小橡胶坝技术在忻州市南云中河治理工程中的应用

张谦

【摘要】忻州市南云中河城区段修建橡胶坝，分段蓄水形成人工湖，为构建忻州市云中河景区奠定了基础，极大地改善了忻州市水环境和人居环境，具有良好的社会效益和经济效益。本文重点介绍了忻州南云中河治理工程橡胶坝设计、施工及运行管理等方面的实践经验，以期为后续工程提供相关参考和借鉴。

【关键词】橡胶坝；南云中河治理；应用

1、工程概况

忻州市南云中河治理工程由西向东横贯忻州市城区，西起大运高速上游400m，东至播明铁路桥下游300m，全长6.51km；河堤布置在纵断上尽量依原河底布置，平均纵坡为2.37‰，共布设7道橡胶坝，坝高2.5～3.0m，水面宽度为80～120m，形成7个蓄水池，两侧为50～70m绿化带和滨河南、北交通抢险路。河道横断面均为复式断面，由布置在中间的主槽和两侧的二级平台组成。防洪大堤布置在二级平台外侧，大堤的设计高程满足50年一遇的洪水。结合生态美化，主槽岸墙分别设置台阶、自然草坡、自然叠石、亲水平台等断面形式。考虑景观设计要求，以及满足5年一遇防洪标准，确定二级平台河底以上高度为1.5～3.0m，基础埋深1.3m。蓄水后将形成63万m2的水面，总蓄水量为98.3万m3水体，两岸绿化面积76万m2。

2、橡胶坝设计

2.1 橡胶坝布置。橡胶坝坝轴线垂直于河道布置，在N1+300、N2+175、N3+020、N3+865、N4+710、N5+555、N6+400共布设7道橡胶坝，形成7个蓄水池。

2.2 橡胶坝坝袋设计。橡胶坝袋采用无搭接坝袋，材料为锦纶帆布，内压比为1.3，防水材料采用合成氯丁胶，坝袋材料为氯磺化聚乙稀为主料的橡胶坝袋。

2.3 橡胶坝土建工程设计。橡胶坝基础底板为平底板，底板比河床高0.2m，根据基础内埋设管道要求，厚度为1.0m，底板下铺设0.1m厚的素混凝土垫层，上、下游各設0.5m深的齿墙。

在顺水流方向，根据坝袋坍落宽度和上下游施工检修要求确定底板长度，橡胶坝坝高3.0m时，长度为9m；橡胶坝坝高2.5m时，长度为8m。

根据水闸设计规范，考虑防冲、防渗、稳定等要求，在橡胶坝上游设钢筋混凝土铺盖，长度为12.5m，厚度0.4m，铺盖下设0.1m厚的素混凝土垫层。橡胶坝上游铺盖接格宾石笼护底，长10m，厚0.5m。消力池池长13.0m，池深0.65m，，底板厚0.6m。在铺盖、橡胶坝底板、消力池之间采用橡胶止水带加沥青木板止水。橡胶坝消力池尾部设排水孔，孔间距1.0m，梅花型布置，排水孔下铺设无纺布作为反滤层。消力池下游设20m长格宾石笼海漫，厚0.5m～1.0m；防冲槽长6.0m，深1.5m，上游边坡1：2.0，下游边坡1：2.0，底宽1.0m。

2.4 控制室设计。橡胶坝的控制室均位于河道右岸二级平台上，长12m，宽6.9m，层高5.75m。泵坑尺寸长12m，宽6.9m，深4.25m，泵房全部为半地下式混凝土结构。

2.5 坝袋锚固设计。由于北方的河流泥沙较多，为减少对坝袋的磨损和震动影响，根据坝高、坝顶溢流、安全及施工等因素，确定使用螺栓双锚固。

2.6 橡胶坝地基处理。根据钻孔资料，坝基建基面下分布全新统洪冲积细砂及砾砂层，厚度1.8m～6.7m，结构松散，级配较差，粘粒含量少，实测标准贯入锤击数14～19击，属中等液化，橡胶坝及控制室地基采用碎石桩进行处理，梅花型布置，桩径0.4m，桩距1.6m，有效桩深6m。

2.7 控制与观测系统设计。根据运行管理对排水时间的要求，充排水均采用动力充排。

根据结构布置的要求，橡胶坝的充水与排水采用相同的管路系统，不单独设置。充水时采用水泵从深井中直接取水，排水时由于防洪的要求，不采用自流排水，而通过水泵强制排水至下游河道中。

为避免超压后引起坝袋破裂，在每个坝段均设超压流管，以利于运行时观察，超压溢流管出口均设在隔墩顶部，管径0.2m，以备在自控设备失效时使用，从而保证工程的安全运行。

在每个坝段上，两端均设排气孔，用于排出坝袋内残存的气体。

橡胶坝的观测设备主要有：坝袋内水压观测、坝袋上下游水位及基础底板沉降观测等项目。

3、橡胶坝施工

3.1 施工导流。橡胶坝导流方式采用分期导流，先在橡胶坝中部一侧修筑一期纵横向围堰，完成围护区橡胶坝段的施工。二期利用一期修筑的橡胶坝段过流，修筑另一侧的围堰，进行剩余橡胶坝段的施工。

