橡胶坝工程设计综述

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　　摘要：橡胶坝是一种由高分子合成材料建造的新型挡水建筑物，它结构简单、造价低、施工工期短、节省三材、抗震性能好，已在改善生态环境、发电、灌溉及临时挡水等工程中得到广泛应用，本文通过橡胶坝成功的设计经验对橡胶坝的设计进行简要的介绍。
　　关键词：橡胶坝；坝址；坝袋；锚固系统；土建工程；控制系统
　　橡胶坝于20世纪50年代兴起，将高强度纤维织物做成的胶布按设计尺寸加工成坝袋形状，锚固于底板上形成封闭坝袋，坝袋充涨后即可挡水的一种新型挡水建筑物。橡胶坝运用条件与水闸相似，即可充坝挡水，又可塌坝过流，但与水闸相比，橡胶坝具有结构简单、造价低、工期短、跨度大、抗震性能好、新颖美观、管理方便、运用费用低等优点，正是由于橡胶坝的这些优点，其已在河道整治、灌溉发电、沿海挡潮、临时挡水及拦洪蓄水美化环境等工程中得到广泛应用。
　　我国于1965年开始兴建橡胶坝，至今已建橡胶坝工程超过1600余座，结合国内已建橡胶坝经验，橡胶坝工程设计主要包括坝址确定、坝袋设计、锚固系统设计、土建工程设计、控制系统及安全与观测装置设计等五大部分。
　　1.坝址的确定
　　橡胶坝坝址应根据其运用要求，结合地形、地质、水流、泥沙、施工、管理及环境影响等因素确定。坝址选择应遵循下列原则：
　　（1）坝址应选择在地形开阔、岸坡稳定及河床变动小的河段，应考虑橡胶坝总体布置、施工管理及建坝后形成水面与周围景观相协调等因素。
　　（2）坝址应选择在基础为坚硬完整的岩石或沉降紧密的土基上。
　　（3）坝址应选择在河道顺直、流速变化小、主流稳定的河段。
　　（4）对于梯级开发河道，坝址布置应考虑蓄水、行洪及通航等多方面因素，综合确定橡胶坝梯级开发的坝址。
　　2.坝袋设计
　　坝袋是橡胶坝的主体挡水建筑物，坝袋材料的选用及其胶布的构造设计，直接影响橡胶坝的使用寿命和工程的安全运行。坝袋设计的主要内容包括坝袋结构型式确定、坝袋主要技术参数的选取、坝袋胶布构造的选择。
　　2.1坝袋结构形式确定
　　（1）坝袋的充胀介质是选择充水还是充气，应按运用要求、工作条件经技术、经济比较后确定。
　　（2）坝体布置可采用单跨式或多跨式，橡胶坝单跨一般不宜超过100m。
　　（3）橡胶坝坝高一般不应超过5.0m，对于超过5.0m或有特殊专门用途时应进行专门的技术论证和实验研究。
　　2.2坝袋主要技术参数的选取
　　在进行坝袋设计时，首先要选择坝袋设计内压比和坝袋强度安全系数，其值的选择应经技术、经济和安全比较后确定。
　　（1）根据已建工程经验，充水式橡胶坝内压比一般选取范围宜为1.3～1.6；充气式橡胶坝一般选取范围宜为0.75～1.1。
　　（2）坝袋袋壁承受的径向拉力根据薄膜理论按平面问题进行计算，在此基础上进行坝袋强度设计安全系数的计算。根据经验和实验结果，坝袋径向强度设计安全系数充水式应不小于6.0，充气式应不小于8.0；相应纬向强度设计安全系数，对于堵头式橡胶坝按径向强度设计安全系数的0.5倍选取，对于斜坡锚固的橡胶坝按径向强度设计安全系数的0.8～1.0倍选取。
　　（3）坝袋横断面形状、尺寸及坝袋充涨容积等设计参数根据《橡胶坝技术规范》（SL227-98）查表进行计算。
　　2.3坝袋胶布构造的选择
　　橡胶坝坝袋胶布由帆布和橡胶加工硫化而成，帆布是坝袋的受力骨架，橡胶分外层、夹层和内层，起保护帆布和协调各层帆布共同发挥功效的作用。
　　（1）胶布选择必须满足坝袋强度设计安全系数，且胶布布幅间的搭接强度应大于坝袋纬向设计强度。
　　（2）胶布的帆布层数一般不宜超过3层，层数多时须经试验验证。
　　（3）坝袋用橡胶应耐大气老化、耐腐蚀、耐磨损、耐水性好，有足够的强度，在寒冷地区要有抗冻性等。外层橡胶厚度应大于2.5mm，夹层橡胶厚度宜为0.3～0.7mm，内层橡胶厚度应大于2mm。
　　3.锚固系统设计
　　橡胶坝的锚固是用锚固构件将坝袋胶布沿其周边安装固定在坝底板和岸墙（中墩）上，使坝袋构成一个封闭的袋体，锚固是橡胶坝坝袋能否稳定挡水的关键部分。锚固系统设计的主要内容为锚固型式的选择及设计、锚固线的布置等。
　　3.1锚固型式的选择及设计
　　橡胶坝锚固型式可分为螺栓压板锚固、楔块挤压锚固以及胶囊充水锚固三种，应根据工程规模、加工条件、耐久性、施工及维修等条件，经综合经济比较后选用。
　　3.2锚固线的布置
　　橡胶坝锚固线布置可分为单线锚固和双线锚固两种。应根据工程规模、水流条件、坝袋运行稳定性等方面，经综合经济比较后选用。
　　（1）无论单线锚固还是双线锚固，上游锚固线距底板上游距离宜为0.5～1.0m。
　　（2）岸墙和中墩锚固线的布置应满足塌坝时坝袋平整不阻水、充涨时坝袋褶皱较少的要求。
　　（3）岸墙和中墩为直墙时，为减少坝袋端部塌肩现象，应将底板数米内少许抬高0.1～0.2m坝高，坡度为1:6～1:10,锚固线也沿此坡度布置。
　　（4）岸墙和中墩为斜坡时，斜坡应设爬坡段，长度为0.2～0.25倍坝高，顶部锚固高度可取1.1～1.2m坝高。
　　4.土建工程设计
　　橡胶坝土建工程主要包括坝底板、边墩（岸墙）、中墩、上下游护坡（翼墙）、上游铺盖或截渗墙、下游消力池、海漫、防冲槽、控制室和泵房等相关建筑物组成。
　　4.1橡胶坝底板设计
　　橡胶坝底板设计主要包括坝底板高程、厚度及顺水流方向长度的确定。
　　（1）坝底板高程应不低于设计或现有河床底高程，一般应较河床底高程抬高0.3～0.5m，对梯级开发河道对底板高程应进行统一规划。
　　（2）底板厚度应满足结构稳定、充排水（气）及锚固布置的要求，根据实际工程经验，底板厚度一般可取为0.5～0.8m。
　　（3）坝底板顺水流方向长度应满足坝袋塌落长度的要求，同时上下游应留足安装检修的通道。
　　4.2边墩、中墩和翼墙设计
　　（1）边墩和中墩通常有斜坡式和直墙式两种，其高度首先应满足坝袋锚固的布置要求，同时高于坝顶溢流时最高溢流水位。