南山河橡胶坝设计

南山河橡胶坝设计的探讨
摘要：橡胶坝是一种新型的水工建筑物，广泛应用于防洪、灌溉、供水、挡潮、地下水回灌以及城市园林美化等工程中，生态、社会、经济效益非常显著。

文章主要针对南山河橡胶坝的设计进行了探讨，以供参考。

关键词：南山河；橡胶坝；设计
中图分类号：s611 文献标识码：a 文章编号：
橡胶坝属薄壁柔性结构，是随着高分子合成材料的发展而出现的一种新型水工建筑物。

1957年世界上首座橡胶坝诞生于美国洛杉矶，坝高1.52m，长6.1m，坝袋胶布厚为3mm，强度为90kn/m。

此后世界各国相继开始兴建橡胶坝。

我国于1965年下半年开始进行橡胶坝的研制建设工作，于1966年6月建成我国第一座橡胶坝——北京右安门橡胶坝，坝高3.4m，坝顶长37.6m，该橡胶坝曾两次更换坝袋，至今运行正常。

橡胶坝自20世纪90年代以来在我国发展迅速。

从1966年到1993年近三十年中全国仅建成橡胶坝366座，而据不完全统计，截至2006年10月，我国的橡胶坝已建成约2000 座，近年来更是以每年新建300座左右的速度发展。

1 橡胶坝的发展
橡胶坝分为充水式和充气式两种，充水坝的充排时间要长于充气坝。

橡胶坝主要由土建部分、坝袋及锚固件、充排水（气）设施及控制系统等部分组成，运行时要严格按照规定的方案和操作规程进行，要注意坝袋内的充水（气）压力不能超过设计压力，以免坝袋
破裂。

橡胶坝虽然很少维修，不像常规钢闸门那样需要定期涂刷油漆防锈，但也要定期检查，尤其是在洪水过后，要检查是否有漂浮物对坝袋造成刺伤，以及坝体振动、坝袋与底板磨损、河卵石摩擦撞击坝袋等造成的损害。

橡胶坝袋容易受到尖利和有头角物体的损坏，故应划出橡胶坝工程的管理范围和安全区域。

我国橡胶坝发展至此，可以认为在橡胶坝的科研、设计、施工和运用管理以及坝袋制造和防护等方面的技术已较成熟，具备了广泛推广应用的条件。

故这一新技术被国家科委批准列入1992年的《国家级科技成果重点推广计划》项目，这为橡胶坝技术的发展和应用注入了新的生命，并为迅速将这一新技术转化为生产力，有力地走入国内外市场创造了良好的条件和提供了有力的保证。

2 南山河橡胶坝概况
南山河又称大降坑水，其发源于云安县茶洞镇禾昌顶东(海拔696m)，该河从西南向东北流经云安县和云城区，在云城区都杨镇的降水出口注入西江。

其汇入西江口处集雨面积为255km2，干流河长为46km，多年平均流量为5.74m3/s，多年平均径流量为1.81亿m3，主河道河床平均坡降为3.15‰，上游坡度较陡，云城区至下游出口段河床较缓，平均坡降1.74‰。

流域平均宽度为8.78km。

主要支流有大降坑水、大坎水、珠洞水、高峰水和云岗支流等。

其中大降坑水、大坎水、珠洞水流域内有小型水库三座，总集雨面积约15 km2。

2011年4月，南山河河道景观改造工程（一期）为了提高工程的安全保障，修建了目前的橡胶坝，设计蓄水高度为2.5m，蓄
水淹没至上游大降坑水支流580m处，珠洞水支流483m处，大坎水支流548m处。

