橡胶坝在滹沱河建设管理中的应用
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摘要:橡胶坝是一种由高强度合成纤维织物做骨架的一种水工建筑物，它节省材料且
具有结构简单，投资低，工期短，运用管理方便，跨度大等优点。它能有效地起到调节上游水位和活动溢流堰的作用，并及时方便地向下游注水，适宜在低水头的水利工程中建设使用，担负调洪泄洪任务。本文结合滹沱河水利工程建设，探讨橡胶坝在该流域的设计标准及其安装设备的使用情况，结合多年运行情况，探讨橡胶坝的运行管理经验，解决期间出现的问题及其采取的具体的措施。
关键词:橡胶坝；优点；功用；要求；运行
中图分类号： TV85 文献标识码：A
一、概 述
橡胶坝是一种薄壁低水头的水工建筑物，是用高强度合成纤维织物作为受力骨架的，其中内外层涂敷橡胶作为保护层，起胶合、密封的作用，两者粘合起来制作成封闭状的橡胶布袋，用螺栓等器具锚固在基床的混凝土或钢筋混凝土底板的基础上，使用时向坝袋内充水或充气，让其充胀进而形成坝体，橡胶坝充排水系统的作用与闸门的启闭装置的作用相近。坝顶可以溢流，也可根据需要随时调节坝高，控制上游水位，使之发挥灌溉、发电、航运、防洪、挡潮等效益。不需要挡水时排空坝袋内的水或气，坝袋就铺于河床基础上，恢复河床断面的模样，使河水下泄无阻。
当前，我国在各科研单位，生产和使用单位的协同配合下，进行了研制和批量生产并加工，先后在全国各省市自治区试建了一百多座橡胶坝。上世纪六十年代，
我省作为首批建设城市之一开始推广这项新技术，在石家庄市滹沱河防洪综合整治生态修复一期工程中就采用这项技术，经过两年多的运行实践，现阶段坝体完好，达到了设计要求。
二、优点及功用
橡胶坝由坝袋和基础构成，其结构相对简单，与同规模闸、坝相比，节省材料并且工期短、造价低。据相关资料统计，工期比同规模闸坝建设要缩短1／3～1／2。橡胶坝自身重量轻，因此对地基的设计，可以加大它的跨度。结合橡胶坝自身的结构特点，橡胶坝还具有不阻水、不漏水、管理运用方便、抗振性能好等优点。
橡胶坝建成后，不仅不影响河道及沟渠汛期时的行洪，而且可以拦蓄基流，可以作为拦河闸坝使用。它作为一种水工建筑物，它利用自然又不破坏自然，解决城市河道防洪与蓄水的矛盾，有利于生态环境的保护。当河道枯竭时，橡胶坝可以拦河蓄水恢复河道的生机，形成碧水蓝天、光彩照人的大水面，并且彩色坝袋的使用，其带有优美线条的造型，不仅改善和美化了周边生态与生存环境，还为景观区域建设点缀一种色调。
三、设计要求
1 设计标准
橡胶坝在泄洪期间基本保持原河道断面模样，这与其他形式的壅水坝不同，标准级别一般为四、五级工程建筑物。滹沱河橡胶坝位于京广铁路上游，2009年建成，坝长797.2 m，坝高2.5 m。为保证泵房和其他辅助结构的安全，根据有关标准规定采用50年一遇的洪水设计，在建筑物区地震防烈度设为6度。其大坝在行洪时设计过坝流量为3500m3/s。
橡胶坝横卧于河床上，长期受水流和砂石、杂物冲刷或摩擦，并且经受大自然老化，所以要求坝袋强度高，重量轻，耐老化，耐磨、耐水、耐油污、耐化学腐蚀、耐微生物、耐寒等等，因此，滹沱河橡胶坝采用高强力的无接缝锦纶彩色坝袋，其中设计内外压比为1.4，坝袋型号为JBD2.5-160-2，采用双锚固线螺栓锚固。坝袋沿轴线分为10段，每段长77.5m，中间设隔墩，墩厚0.8m，墩头为半圆形，九个坝墩顶部设计成鱼儿的形状，喻为“鱼升龙门”。
2 坝基础及地下轮廓设计
橡胶坝作为低水头壅水坝来说，基础及地下轮廓的设计比较简单，但由于堰顶溢流，特别是泄洪期间流量较大时，要特别考虑到基础防冲措施的设计，以满足渗径的要求。滹沱河橡胶坝均采用混凝土底板，坝底板宽10.0m，厚0.7m，螺栓锚固处局部加厚至1.0m，底板前钢筋混凝土铺盖长20m，厚0.4m，铺盖下铺设坝袋充排水管路，铺盖前设长10m、厚50cm胶结砂和防水毯，底板后设30m长钢筋混凝土护坦，坡度1：30，钢筋混凝土护坦厚0.5m，护坦厚设长20.0m、厚50cm胶结砂和膨润土防水毯。
3 坝袋安装
滹沱河橡胶坝是充水橡胶坝，固采用双行锚固，这样节省坝袋布料。运行中可遇到以下问题，具体措施如下
① 当坝袋表面胶层轻度磨损，未伤及纤维织物时，可采用粘补胶片的方法修理。
② 局部磨损较严重时，可在磨损部位粘补坝袋胶布，补强胶布的经纬向要与原坝袋相同。
