拉萨市拉萨河4#闸橡胶坝设计

孙亮科 刘春锋 高 诚 刘召军

拉萨市拉萨河4#闸位于西藏自治区拉萨市城区南侧拉萨河干流上的次角林大桥下游，为拉萨河（城区段）水治理工程规划的第4座挡水建筑物，采用橡胶坝进行挡水。

我国1965年开始橡胶坝袋的试制工作，1966年建成我国第一座橡胶坝——北京右安门橡胶坝，至今我国已建成橡胶坝700多座。日本橡胶坝的设计代表了当前世界最高水平，至2002年已建成超过3 000座橡胶坝，且建设了多座6 m高橡胶坝[1]。西藏地区的年楚河水生态橡胶坝于2014年10月建成，目前运行正常。

西藏拉萨河属高原地区，河道行洪时河道推移质含量大，紫外线强度较大。如何解决泥沙淤积、磨损和坝袋的耐久性是设计的难点。泥沙淤积是多泥沙河流上修建橡胶坝的最大难题。泥沙淤积主要出现在小洪水和非汛期，洪水和汛期泄洪时即可带走泥沙。目前，防止淤沙的方法主要有分槽治理方案、冲沙槽方案等[2]。分槽治理方案是在河道中修建一条纵向的中隔墙，将河槽分为浑水槽和蓄水槽，小洪水期间多泥沙浑水通过浑水槽穿过，保证蓄水槽内不产生淤泥。冲沙槽方案是在分槽治理方案的基础上在浑水槽上下游设置冲砂闸，中间隔墙低于下游橡胶坝，利用取上层清水来蓄满蓄水槽，利用冲沙闸冲沙。

本工程采用闸坝结合方案，即分槽治理方案，发挥橡胶坝和节制闸的各自优势，利用调节闸控制流量调节水位灵活、耐泥沙冲蚀的特点，集中冲沙、减少坝前泥沙淤积、减少橡胶坝频繁起坝塌坝。

1 橡胶坝布置与设计

橡胶坝顺水流向自上而下布置依次为：上游沉沙池、次角林大桥至橡胶坝之间的河道平整、混凝土铺盖、橡胶坝底板、下游护坦、下游海漫及防冲槽等。

沉沙池顺水流向长80.0 m，其上游与治理后河道采用1∶10的底坡平顺连接，其后采用埋石混凝土挡砂坎挡沙。埋石混凝土后为次角林大桥至上游铺盖之间的河床，为与上游铺盖平顺相接，对该部位河床进行整平处理。上游铺盖长20.0 m，厚1.0 m，为防止细小的砂砾造成对橡胶坝袋的磨损，其上设有0.3 m的挡沙坎，并与橡胶坝底板顺接。

橡胶坝布置于右岸，总长526.5 m，分为6跨，采用枕式结构，单跨长度为86.50 m。调节闸布置于左岸，右侧与橡胶坝段相连，左侧岸边为充排水泵房，调节闸总宽56.40 m，单孔8.6 m，共设5孔。调节闸底板高程低于橡胶坝底板高程，一方面便于为橡胶坝检修提供干地作业条件，同时可在汛期小洪水时束水冲沙，减少过坝泥沙。

橡胶坝底板采用分离式平底板，由墩底板及小底板组成，顺水流向长11.00 m。隔墩长11.0 m，厚1.5 m，两端采用半径为0.75 m的半圆形墩头。为避免橡胶坝袋两端与墩墙结合部位出现塌肩现象，引起局部溢流，影响橡胶坝的正常运行，将墩底板顶面按1∶10抬高0.3 m，用水泥砂浆抹平压光堵头与墩墙之间的缝隙，坝袋端部与隔墙接触部位采用复合不锈钢板衬砌，以确保坝袋端部接触密实。

橡胶坝坝袋结构采用单袋双锚线充水式橡胶坝，坝袋内压比为1.35，坝袋强度安全系数不小于8.0，为两布三胶结构。橡胶坝由坝袋、底垫片、锚固系统及进排气孔等组成。坝袋采用无搭接缝的橡胶坝袋，以保证整体美观。为防止推移质对坝袋的磨损问题，橡胶坝坝袋厚度适当增加至9.9 mm，规范规定正常坝袋外层胶磨耗量小于0.8 cm3/1.61 km，通过改进坝袋外胶层材料特性，可使坝袋外胶层磨耗量小于0.3 cm3/1.61 km，同时增加外胶层的厚度。改进坝袋外胶层材料特性和增加外胶层的厚度，均提高了坝袋的抗冲磨性能。橡胶坝底板坝袋坍落线与锚固线之间增设2 cm厚水磨石层，以保证该部位的光滑度，保证此部位泥沙迅速滑走，不在此淤积，避免了塌袋泄洪后沙石淤积导致坝袋与底板间沙石的磨损。底板下游末端设有1∶5的斜坡段与下游护坦连接。

