关于充水式橡胶坝设计和施工的几个问题

关于充水式橡胶坝设计和施工的几个问题

摘要：随着社会经济的飞速发展,水资源的严重紧缺,水利工程中对水资源的开发和利用显得十分重要,工程中对充水式橡胶坝的应用越来越广泛，而且越来越被人们所认可，它具有投资小、有效拦截水资源、运行稳定等优点。本文主要阐述了充水式橡胶坝的特点，并对如何控制其施工质量进行了探讨，这将对推进充水式橡胶坝技术的发展具有十分重要意义。

关键词：充水式橡胶坝，设计，质量控制，施工，特点

上个世纪五十年代, 充水式橡胶坝工程随高分子合成材料的出现而产生。充水式橡胶坝也叫橡胶水坝或橡胶气坝，它的工程原理是用高强力的合成纤维胶袋布作为受力骨架，并在其内外按设计要求的型号、材质和尺寸涂抹复合成橡胶作为黏结保护层,然后再加工成坝袋,并按设计将其锚固在混凝土的底板上,形成一个封闭状的袋形,水或者气等充胀介质通过管道和控制设备将袋子进行充胀,从而形成挡水坝。充水式橡胶坝可以通过对坝袋内充胀介质的控制来适当调节高度、增减蓄水量、控制河水的过流断面，充水式橡胶坝开启简单迅速的优势为日后的管理和维护带来了方便。

1.充水式橡胶坝的特点

1.1工程造价低，充水式橡胶坝的突出优点就是造价低，其工程造价比同规模的挡水坝减少百分之五十左右。

1.2材料相对节约，充水式橡胶坝坝袋是由合成纤维胶布袋和橡胶而制成，它取代了混凝土挡水坝中的钢木和钢筋混凝土结构，由于它不用修建由钢和钢筋混凝土制成的中间闸墩、工作桥以及安装启闭机具等水上结构，而且还可以使水下结构简单化，所以充水式橡胶坝对钢筋、水泥和木材的用量大大降低，均可节省百分之五十左右。

1.3施工工期较短，在工厂加工成型后的充水式橡胶坝坝袋便可直接用于安装操作，且安装便捷，仅需3~15天就可将坝袋安装完，整个工程也只要3~6个月便可完成，当年施工当年就可以得益。

1.4抗震和抗冲击性能好，充水式橡胶坝的坝体是薄柔性结构，拥有百分之三十五左右的抗冲击性，其伸长率高达百分之六百，拥有以柔克刚的良好性能，所以它对地震有强大的抵抗能力，对洪水也有较强的抗冲击能力。

1.5不阻水，止水防漏效果好，坝袋锚固于混凝土底板上，基本上能达到不漏水的效果，坝袋内的充胀介质被放空后，坝袋紧贴于底板上，不会使原有的断面缩小，不需要修建中间闸墩、启闭机架等，所以不阻水。

2.充水式橡胶坝的设计

2.1基本假设

充水式橡胶坝主要是依据以下两个基本假设进行设计的。

2.1.1薄膜内力假设。橡胶坝坝袋厚度比曲率的数值较小，由于橡胶是刚度很小的柔性结构材料，所以在内外水共同施压的情况下会变成一定的几何形状，以上情况与薄膜类似，故假设认为壳体材料只能够承受面载荷，而对力矩不能承受。

2.1.2平面问题假设。橡胶坝坝袋锚固于混凝土底板上，坝的轴线相对较长，坝袋在中间位置的受力条件是相同的，轴线方向上坝袋的变形较小，坝袋变形主要发生在与轴线垂直的平面内，暂时忽略坝袋材料组织的方向，坝袋在上述平面内只承受径向拉力，没有弯矩和剪切力的产生，综上，坝袋的受力计算就是垂直于轴线平面内的受力计算。除了以上的两个假设以为，不考虑其他动力因素的影响，假设坝袋只承受静水压力。

2.2坝袋设计

对于橡胶坝坝袋，我国多采用充水式坝袋，而日本多采用充气式坝袋。充水式坝袋根据坝高和设计内外压力比来确定设计的选型，优化选型的关键是坝袋内外压力比，充水式坝袋的内外压力比一般选用1.3~1.6，充水式坝袋强度设计系数不低于6.0，坝袋胶布不多于3层，可根据水质情况选择胶布层数。为了保证坝袋密封性能，减小损耗率，可在坝底部和后部安装垫片。