如图1所示。

图1 南山河橡胶坝
3 橡胶坝工程设计
3.1 坝底板型式的设计
橡胶坝的基础底板型式有平底板、低堰底板、折线底板和反拱底板等。

橡胶坝工程多采用平底板。

在我国，橡胶坝底板基本采用平底板型式，且平底板特别适用于平原较大宽度的河道。

但对山区河道，由于洪水携带泥沙量较大，对于平底板，由于底板高程同一，改变了建坝前一般洪水的流态。

一般洪水过坝时由于流速减小，泥沙呈落淤态势。

坝上和库区产生落淤，对橡胶坝的长期运行相当不利。

针对南山河的特点，对坝底板的型式进行了创新，在第三道橡胶坝的设计时，在坝底板型式的布置上，保留山区河道原有的河道深槽，采取深浅槽布置的型式。

一般中小洪水从深槽流过，不改变一般洪水的流态解决了中小洪水对坝袋的淤积问题，同时，中小洪水从深槽流过，减少了橡胶坝袋的频繁塌落次数，相对延长了橡胶坝的使用寿命。

3.2 下游防冲型式的设计
我国已建橡胶坝大都采用底流式水跃消能，一般消能防冲设施是消力池、护坦、海漫和铅丝石笼。

设置消力池、护坦、海漫和铅丝石笼的最终目的减少水流对河床的冲刷作用，保护坝底板的稳定性。

南山河是山区河流，河道坡降大、流速急，要达到上述目的，
消力池必须做得较大，海漫、铅丝石笼必须做得很长，既不经济，也无必要，而且造价较高，影响整个河道景观。

因此，在南山河橡胶坝的设计时，根据南山河河道的具体特点，改用防冲墙替代消力池、海漫、铅丝石笼，防冲墙深度根据河道多年的冲刷情况进行计算。

在满足下游冲刷、确保主体工程安全的前提下，大大地简化了工程结构布置。

3.3 上游铺盖的设计
铺盖的主要作用是延长渗径、降低渗透压力和渗透坡降，有时也有防冲及协助底板抗滑动的作用。

防渗铺盖长度一般采用上、下游最大水位差的3～5 倍，上游设1.0～1.5m 深的防冲墙。

这种布置型式，由于平原河道坡降较缓、水流平稳，能够满足平原河道对上游防冲齿墙的冲刷，但对山区河流，则完全不能满足河道对上游防冲齿墙的冲刷。

在南山河橡胶坝的设计中，将上游铺盖设计成1∶5～1∶10 倒斜坡，在不增加铺盖工程量的同时，大大加深了铺盖上游防冲齿墙的深度，解决了山区洪水对坝底板的冲刷。

同时增大了渗径长度，增加了抗滑、抗倾的稳定性。

3.4 冲排水管路的设计
橡胶坝的冲排水一般采用动力式，且大多数建在行洪河道上，经常有突发洪水出现。

橡胶坝的充排水管道设计主要根据汛期塌坝泄洪的时间要求来进行管道的管径选择和管路布置。

一般管道管径选择的尺寸较大，管道较长，泵房内管道布置交叉重复，造成很大浪费。

为了保证橡胶坝安全泄水，南山河橡胶坝在冲排水系统设计时，
在满足工程汛期塌坝泄洪时间要求的同时，充分利用了充排系统现有功能，通过优化设计，使其起到了多功能的作用。

（1）对底板冲排水管路进行优化，将冲排水管路进出坝袋由t 形改为f 形，缩短了冲排水管路路径，同时将所有冲排水管路设置在前铺盖下面，便于冲排水管路的维修、检修；
（2）简化了泵房内冲排水管路的设置，3 套机泵利用3 套管路往坝袋内冲水，通过优化改为3 套机泵利用1 套管路往坝袋内冲水，满足了坝袋充水泄水的要求；
（3）利用冲排水机泵，通过利用强排、自排管道系统，经过创新优化设计，达到从下往上调水的目的。

可以说是一管多用，一机多用。

3.5 超压溢流管的设计
为防止坝袋超压，充水橡胶坝必须在两岸边墙或中墩上设置安全溢流管（孔）与坝袋相连通，管口位置须与坝袋设计内压水头齐平。

在实际运用中，设置安全超压溢流管确实对橡胶坝坝袋的安全运行起到了保护作用。

但是也遇到了一些问题，就是在遇到较大洪水时，由于中间水流急、波浪大，人力不能到达，洪水会从管口产生倒灌水现象，抬高坝袋，影响坝袋过洪，甚至会将坝袋撕裂、破坏。

基于上述问题，提出将橡胶坝超压溢流管改为从侧墙引出，遇有大洪水时保证人工从两侧及时封闭管口，防止洪水往内灌水。

3.6 岸墙、管理房的设计
为了改善城市生态景观，橡胶坝已经成为城市河道整治美化、景
观建设当中的一种新型工程。

岸墙、中边墩、泵房、管理室等建筑物的外观结构型式以显得越来越重要，越来越要求工程符合城市景观的要求，尤其是在中心城区的水工建筑物。

因此，必须改变过去钢筋混凝土呆板的外形结构，对结构外形进行优化创新。

在南山河橡胶坝的设计中，将城市文化底蕴内涵引进到橡胶坝的岸墙、管理房设计中，设计了具有云浮文化底蕴、景观特色的建筑物。

4 结束语
橡胶坝具有节省三材，造价低，行洪不阻水，抗震性能好和结构简单的特点，同时又具有坚固性较差，存在老化问题和检修不便等不足之处。

只要在施工过程中严把质量关，使与坝袋接触的混凝土表面光滑，螺栓的埋设准确，并在运行管理中勤于检查和养护，是完全可以延长坝袋使用寿命的。

参考文献
[1] 黎伟经浅谈橡胶坝的防塌肩设计[j]广西水利水电 2005年第03期
[2] 郝强御河中水调蓄工程橡胶坝设计 [j] 山西水利 2007年第06期。