③ 坝袋磨穿或局部撕裂，可在坝袋内外表面分别粘补与原坝袋布置经纬向相同的补强胶布，并贴封口胶条；撕裂面积较大的坝袋视工程需要采用双面粘补法或重新更换整幅胶布。
④ 坝袋在运行中遭到破坏时，应采取抢救措施：小孔可用木塞、橡胶塞临时修理；如贯穿孔较大或局部撕裂面积不大时，可暂时用钢板与螺栓组合的夹补法加固处理。
现场粘补，宜在温度18～25℃时进行。坝袋破损处和补强胶布（或胶片）都要清洗、晒干、均匀打麻；按顺序涂刷胶液，力求均匀；把补强胶布（或胶片）与坝袋胶布粘接，并用手辊纵横反复压实，不留空隙和气泡，再用砂袋或重物平压24h以上；在自然硫化期间,坝袋修理部位不要折叠，严防受水浸泡。有条件时，可在一定压力和温度下进行粘接修理。
4 充排水系统
充排水系统是调节橡胶坝高度的专用设备，滹沱河橡胶坝充排水系统由水泵、机电设备、管路和相应的阀门所组成。另外，动力装置配备电动机，以便一旦停电时，不影响运行。且充坝的水量有保证，必须水质好、无污染、少泥沙，必要时可蓄水沉淀泥沙。
四、橡胶坝的运行管理
橡胶坝是一种柔性结构，在运行过程中，上下游水位与坝顶溢流水深不利组合的情况下，会有坝袋的振动或拍打的现象出现，有可能会发生轻微的颤动或剧烈的振动，从而使得坝袋与底板混凝土表面或者侧墙表面产生摩擦，致使坝袋表面受到不同程度的磨损，甚至发生危险。所以，在日常运行管理中，加强对坝袋的维护非常重要，需要进行科学的运行管理，采取必要的措施。针对滹沱河橡胶坝两年多的运行情况，其存在的问题及采取的措施探讨如下：，
1 运行管理方面存在的问题
① 滹沱河橡胶坝坝上游流域面积大，未建全流域洪水预报信息系统。
②滹沱河橡胶坝未掌握坝袋运行规律。其运行规律需要经过多年的实际调控才能掌握，因该坝建成历史不长，对一些问题尚未弄清。
③滹沱河橡胶坝安全监控方面存在不足。橡胶坝主要由合成材料制成，没有钢丝网的保护，极易被人为破坏，或被河道漂浮物刺伤，容易发生险情。
因此，滹沱河现阶段需要对橡胶坝的坝袋进行全天侯全方位地观察保护。
2 建立工作制度，加强技术管理
滹沱河橡胶坝担负着汛期分洪的任务，运用较为频繁，因而采用分级管理的办法，建立了明的技术档案，档案中明确了各项技术指标，运用必要的原则和要求，以统一工作方法。并要求建立岗位责任制，值班记录，橡胶坝运用记录和机泵操作规程，加强检查观测制度。 为提高枢纽工程管理水平，建设水情预报与闸坝安全监控自动化系统势在必行，这将成为以后的工作重中之重。
3 开展检查观测
为提高管理运用水平，通过观测掌握橡胶坝的各种性能及变化情况，具体有以下观测项目。
① 坝袋的应力应变观测。在坝顶布设两排方格网，每个方格为40 cm× 40 cm，每季度观测一次。
② 坝袋不定期的强度测试。坝袋橡胶布的强度变化，应做剥离力和拉断强度的测试。
③ 坝袋老化的观测。定期拍摄照片，并根据其材料性能，每3 a做一次化学鉴定，以作比较。
④ 坝上下游的冲淤观测。在坝的上下游各设一个固定断面，每年汛前汛后各测量一次，以了解基础的冲刷或淤积的情况。
⑤ 坝的高度观测。因橡胶坝肩负着泄洪任务，需要调整过坝流量，现采用比较先进的方法，即内压～坝高～流量的关系，进行大坝水位流量观测。
计算机自动化监控系统是工程安全运行管理和安全度汛的一个重要保障措施。滹沱河自动化监控系统的建立，能充分利用计算机技术、现场总线技术、网络技术、自动控制技术等高端技术进行橡胶坝的自动化监控，这样会大大提升了橡胶坝状态监视、运行控制，从而实现日常管理的现代化水平，这将具有很强的经济和社会意义。
4 坝袋的冬季防冻
在封冻的河道使用橡胶坝需要注意坝袋的防冻问题，主要采用的办法是维持坝面过流水深在0.2 m左右，上游来水通过坝顶向下游输送，并经常用地下水充换袋内的低温水，以使坝袋内的水不结冰。在化冰期间密切观察，防止发生冰块对坝袋的摩擦、刺破事故。
滹沱河几年的管理实践证明，橡胶坝是一种结构简单、节约三材、造价较低、施工简易、工期短、运行维修方便、抗震能力强的水工建筑物，在城市美化、生态环境改善、节资节能等方面发挥着越来越重要的作用，橡胶坝市场越来越大。滹沱河橡胶坝安全运行与管理是石家庄市安全度汛的重要保证，与人民群众的生产、生活息息相关，正确合理的运用橡胶坝这一先进的现代化工程，使先进的水利工程技术为城市建设、城市安全和百姓生活服务。从安全、美观、实用的角度出发，在其满足基本的水利功能之余，橡胶坝作为一道天然亮丽的风景线与生态环境友好相处，蓄水同时增加水域面积，顺应、利用自然又不破坏自然，在城市生态水利建设中占有重要一席。