2.3锚固结构设计

锚固结构分为螺栓压板锚固、胶囊充水锚固和砌块挤压锚固，其中工程中多应用螺栓压板锚固，锚固的部件应综合考虑强度、抗锈蚀度、耐久性和锚固力等因素。锚固线分为单锚和双锚，单锚固线适合矮坝，而双锚固线适合高坝。

2.4安全与观测设备设计

为了使坝袋内部压力不超标，在充水式橡胶坝顶部安置排气阀和安全溢流设备，将连通管设置于坝袋内的压力观测装置中，并在侧墙上设置水位尺，用来对橡胶坝的上下游水位进行观测。

2.5控制系统设计

根据实际情况和调节的要求来确定坝袋充胀与排水的时间，控制充胀和排水的系统有动力、自排和混合式三种，所谓动力即采用动力设备，如水泵。

2.6土建工程设计

充水式橡胶坝包括底板、岸墙、中墩、上下游翼墙、上下游防渗盖、上下后消力池等，根据工程的设计要求，通过精准的计算，使以上土建工程满足强度、地基稳定和防渗的要求，另外，设计应对坝袋的震动幅度采取必要的措施。

3.充水式橡胶坝施工质量控制

工厂根据设计图纸的要求制作出坝袋和垫片，在材料出厂前对尺寸进行检查，将锚固线、上下游标记准确标识出来，坝袋制作严格按照要求和规范进行，进厂时需提供检测报告，并进行抽查，复查尺寸的同时还应检查外观是否有损伤，如果坝袋或垫片有损伤，应及时沟通进行修补或退换。坝袋安装前的所有准备工作也应严格执行有关标准和规范的规定，例如浇筑底板、锚固螺栓制作和安装、防渗结构的修建等等。底板和岸墙的表面应平整光滑，螺栓的预埋深度营符合要求，且间距合理。控制系统应按有关机电、土建工程要求进行施工操作。安全装置按设计规范进行安装，必须保证其质量和可靠运行。按照制定好的规程进行坝袋的安装，安装过程中应保证袋子平整，切不可对剪口采取补强处理。坝袋安装完成后，对整个工程进行全面的检查，并对坝袋进行充坝或挡水试验。最后，按国家水利部门对橡胶坝的质量验收规定进行检验验收。

4.充水式橡胶坝设计和施工需注意的问题

4.1规划设计问题。因充水式橡胶坝对水文气象和地质有着严格的要求，所以在对其进行规划设计时，应十分谨慎。充水式橡胶坝的最大挡水高度较低。相对混凝土挡水坝，它更适用于水流流速低的河道。另外，充坝比较适合应用于水文气象适度的地区，对橡胶坝的规划设计应充分考虑地形、地质、水流、气候等因素。

4.2人为破坏造成橡胶坝损坏。尖利的物体接触大橡胶坝后，很容易导致坝体损坏，所以应避免在有尖角物体的地方安装橡胶坝，也可以采取有效的措施将橡胶坝隔护成封闭起来，以降低损伤事故的发生机率。

4.3洪水过后的残骸造成橡胶坝损坏。当洪水过后会残留很多杂物，例如建材设施等尖锐的物体有可能对坝体造成损伤。

4.4火对橡胶坝造成损坏。火是对橡胶坝最为不利的因素。火会使大范围的坝体遭到破坏，如果损坏面积过大，将对其无法进行修复。可以修建备用橡胶坝，方便在损坏的橡胶坝无法修复时及时更换。

4.5容易风化。橡胶坝与氧和臭氧长期接触后发生交联作用会使内部网状结构有所改变，氧和臭氧对橡胶有破坏作用。橡胶随着老化程度加重而粘连在一起。另外，橡胶坝也会因应力作用而加速氧化。

5.结语

目前我国修建的充水式橡胶坝，坝袋在注入充胀介质后会有较大的变形，变形后仍用安全溢流管控制坝袋内压水头，坝袋强度比计算强度明显增强。在施工过程中应根据充水式橡胶坝的特点，严格按照施工标准与规范进行操作，以保证工程的质量。

6.参考文献：