混凝土护坦总长15.0 m，厚1.5 m，分为两段，斜坡段和平直段。护坦后为混凝土海漫，长15 m，厚1.5 m。护坦及海漫下铺设横、纵排水管网，排入海漫下游侧的防冲槽内。

闸址处的河床、漫滩组成物质主要为强透水的松散-密实卵石层，为强透水层，是闸基的主要渗漏通道，因此，采用防渗铺盖结合垂直防渗墙进行防渗。在混凝土铺盖的上游齿槽下设防渗墙，墙厚0.6 m，墙深8.0 m。在海漫下游齿槽下设防冲墙，墙厚0.6 m，墙深7.2 m。防渗墙采取围封的形式，即上游防渗墙及下游防冲墙均延伸至两岸翼墙底板，并与翼墙底板防渗墙连接在一起。

2 本工程橡胶坝特点

拉萨河中心城区段紧邻拉萨市区，地面海拔约为3 650 m，属高原地区，紫外线强度较大。拉萨河挡水河段宽约600 m，河道比降大，是典型的游荡性河道，行洪时河道推移质含量大。因此强紫外线和泥沙淤积和磨损是本橡胶坝的难点和重点。

有资料可知，拉萨河河道径流量较大，无断流情况，2004—2012年实测月平均最小流量为50.1 m3/s，设计时保证坝顶溢流水深大于10 cm，故枯水期坝袋常年处于水面以下，抗紫外线条件较好。同时坝袋采用氯丁橡胶胶料，添加抗臭氧剂、紫外线吸收剂等外加剂。紫外线吸收剂可均匀分散在材料中，不喷霜，不渗出，强烈地吸收紫外线（尤其是波长为290～400 nm），且具有耐浸洗的特点。紫外线吸收剂几乎不吸收可见光，超强的紫外线吸收能力大幅度地提高产品的抗老化性能，充分减缓坝袋因紫外线照射产生的老化破坏。目前紫外线吸收剂在感光材料如彩色胶卷、彩色胶片、彩色相纸和高分子聚合物等许多领域应用较多。

坝袋磨损和坝前后推移质沉积是本工程设计的难点，轻则影响泄洪，重则造成橡胶坝报废，出现突然失控情况。工程采用闸坝结合方案，利用调节闸的调水冲沙作用，减少泥沙在橡胶坝上下游的淤积，调节闸底板高程低于橡胶坝，不仅为橡胶坝检修提供干地作业条件，同时可在汛期小洪水时束水冲沙，减少过坝泥沙，减少推移质过坝或在坝后沉积会对坝袋产生的磨损。适当地抬高橡胶坝坝底板高程，尽可能拦阻过坝推移质数量，底板抬高会加大过闸流速，可减小推移质在坝袋顶部的磨损时间，同时缩短了坝袋坍袋线后的水平距离，并在坍落线范围内采用水磨石处理，增加坝袋底板的光滑度，有效地减少坍塌的坝袋下推移质的堆积，减少高速过坝水流在坝袋下产生的负压作用而造成的坝袋与沉积在下部的推移质的摩擦损耗。适当增加坝袋外胶厚度、改进坝袋外交层材料特性，提高坝袋自身的抗磨损性能。

3 结语

工程区紧邻拉萨市区，海拔约3 650 m，是现有最高海拔地区的橡胶坝工程。工程于2016年11月主体工程完工，于2017年3月已蓄水至正常挡水位，至今已正常运行1年，基本满足设计的功能，坝袋基本无磨损现象，无老化现象，可以保证枯水期或平水期橡胶坝上游一定回水范围内形成较大的水体水面，改善了水环境、水生态及城市水景观。

因此，在拉萨河上采用橡胶坝，既满足景观要求，亦满足工程防洪要求，对于高原地区强紫外线、多泥沙河流上的类似工程有一定的借鉴意义。