橡胶坝在多泥沙河道取水工程中的应用

李勇 邱钢

（楚雄欣源水利电力勘察设计有限责任公司，云南 楚雄67500）

1 绪言

橡胶坝是一种造价低、工期短、耐久性强、美化环境效果好的新坝型，已被广泛应用于灌溉、发电、防洪、城市美化等方面。作为拦河坝，可在枯水期充水成坝蓄水，满足河道取水及美化环境的需求，汛期排空坝内水体，坍坝冲沙过洪，即不影响河道行洪，同时可有效降低坝前河床淤积。

2 工程概况

正兴坝为元谋大型灌区骨干渠道官沟和龙泉沟的渠首取水建筑物，位于楚雄州元谋县城郊龙川江干流上，龙川江为金沙江右岸一级支流，河长257km，河道平均比降4.8‰，坝址以上径流面积4050km2。正兴坝原为群众自建的浆砌石溢流坝，由于建设标准低，运行年限长，坝身因水毁基本不复存在，现状只能在原坝址上游采用堆石体拦河取水，因属临时性堆石，故每年均需进行恢复。由于取水保证率极低，枯水期常无法取水，严重影响灌区生产用水，急需进行恢复重建。作为灌区节水配套改造的主要内容，正兴坝恢复重建工程于2005年经省厅审批，列入元谋大型灌区2006年节水续建配套改造的项目之一，于2006年当年实施完成。

3 拦河坝方案选择

根据工程所处河段的地形及地质条件，正兴坝恢复重建选择了三种（闸）坝型进行分析比较，第一种是拦河闸，第二种是橡胶坝，第三种是溢流坝。

3.1 拦河闸的特点

拦河闸的优点：①闸门开启可灵活调节；②可利用闸门开启控制上游正常蓄水位；③设有工作桥，交通联系方便；④不会因坝前淤积而抬高河床；⑤不设泵房，运行费用低。

拦河闸的缺点：①闸门宽度小，闸墩多，缩窄河道过水断面，对原河道行洪产生较大影响。②为保证原河段防洪标准，需对上游河堤进行加高或增加闸孔净宽，使拦河闸总宽度大于天然河床宽度，工程量大，占地多，工程投资高，经济性差；③闸门底坎过高则影响泄洪，使上游洪水水面抬高，过低则可能受淤泥（沙）影响不能灵活操作；④工期长，防洪干扰大，施工难度大。

3.2 溢流坝的特点

溢流坝的优点：①管理方便；②防冲能力好，抵御大砾石及漂流物撞击能力强；③不设泵房，运行费用低。

溢流坝的缺点：①上游水位抬高较多，对原河道行洪影响较大；②坝前淤积难以解决，上游河床抬高较多，对河道生态环境产生较大影响；③为保证原河段防洪标准，需对上游河堤进行加高或增加溢流段宽度，使坝体总宽大于天然河床宽度，工程量大，占地多，工程投资高，经济性差；④泥沙淤积对取水影响较大，所需坝身较高。

3.3 橡胶坝的特点

橡胶坝是由高强度的织物合成纤维受力骨架与合成橡胶构成，锚固在基础底板上，形成密封袋形，充入水或空气形成坝体，具有以下特点：

设计、施工简单，橡胶坝袋是先在工厂制造，然后现场安装，施工速度快；坝前基本无淤积，不影响原河道的生态环境状况，尤其适用于多泥沙河流的拦河取水工程；不影响行洪，对已审批的防洪排涝工程无影响，橡胶坝袋内水泄空后，紧贴在底板上，不缩小原有河床断面，无需建闸墩、启闭机架等结构，基本上不阻水；维修方便，橡胶坝装置的结构简单，充、排水装置失灵率低；可改善河道水体景观，坝袋可选成彩色的，坝型属流线型，造型优美，色彩丰富，加上形成的水幕景观，易与周围环境相协调，增强了其美化环境的功能；土建工程量省，橡胶坝的造价与同规模的常规水闸相比，一般可以减少投资40～50%。

