论文资料：橡胶坝的特点及其在汾河太原城区段治理美化工程中的应用.doc

橡胶坝的特点及其在汾河太原城区段治理美化工程中的应用贾玉爱（山西省水利水电勘测设计研究院 ，山西 太原 030024）摘 要：文中介绍了橡胶坝的功能、分类及工程优势，并结合太原汾河公园的治理美化工程，论述了橡胶坝的结构要点及应用特点，对城市河流的治理美化有一定的借鉴意义。该工程于2000年蓄水运行后已成为太原市区最大的集游乐、观赏、休闲于一体的风景游览胜地。关键词：橡胶坝 太原汾河 应用特点中图分类号：TV644 文献标识码：B1、 橡胶坝的功能橡胶坝是一种低水头的新型水工挡水建筑物，已广泛应用在水利工程中，它是用高强力合成纤维织物做受力架,内外涂敷合成橡胶作粘结保护层的胶布,按设计要求的尺寸加工成坝袋,锚固在混凝土底板上成封闭状，通过连接坝袋和充胀介质的管道及控制设备,用水(气)将其充胀形成的袋式挡水坝。其主要作用是通过调节阀门来进行坝袋的充坍，以达到控制流量和调节水位，可单独或与其他水工建筑物组成水利枢纽以完成预定功能。橡胶坝可升可降,既可充坝挡水,又可坍坝过流；坝高调节自如,溢流水深可控；起闸门、滚水坝和活动坝的作用，其运用条件与水闸相似，既可用于防洪、灌溉、发电、供水、航运、挡潮及城市生态景观建设，也可用于活动围堰、渠系临时挡水等工程中。我国自1965年开始橡胶坝的试验和建设，1966年建成了第一批工程。经过几十年的工程实践，我国橡胶坝逐步形成了自己的技术特色，橡胶坝工程技术已达世界先进水平。2、 橡胶坝的分类及构成橡胶坝按充胀气介质可分为充水式和充气式两种。充水式橡胶坝在坝顶溢流时袋形比较稳定,振动小,过水均匀,对下游河床冲刷较小；由于气体具有较大的压缩性，充气式橡胶坝在坝顶溢流时，会出现凹口现象，造成水流集中，对下游河道冲刷较强。充水式橡胶坝在我国是主导坝型。橡胶坝工程一般由土建部分、坝袋及锚固件、充排水（气）设施及控制系统等部分组成。橡胶坝依靠充胀的袋体挡水并承担各种荷载，荷载通过坝袋胶布传递给设置在基础底板上的锚固系统。坝袋和锚固系统是橡胶坝能否安全稳定运行的关键部件。橡胶坝的控制系统简单可靠，在汛期或需坍顶时,通过现场手动或激活自控装置,打开控制阀门,放空袋内的水(气),将坝袋坍落到底板上,即可复原河道的行洪断面。3、橡胶坝的优点橡胶坝主要适用于低水头、大跨度的闸坝工程，单跨一般不超过100m，坝高5m及以下。优点具体表现在：（1）节省三材。橡胶坝充胀挡水后，只有一条通长的坝袋横卧河道。由于不需要修建工作桥、闸墩等钢或钢筋混凝土结构，结构简单,三材用量显著减少，一般可省钢材30%50%，水泥约0%50%，木材60%以上。（2）造价低。橡胶坝作用在底板上的荷载近似均布荷载，且坝底板承受的荷载较普通闸坝的要小，故坝基础底板、下游消能、上游防渗等结构可适当简化，可大大节省工程投资。橡胶坝与同规模的水闸相比，造价一般可减少30%70%。（3）施工期短。橡胶坝袋可在工厂制造、现场安装，因此，施工速度快，施工期短。坝袋安装也较为简单，正常情况510天即可安装完成。工程结构相对简单，工期一般为26个月，可当年施工，当年受益。（4）操作灵活，运行维护费用低。橡胶坝的高度调节坝袋升高或塌落，是利用水泵、阀门等控制，简单可靠，管理方便；再者坝袋几乎不需维修。因此，兴建橡胶坝比水闸坝节省运行管理费达50%以上。（5）跨度大，地形适应性强。橡胶坝单跨可达100m，根据建坝地区河床地形条件，坝袋与两岸可布置成与河床断面一致的斜坡式连接，也可采用适应矩形断面河床的堵头式布置，地形适应性强。（6）不阻水，止水效果好。橡胶坝是将坝袋周边密封锚固在底板和岸墙上，不漏水，止水效果好。