充气式橡胶坝在水利工程中的应用

摘要：橡胶坝是以高强合成纤维织物和高强橡胶制成的薄壳柔性水工建筑物，通过将坝袋锚固在底板上，形成密封袋形，充入水或气形成水坝，具有构造简单、造价低、抗震性能好等优点。本文从橡胶坝坝袋设计、锚固系统设计及控制系统设计三方面阐述了充气式橡胶坝在某水利枢纽上的应用，从而说明该橡胶坝工程既能满足河道防洪与农业灌溉用水要求，又能满足城市景观要求，在类似工程上值得借鉴和推广。

關键词：水利工程;充气式橡胶坝;设计

1前言

橡胶坝是利用高强合成纤维织物作为受力骨架，内外涂敷合成橡胶作粘结保护层，加工成胶布，按要求的尺寸，锚固在基础底板上，用水或气压力充胀起来，形成挡水坝。橡胶坝主要适用于低水头、大跨度的闸坝工程，如用于水库溢洪道上作为闸门或活动溢流堰，以增加水库库容及发电水头;用于河道上作为低水头、大跨度的滚水坝或溢流堰，可以不用常规闸的启闭机、工作桥等;用于渠系上作为进水闸、分水闸、节制闸，能够方便地蓄水和调节水位和流量;用于城区园林工程，采用彩色坝袋，造型优美，线条流畅，可为城市建设增添一道优美的风景。

2 工程概况

某充气式橡胶坝工程是集农业灌溉、水产养殖及城市景观于一体的综合利用水利工程。橡胶坝工程混凝土底板高程为775.8m;设计水位为778.5米，坝顶应比正常水位高0.1～0.2m，取778.7m;坝高2.9m，坝长75m。本橡胶坝工程定为四等工程，橡胶坝、控制室分别为4级建筑物。根据国家《防洪标准》（GB50201-94），河段设计防洪标准为20年一遇，校核洪水标准为50年一遇。橡胶坝采用同标准，坝址处设计洪峰流量为QP=5%=102m3/s，校核洪峰流量为QP=2%=160m3/s。

3 充气式橡胶坝坝袋设计

3.1坝袋结构型式设计

单袋式是按照设计坝高安装一个袋囊，达到挡水高度，多用于坝高较低的工程，是目前国内外通常采用的坝型。本工程设计坝高为2.9m，单跨充气式坝型，采用单坝袋。

根据调查，充气式橡胶坝采用的设计内外压比范围是0.75～1.10之间。从运用角度出发，没有特别要求时，内压比无需选择太大。从强度角度讲，坝高较小时，强度的选择基本不受材料限制，内压比选择幅度很大，为节省坝袋材料，可选取较大值。而高坝的强度选择受材料限制很大，宜选取较小值。在内压比选择幅度较大时，内外压比的选择应经技术经济比较后确定。本工程的坝袋设计内外压比取1.0。

3.2 坝袋设计计算

由于橡胶坝的设计坝高H=2.9m;坝袋的设计内外压比=1。查《橡胶坝技术规范》中充气式橡胶坝坝袋设计参数表，计算得：坝袋径向计算强度T=45KN/m;上游坝面曲线段长度S1=3.902m;下游坝面曲线段长度S=4.555;坝袋贴地段长度D=1.737m;坝袋有效周长L0=S+S1+D=10.194m，坝袋单宽容积V=7.51m3/m。

3.3 坝袋胶布结构设计

选用坝袋型号JBD3.0-220-2，坝袋胶布型号为J220110-2。坝袋为一布两胶，胶布层数为两层，外层胶厚为4.50mm，内层胶厚为4.00mm。坝袋胶布的径向强度为600KN/m，考虑20%胶布强度损失后为480KN/m。坝袋强度安全系数K=480/45=10.67>8.0，满足设计要求。

4 橡胶坝锚固系统结构设计

橡胶坝是将坝袋锚固在基础底板和边墩上，充气将坝袋充胀，构成可升高挡水和降低泄流的工程。锚固是橡胶坝工程的关键组成部分，锚固系统结构设计包括锚固线的布置、锚固结构形式的选择和锚固构件设计制造。

本工程橡胶坝采用单锚固线进行坝袋锚固。锚固线的位置是在离上游底板（顺水流方向）的长度为0.5～1.0m处，是为了安装坝袋检查维修所需设的交通道的宽度。本橡胶坝采用穿孔锚固的方法和螺栓压板式锚固。

螺栓压板式锚固的构件由螺栓压板及垫板组成。橡胶坝设计坝高为2.9m，为增强压板单位面积的压强，在压板底面边缘焊两条直径为15mm的钢筋，以增加压板与胶布的摩擦力，压板截面型式采用曲线性。锚栓和刚压板材质可采用Q235钢制成，锚栓为粗制，螺纹为粗牙。

5 橡胶坝控制系统设计

橡胶坝袋的充排方式，有动力式和混合式两种。本橡胶坝采用动力式，用空压机将压缩空气充进储气罐，然后打开进气阀，空气经管道充进坝袋，带充气至设计坝高时关闭进气阀。打开排气阀排气即可调节坝高。

该工程充气时间无特殊要求故按照经验取排气时间为2小时，则排气量为Q=4.7m3/min。选择鼓风机型号为：L型系列罗茨鼓风机，转速为n=2900r/min，轴功率为6.46kW，冲胀和排空管道直径选择D=100mm。

6 结语

橡胶坝工程具有节省三材、造价低、抗震性能好及结构简单、安装速度快、操作灵活等特点，本工程采用橡胶坝取得了较好的经济效益。同时，它又具有坚固性较差、容易被尖锐漂浮物刺破、易老化及检修不便等不足之处。但只要在施工过程中严把质量关，运行管理中勤于检查与养护，完全可以延长坝袋使用寿命。随着材料科学技术的发展及坝袋生产技术水平的提高，橡胶坝将得到更广泛的应用。

作者简介：邢俊海（1974- ）男，新疆和静县人，大学本科，工程师，主要从事水利工程及水政水资源管理工作。