3.4 方案选定

综上所述，采用彩色无搭头橡胶坝具有造价低、工期短、寿命长、抗震能力强、不淤积河道、不影响行洪、美化环境效果好、经济效益和社会效益及生态效益显著等特点，优于传统的拦河闸及溢流坝，因此选用彩色无搭头橡胶坝作为正兴坝恢复重建的拦河坝型。

正兴坝位于龙川江干流尾段，坝址以上控制径流面积4050km2，洪峰较大，p=3.33%设计洪峰流量达到1474.8m3/s，坝址所处河段河床底坡较陡，平均比降12‰，加之上游水土流失严重，汛期洪水含沙量较大，每年洪水均带有大量卵砾石等推移质及泥沙、漂浮物等，对坝袋的磨损较大，根据这些情况，工程采用了专用的钢丝橡胶坝坝袋。钢丝橡胶坝坝袋是针对南方山区河道汛期洪水暴发时砂砾石、杂物、树根等飘浮物较多的地区而专门生产的。其特点是：①厚度薄、自身轻，相对锦纶橡胶坝自身可降低40%，运输方便，安装容易就位；②内部附加一层锦纶纤维，表面胶和内胶各增加0.5毫米，其抗老化性和耐磨性大增强，延长了坝袋的使用寿命；③强度高，硬度大，不容易被尖锐物刺破，尤其适于砂砾石、杂物、树根等飘浮物较多的河道，安全性和可靠性更高；④硬度大，不容易产生人为的破坏，使用起来更安全；⑤由于厚度降低，所以更耐曲挠，使用寿命更长；⑥钢丝骨架为网状，橡胶可渗透过钢丝而结合到一起，附着力更高，可达到锦纶的十倍左右，橡胶坝不易脱层，可更有效保护骨架材料，提高使用寿命。

4 橡胶坝结构设计

4.1 工程布置

根据水流、地形、地质及施工等条件加上占地及投资等多方面对原坝址复建与原坝址上游90m处重建方案进行综合比较，推荐原坝址上游90m处重建方案。

橡胶坝坝身段长8m，宽72.5m，与原河床宽度基本相同，坝身段两端分别为官沟及龙泉沟的取水闸，右岸官沟取水闸以外设充排水闸阀室，坝身段上游设15m长的防渗铺盖，下游设15m长的消力池，消力池后为10m长的护坦。

4.2 结构设计

①坝体结构：坝高2.5m，底宽72.5m，长8m，C20钢筋砼锚固底板，上下游双锚固布置，采用预埋螺栓锚固，两岸为直墙式，靠坝内水压力使坝袋紧贴墙壁防渗，坝袋选用钢丝骨架JBD2.5-160-2坝袋，坝袋强度安全系数K=9.6＞[6]。橡胶坝结构设计见图1。

②充排水设施：充排水机房设于右岸官沟取水闸下游，下部为4.5m高、长6m，宽3.6m的充排水机井，上部为管理房，机井中设充排水水泵及自动排水系统，为节省运行成本，充坝介质采用河道集井水，集水井布置于下游护坦紧靠右岸处，为长8.8m，宽3m，深3m的C20钢筋砼箱形体，集水井四周按梅花状设Φ=5cm进水孔，外部设反滤设施。

③防渗设施：由于坝体为砂砾石，为减小渗漏及基础扬压力，在坝上游设15m长的防渗铺盖，采用1m厚的粘土回填夯实，上铺0.4m厚的浆砌石保护层，同时在坝身前齿槽下设3m深的防渗板桩，以加强防渗。

④消能设施：橡胶坝下游采用消力池消能，消力池长10m，宽度与坝身等宽，底板厚0.5m，为降低坝基扬压力，增加坝体稳定，消力池底板按孔间距1.5m梅花状布置排水孔。