坝体内的水泄空后，薄的坝袋胶布紧贴在底板上，不缩小原有河道过水断面，基本没有阻水问题。（7）抗震和抗冲击性能好。橡胶坝的坝体为柔性薄壳结构，坝体轻，富有弹性，可适应基础的不均匀沉陷，可抵抗强大的地震波和特大洪水的波浪冲击。4、橡胶坝在汾河太原城区段治理美化工程中的应用4.1 工程总体规模汾河是山西省境内的第一大河、黄河的第二大支流，全长716km，流域面积39 471km2。汾河干流分为上、中、下三段，太原市位于中游段，在汾河上游段已建的水库有汾河水库和汾河二库，其中汾河水库距太原市100km，总库容7.23亿m3，汾河二库距汾河水库80km，总库容1.33亿m3。汾河由北向南纵贯太原市城区，2000年以前，城区段的汾河曾杂草丛生，污水浸漫，垃圾遍布，严重影响了并州古城的形象和环境。为改善城区的环境条件，市政府于2000年起对太原市城区段的汾河进行了治理美化，使太原市中心拥有了一座大型生态景观公园（以下简称“汾河公园”）。汾河公园东西向宽度450m500m，南北向总长16km（其中8.4km已投入运行，7.6km正在建设中）。汾河公园的建设，对净化空气、消除水体污染、调节气温、增加空气湿度产生了重要作用。据观测，汾河公园两岸夏季最高气温比其它区域降低4左右，相对湿度提高10%20%，每日可生产新鲜氧气1 678.5t，吸收降解废气3 480 t。已完建的汾河公园，先后荣获中国人居范例奖和“2002年迪拜国际改善居住环境最佳范例奖”，给太原古城带来了巨大的社会效益和经济效益。结合城市总体规划，汾河公园的景观共分为两大类，其中，上游2.4km的河道为人工湿地；下游13.6km的河道为蓄水工程。蓄水工程为人工复式断面，河道中间为主河槽，宽度300m，其功能为蓄水、行洪；两侧为滩地，其主要功能为绿化、靓化后为城市景观服务。结合两岸的城市景观，蓄水工程主河槽分为分槽蓄水和全槽蓄水两段。其中，上游8.1km的河道为分槽蓄水，由中隔墙分为清水渠和浑水渠。清水渠设坝蓄水，宽220m；浑水渠行洪不设坝、不蓄水，宽80m。下游5.5km的河道为全槽蓄水，蓄水池宽度300m。4.2橡胶坝工程为合理解决河道行洪与蓄水间的矛盾，汾河公园蓄水工程共布置了7道橡胶坝（14坝已投入运行，57坝在建设中），形成了6个蓄水池。其中，1橡胶坝既是1蓄水池的堵头坝，也为上游湿地公园的保水提供了条件；27橡胶坝是为6个蓄水池抬高水位的挡水坝。7道橡胶坝均采用充水式橡胶坝，坝高2.54.0m，坝长220300m，总长1860m。为减少对坝袋的摩损和震动影响，坝袋采用双线锚固、螺栓压板式锚固结构。设计内外压比为1.451.4，安全系数为8.0。根据现场条件，为满足防洪要求，橡胶坝充排水均采用动力充排，充水水源来自自备井及城市自来水管网。4.3橡胶坝在汾河公园的应用特点（1）功能与景观效果本工程橡胶坝的功能主要是为汾河公园形成人工湖。从功能上讲，水闸也能满足要求，但从水景观效果来看，橡胶坝明显优于水闸。橡胶坝可坝顶溢流，并利用自身的体形、坝体的颜色，形成景观效果。而水闸跨度较小，水工建筑物高大笨重，难以融入周边环境；而且水闸日常维护工作量大，并对公园景区有不利影响。（2）行洪与蓄清汾河为多泥沙河道，洪水进入蓄水池不但会造成严重的淤积，增加清淤费用，而且清理的泥沙需经过市区运往市外，对公园及市区的环境均有较大影响。另外，河道行洪及蓄水池清淤时须塌坝泄空，不但对公园的景观不利，而且大量的水体浪费，对严重缺水的太原而言，会形成补水困难、补水周期长的被动局面。在汾河公园范围内，河道两岸共有八条支沟汇入。太原地区雨水较少，降水主要以暴雨形式出现，因此，两岸支沟的初期小洪水中会携带有大量的漂浮物、泥沙及有毒物质等进入汾河。