围堰结构型式为土围堰，最大堰高约2.0m，堰顶宽3.0m，围堰长130～287m，迎水边坡1：2.5，背水边坡1：2.0，堰体临水坡面采用编织袋装粘土防护。

根据地质资料地下水埋深大多在3～5m，基础平均挖深1～2m，基坑大都在地下水位以上，局部地段的基坑可能存在积水、涌水，围堰内的渗水、施工废水以及雨水等排水，采用明排方式。具体做法：在预留平台（围堰）内侧的基坑周围开挖0.2×0.3的排水沟，然后汇流至1.5×1.5×2.0m的集水井内，配置水泵将水从集水井中不间断抽排至围堰外河槽内。

3.2 碎石桩施工。振冲碎石桩施工采用ZCQ-30振充器，配16t汽车起重机，14kW高压泵，7.5kW污水泵和2.0m3装载机填料。施工工序为打孔—成孔—填石—夯击，见图一。

3.3 混凝土施工。混凝土工程施工前，应根据设计要求通过实验确定混凝土配合比。混凝土生产采用0.8m3移动式拌和站拌制，水平运输采用0.6m3机动翻斗车，对于橡胶坝段需要垂直运输的混凝土采用汽车起重机。插入式振捣器振捣。当浇筑混凝土间歇超过允许时间时，应对原先浇筑的混凝土表面进行凿毛处理。

施工时应注意在坝袋塌落区的表面 （坝底板上 ）混凝土务必平整光滑，以减少对坝袋的磨损而提高坝袋的耐久性。坝袋与地板接触混凝土应平滑无棱角。

3.4 橡胶坝施工。坝袋安装施工程序为：清理坝底板和锚固槽 螺栓下压板就位 坝袋就位 坝袋安装 螺栓上压板就位 上弹簧垫圈 锁锚固螺母 砂浆填锚固槽。

主要技术要求及施工方法：

3.4.1 安装前应对坝底板和锚固槽进行一次全面检查。锚固槽尺寸如与要求尺寸误差较大应及时记录。充排水系统应进行一次通水检查 ，以检验管路系统是否畅通，机电设备运行是否正常。

3.4.2 坝底板和锚固槽应冲洗，清理干净，无积水。

3.4.3 在坝底板用墨线弹出坝轴线、锚固线和坝袋中线。

3.4.4 对准锚固槽的锚固线，将螺栓下压板穿孔固定于锚固槽的螺栓上。

3.4.5 根据工程的实际情况，先安装上游，从坝袋中心线向两侧同时进行。然后将下游折叠塌落区的坝袋翻向上游，折叠后按需要长度翻向下游，对准坝袋中心线和下游锚固线，上、下游一直安装到边墙水平段以下，为了减少坝袋折皱部分的拉平工作量，采取坝袋内充水的方法。当坝袋充胀到一定的高度后，即将坝袋内的水全部放光，使坝袋按照预定的轨迹自然地平铺在底板和两端岸墙上，然后用葫芦拉平就位挂在墙顶，从上游向下游、由中间向两侧、先中间后两岸端的顺序进行锚固。

3.4.6 坝袋拉伸平铺后使锚固线同螺栓对齐，用钻孔机钻孔，嵌入螺栓内。为避免误差集中，坝袋产生褶皱，穿孔时严格控制，如有误差，平均分配。

3.4.7 本橡胶坝坝袋胶布较厚，特别是胶布搭接处，坚硬似塑料板一样，很难折曲入，给安装工作带来极大的困难 ，应采取必要的技巧和措施。

3.4.8 坝袋嵌入螺栓后及时放置螺栓上压板，使坝袋的中心线、锚固线等点线面重叠吻合后方可放上

弹簧垫圈和锁上锚固螺母。上螺帽时，用扭力板手按相同的扭力矩逐个螺栓分级拧紧。

3.4.9 在施工中，坝袋锚固安装多数凭经验进行。例如，螺栓紧固，有时用眼观察坝袋折起部分边缘状态判断确定锚固是否达标。

3.4.10 坝袋锚固安装检查达标和充排水试验合格后，用砂浆填实锚固槽空隙，保护锚固螺母、螺栓和压板，并达到与坝底混凝土一致的外观质量要求。

4、橡胶坝运行和管理

4.1 橡胶坝运行。在非汛期，橡胶坝全部立坝至设计坝高蓄水。在汛期，橡胶坝低坝运行，坝袋降低0.5m。当洪水位继续上涨，当坝前水位距堤顶高度小于0.5m时，塌坝运行。

橡胶坝冬季运行时，需要在上、下游破冰。坝袋内结冰时，禁止调节坝高。冬季结冰前调节坝高与上游水位齐平，春季化冰时，调节坝高下泄冰块，冰棱下泄后，坝袋充至设计坝高。为了防止冬季冰压力对两侧岸墙的破坏，在结冰季节，橡胶坝需要降0.8m运行或者采用破冰措施，以确保岸墙的安全。

4.2 橡胶坝管理。根据工程运行情况，对橡胶坝工程各部位进行经常、定期和特别检查与观测，发现事故隐患，及时采取措施。

对上游来水，水流状态，坝袋前后冲淤情况，橡胶坝比较重要部位，要进行经常性的检查观测。在每年的春秋两季，对坝袋进行定期检查。当发生特大洪水、暴雨、暴风、强烈地震和重大工程事故时，要及时组织力量进行全面检查，着重检查工程有无损坏等。

5、结语

目前，忻州市南云中河治理工程已全部完工，橡胶坝于2014年3月底开始蓄水，4月底景区正式开园。通过半年来的运行观测，橡胶坝各项运行参数均满足设计要求，为改善忻州人居环境，提升城市品位发挥了重要作用。

作者简介：

張谦（1981-），男，山西忻州人，大专，忻州市水利基建工程监督站，助理工程师。研究方向：工程管理监督。