⑤取水设施：根据取水要求，在橡胶坝两岸分别布置取水闸，闸孔尺寸为2.0×2.0m，闸后设沉砂池及冲沙闸，以降低汛期取水含沙量，进一步减轻渠道淤积。

5 橡胶坝的施工

5.1 施工导流

为了工程施工不受汛期洪水影响，工期安排在10月至次年3月底，总工期6个月。施工采用二期围堰导流，即先在河左岸修建施工围堰，对左岸坝体土建部分进行施工，利用右侧河道进行导流，左岸坝体土建完成后拆除围堰，同时在河道右侧修建施工围堰，对右岸坝体进行土建部分的施工，利用已完成的左岸坝基进行导流。围堰中间采用粘土防渗，外部采用装沙编制袋护壁。

5.2 施工控制

①施工放样：首先由测量人员根据设计图纸进行测量定线放样，开挖原始断面，测放开挖轮廓线，施工过程中随时控制边线。所有的施工定线、进度、方量、竣工等测量原始记录、计算成果及绘制的图件，经施工方及时整理、校核并分类整编后移交监理工程师审核。

②开挖施工：土方开挖主要采用机械开挖为主，人工辅助，弃料装自卸汽车运至弃渣场集中堆放；为保证正常施工，基坑内靠围堰侧设置排水沟和集水坑，使基坑渗水汇至集水坑，再用水泵抽出基床外，两岸坡顶设截水沟拦截地表水。为保证开挖符合图纸规定，清基清至设计边线外30cm，并经常测量和校核开挖区域平面位置、水平标高和边坡等是否符合设计要求。基础开挖完成后，对基础面上的杂物、杂草及时清理，及时对桩号、座标、高程等作出醒目的标记。

③砼浇筑施工：坝基开挖成型后及时立模、预埋充排水管、钢筋安装、锚固件预埋等工作，之后进行砼浇筑，按分缝跳块后退台阶式浇筑，砼由汽车装料罐运到基坑，由设在上下游的50T履带吊吊运入仓，人工平仓，插入式振捣器振捣。浇筑过程中测量人员随时检测上下游锚线的平面位置和高程，以确保准确无误，砼浇筑完毕12～24h后洒水养护,养护时间不少于14d。

④坝袋安装：坝袋远至工地后，先检查坝袋有无脱胶破损及孔洞，尺寸是否符合要求，检查合格后将坝袋及底垫片按平行于坝轴线方向分层平铺于坝体基础之上，之后根据设计尺寸采用冲孔方式一次性在坝袋及底垫片上开锚固孔，坝袋开孔后按先下游、后上游、先中间、后两边的顺序将坝袋及底垫片安置在锚固螺栓上并拧紧螺母。坝袋锚固完成后，经监理工程师验收合格，进行充水试验，坝袋充水经72小时运行坝袋表面及下游锚固线无渗漏，袋体丰润、平整，充排水系统运行平稳、正常并经监理工程师验收合格后，最后再用50#混合砂浆封填锚固线。

6 质量控制

工程施工严格实行“四检制”，每道工序均由班组先自检并填写自检记录，然后由项目部复检，填写复检记录，最后由公司质检员终检，填写终检记录，监理单位不定期进行抽检。对质量不能达到要求的坚决返工，对隐蔽工程和关键部位由建设、设计、监理联合进行验收，在施工中按检测频率要求，做好砼试块，及时试压。严格按单元工程质量评定标准对每一道工序进行认真的对照检查，做好原始记录，做到以数据说话；隐蔽工程覆盖前，24小时内报监理工程师验收签证，否则任何人无权进行下道工序的施工。认真做好技术挡案的管理，在工程竣工后，按业主要求及时提供完整、准确、详细的竣工资料。

7 结语

橡胶坝建成后，不但解决了元谋大型灌区的水源紧缺、供需矛盾突出的问题，而且解决了在龙川江多泥沙河道中取水的泥沙淤积问题，将工程建设与生态环境保护有机结合，得到了良好的工程效益及生态效益。另外，工程蓄水加上对堤防进行绿化措施后，在元谋县城边缘形成了新的城市景观---水上公园，使绿色生态景观与元谋人文景观交相辉映，提高了县城的环境质量，为元谋东方人类祭祖坛旅游业注入了新的元素，由此产生更为积极的生态效应、社会效应和经济效益。

[1]崔月甫.橡胶坝工程施工的关键技术[J].施工技术，2007-07-18.