洪水进入蓄水池，还会对水体形成污染，对汾河公园的整体治理效果不利。鉴于以上具体条件，为方便工程运行管理、减少洪水对蓄水池侵扰的机率、节约水资源、利于公园的生态环境，结合河道两岸的城市总体规划，本工程在大部分河段中采用了分槽蓄水。主河槽采用分槽蓄水后，蓄水池（清水渠）与日常小流量行洪道（浑水渠）得以完全分开，使行洪、蓄清各行其道，仅当在遭遇较大洪水时蓄水池才坍坝泄洪，最大限度地调和了行洪与蓄清的矛盾，对汾河公园的景观营造及工程运行管理意义重大。另外，在1橡胶坝处的浑水渠设置了1副坝。在非汛期，1主坝和1副坝立坝拦水，为上游湿地服务；在汛期小洪水时，1副坝坍坝利于浑水渠行洪，大洪水时，蓄水池橡胶坝相继坍坝泄洪。（3）梯级运用橡胶坝是汾河公园水利工程的核心，汾河公园共设7道橡胶坝，形成7个梯级蓄水湖面（包括湿地水面）。由于橡胶坝在汾河河道的梯级开发运用，河道内常年有水，形成河道人工湖和地下水库，能动地对地面水和地下水进行时空的调节，极大地改善了太原市的生态环境。（4）工程总体评价汾河太原城区段治理美化工程，规模宏大，七个梯级橡胶坝联合调度运行，该工程建成运行为我国在多泥沙河道上建设梯级橡胶坝群积累了一定的设计和运行管理经验。橡胶坝结构简单，可充坝蓄水，坍坝过洪，利用自然又不破坏自然，既可解决城市河道防洪与蓄水的矛盾，又有利于生态环境的保护。通过建设橡胶坝来达到改造自然，实现科学和自然的和谐。其简单、方便、实用、经济，越来越受到人们的青睐，在城市园林美化及改善生态水环境方面越来越多地得到应用。5、橡胶坝的应用展望橡胶坝工程的经济、社会和生态环境效益十分显著，因此得到广泛的应用。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；用于沿海岸作防浪堤或挡潮闸，由于不受海水浸蚀和海生生物的影响，比金属闸门效果好；用于跨度较大的孔口船闸的上、下游闸门；用于施工围堰或活动围堰，橡胶坝活动围堰高度可升可降，并且可从堰顶溢流，不需取土筑堰可保持河道清洁，节省劳力并缩短工期；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。实践证明，橡胶坝优点较多，用途广泛，具有很强的实用价值和巨大的发展潜力。作者：贾玉爱，女，1967年生，1989年毕业于太原理工大学，水利部山西水利水电勘测设计研究院，高级工程师。收稿日期：2009-02-26On Features of Rubber Dam and Its Application is Fen River Improvement and Beautify Project in Taiyuan Urban ReachJIA Yu-aiAbstract: In this paper, the function, classification and project superiority of rubber dam are introduced. By means of its application in improvement and beautify project of Taiyuan Fen River Park, the main points of structure and application features of rubber dam are put forward. All of these have certain reference sence for improvement and beautify of Urbans river. After the year,