和撕裂, 嚴(yán)重的破壞整個(gè)壩體。為了使壩袋均勻坍落,要均勻布置出水口,并使各個(gè)出水口排出水流量一致,就能夠使得壩袋均勻塌壩,以改善壩袋兩端先塌、中央排水不完全的現(xiàn)象；同樣，充壩時(shí)多個(gè)出水口同時(shí)等流量等壓強(qiáng)出水能夠保證壩袋內(nèi)的水均勻升高,從而使得壩袋平穩(wěn)的升起,避免壩袋內(nèi)由于出水口出水不均,使壩袋內(nèi)水流的振動(dòng)引起的壩袋振動(dòng)。水頭損失與管徑、長(zhǎng)度有關(guān),通過(guò)設(shè)置不同的管徑，可以使與水泵不同距離的出水口的流量、壓強(qiáng)一致。 

壩袋振動(dòng)原因是多方面的，還受過(guò)壩流量、下游水位、壩體跨度、壩袋錨固和兩岸連接形式、充脹介質(zhì)及壩袋施工安裝等影響。因此在工程設(shè)計(jì)時(shí)壩址應(yīng)選擇在過(guò)壩水流流態(tài)平順及河床岸坡相對(duì)穩(wěn)定的河段， 這不僅避免發(fā)生波狀水躍和折沖水流， 防止有害的沖刷和淤積， 而且使過(guò)壩水流平順， 以減輕壩袋的振動(dòng)；在施工安裝壩袋時(shí)，準(zhǔn)確定位，符合設(shè)計(jì)要求，誤差控制在容許值范圍之內(nèi)；工程建成后，要嚴(yán)格管理，制定一套合理可行的運(yùn)行規(guī)程，規(guī)范操作。 

3、壩袋防冰耐磨 

北方地區(qū)冬季氣候寒冷，橡膠壩會(huì)被冰塊撞擊而損壞壩袋。為防止冰塊撞擊壩袋，設(shè)計(jì)時(shí)可在壩底板前增設(shè)攔冰坎措施，使冰塊不接觸壩袋，將冰塊攔在壩前，或使其隨過(guò)閘主流排向壩下。壩袋生產(chǎn)時(shí)在不影響其他技術(shù)指標(biāo)的前提下，提高橡膠壩在低溫（-40℃以下）情況下的耐老化、耐磨損、抗沖擊、抗屈折性。 

橡膠壩的壩袋在充脹和塌落過(guò)程中，壩袋與壩肩、隔墩的不斷摩擦?xí)�減少壩袋的使用壽命。為減輕壩袋的磨損，可將不銹鋼板通過(guò)預(yù)埋件錨固在隔墩兩側(cè)，來(lái)代替砼與壩袋接觸，以減小摩擦系數(shù)，延長(zhǎng)壩袋的使用壽命。 

4、運(yùn)行管理設(shè)計(jì) 

橡膠壩設(shè)計(jì)中往往對(duì)工程運(yùn)行管理的設(shè)計(jì)不夠重視。橡膠壩工程能否充分發(fā)揮效益，運(yùn)行管理是關(guān)鍵。工程管理人員在橡膠壩投入使用的初期，可能對(duì)橡膠壩的設(shè)計(jì)運(yùn)用邊界條件了解的不夠全面詳細(xì)，為確保橡膠壩的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，在設(shè)計(jì)中應(yīng)按照可能出現(xiàn)的各種工況，提出運(yùn)行操作程序和注意事項(xiàng)，明確管理單位責(zé)任，明確工程保護(hù)范圍。臨沂市小埠東橡膠壩于1997年建成運(yùn)行至今，在工程運(yùn)行管理方面積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于減輕壩袋的振動(dòng)起到了積極的作用。首先是控制壩頂?shù)囊缌髁浚�其次是調(diào)整下游水位，若下游水位較低，應(yīng)盡可能提高到一半壩高以上運(yùn)行，這樣可振動(dòng)危害性也就小得多；另外，改變壩袋內(nèi)的內(nèi)水壓力，改變壩體自振頻率，使其避開水流脈動(dòng)的主頻率，防止壩袋共振現(xiàn)象的發(fā)生；在汛期時(shí)，應(yīng)注意將壩袋坍平，以利于排洪、排沙和減輕壩袋振動(dòng)磨損。 

5、生態(tài)景觀設(shè)計(jì) 

生態(tài)景觀設(shè)計(jì)在橡膠壩設(shè)計(jì)中常常被忽視。生態(tài)水利是圍繞生態(tài)環(huán)境建設(shè)而開展的水利建設(shè)，是大生態(tài)的概念，具有與傳統(tǒng)水利、工程水利不同的顯著特征。隨著人們生活水平的不斷提高，對(duì)自然的生態(tài)環(huán)境愈加渴求，在橡膠壩設(shè)計(jì)中應(yīng)結(jié)合當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境與城市規(guī)劃要求，將生態(tài)景觀理念融入到橡膠壩設(shè)計(jì)中。可在壩袋之間的中墩上部設(shè)計(jì)景觀造型，對(duì)管理范圍進(jìn)行景觀綠化設(shè)計(jì)，增設(shè)親水設(shè)施，提高游人的參與性與可進(jìn)入性，體現(xiàn)生態(tài)景觀，達(dá)到人與自然的和諧。 

結(jié)束語(yǔ) 

橡膠壩作為一種新穎、實(shí)用的壩型，在改善生態(tài)環(huán)境、營(yíng)造城市濱水景觀中以其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，得到了廣泛的應(yīng)用，隨著水利科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，橡膠壩的技術(shù)也將越來(lái)越成熟。 

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