橡胶坝在水库除险加固工程中的应用

中图分类号：TV62 文献标识码：A 文章编号：

橡胶坝是用高分子合成材料建造的新型水工建筑物，其主要作用是通过坝袋的充坍以达到控制流量和调节水位，单独或与其他水工建筑物组成水利枢纽以完成预定功能，现已广泛应用于灌溉、发电、防洪、供水和城市园林景观等多方面水利工程中。现结合城固县堰沟河水库除险加固工程实施情况，就橡胶坝在该水库中的应用作以探讨。

一、水库概况

陕西省城固县堰沟河水库位于汉江南岸一级支流堰沟河下游，距县城4km，1974年5月建成投运，是一座以灌溉为主，兼防洪、养殖、发电等综合开发利用的小（Ⅰ）型工程，水库坝址以上控制流域面积147km2，总库容515万m3，兴利库容180万m3，设施灌溉面积1.0万亩。

水库枢纽由心墙坝，溢洪道和输水建筑物三部分组成。最大坝高27.1m，坝顶高程530.60m，坝顶长120m；开敞式侧堰溢洪道位于左岸山坡，溢流堰顶高程521.00m，堰宽30m，泄流段由三级陡坡跌水组成，总长度 454 m，跌差23.1m；输水建筑物由放水塔和放水涵洞组成，位于大坝右端，设计引水流量3m3/s；输水干渠总长6.5km。

由于工程存在设计标准低、施工质量差、溢洪道泄洪能力不足、放水塔高度不够，大坝无安全监测设施、水库管理与运行条件简陋等问题，2004年4月大坝安全鉴定为三类坝，同时根据多年灌区用水实际和水利计算分析，水库供水不能满足灌区用水需求，供需矛盾十分突出。

二、除险加固工程设计

根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252—2000）和《防洪标准》（GB50201—94），堰沟河水库属小（Ⅰ）型Ⅳ等工程，大坝为4级建筑物，按50一遇洪水设计，500一遇洪水校核。经复核计算，50年一遇入库洪峰流量635m3/s，洪量2281万m3，溢洪道下泄流量600m3/s；500年一遇入库洪峰流量1082m3/s，洪量4439万m3，溢洪道下泄流量950m3/s。

堰沟河水库灌区灌溉面积1.0万亩，粮食作物以水稻为主，稻麦两熟，灌水方式为淹灌和畦灌，依据本灌区农作物的灌溉制度与灌溉定额，经径流调节计算，水库现状年缺水52万m3（水库正常蓄水位抬高2.5m时，兴利库容增加62万m3，调节水量202万m3）；通过调洪演算，堰沟河水库坝顶复核高程为526.99m，现状高程为530.60m（高出3.6m）。遵照水库除险加固的同时兼顾工程效益的原则，该水库有增加兴利库容的空间，且原溢洪道具备溢流堰加高条件，故此，设计将水库正常蓄水位由521.0m提高到523.5m（以满足灌溉用水要求），经复核，大坝上下游边坡稳定安全系数均满足规范要求。

结合堰沟河水库大坝安全鉴定论证结论和水库复核计算成果，提出工程主要除险加固项目为大坝加固、溢洪道加固和输水建筑物改建；主要工程措施为：1）整修坝坡、迎水坡干砌石护面、翻修背水坡脚干砌石排水体；采用混凝土防渗墙加高大坝心墙1.5m；2）加高溢洪道进口溢流堰2.5m、加高侧槽、泄槽段边墙，延长一级消力池，对溢洪道全段槽底采用混凝土护面；3）在原址拆除重建钢筋混凝土放水塔并配套闸房、闸门、启闭机等金属机电设备，原涵洞采用钢筋混凝土套衬并进行回填灌浆；4）硬化防汛道路，健全大坝安全监测设施、完善水库管理及运行设施。工程计划工期一年，设计概算总投资740万元。

三、橡胶坝方案的提出

堰沟河水库除险加固工程初步设计经陕西省水利厅审查并批复，工程于2008年10月开工建设。

受以前乱砍滥伐、盲目抬田修地等问题的影响，使得流域植被受损、水土流失严重，加之缺乏水保措施，导致水库库区淤积、河道上游河床逐年抬升。由于历史原因，库区淹没范围确权划界不清、产权不明，河道两岸侵耕侵种、河滩非法植树造林，导致河道过水断面缩小、行洪不畅、水位抬高，汛期周边田地易被淹没；水库加堰后，淹没范围有所增加。因此，在溢洪道进口段施工过程中，受到水库上游村民阻挠，导致工程被迫中止。

鉴于以上问题，工程项目业主联合设计、运行管理部门单位，变更原设计加堰方案，提出新建橡胶坝一座，以期水库在非汛期调蓄足够的水量，而在汛期又降低库区水位，杜绝上游淹没。

四、橡胶坝设计

1、布置方案

橡胶坝由以下几部分组成：1）橡胶坝袋；2）锚固系统；3）橡胶坝底板、铺盖和边墙；4）集水池、闸阀井、控制室、供排水管路及机电设备。

橡胶坝布置于溢洪道进口处，轴线与原坝轴线平行，坝底板沿水流方向长7.2m，垂直水流方向长30m；橡胶坝高2.5m；供排水系统布置于上游右岸坡脚，新建竖井一座，内置闸阀井，控制室布置于竖井之上，集水池布置于闸阀井附近。安装潜水泵及配电柜各1台，闸阀2台。

2、坝袋

选用坝袋型号JBD2.5—140—2，胶布型号选用J14070—2，其经、纬向强度分别为280KN/m和140KN/m。

经计算，坝袋有效周长（不含锚固长度）8.14m，底垫片有效长度（不含锚固长度）3.592m；坝袋单宽容积9.0m3，充水容积270m3。

橡胶坝下游坝面曲线坐标表

3、锚固系统

橡胶坝采用外锚法、螺杆压板、双锚固型式。螺杆统一选取直径d=24mm，长度75cm，螺栓上部7cm丝口，下部15cm弯钩段，锚入底板砼中53cm。

压板选用宽12cm，厚12mm钢板制作。

4、控制系统

橡胶坝控制系统由集水池、水泵、供水管道、水帽、排水管道、超压溢流管，闸阀及闸阀井、控制室组成。

溢洪道橡胶坝采用水泵直接向坝袋内充水的方式，水库水流入集水池后由300QJ200-15/1B型潜水泵抽送入橡胶坝袋。供排水管均采用Dg300螺旋自动焊接钢管。为防止坝袋充水超压，在坝袋进水管上设置安全溢流管。坍坝采用自流排水。竖井式闸阀井为钢筋砼结构，底板高程520.0m，尺寸3.8×3.8m，竖井净尺寸2.0×2.0m。

五、工程实施与后评价

橡胶坝设计方案经上报审批后，于2009年初顺利实施，工程决算总投资50万元，较原设计方案节余资金20万元，同时又有效解决了增容与淹没的矛盾，至今水库已经历3个汛期，设施运行正常、工况良好。

结合水库运行，回顾橡胶坝设计，建议有如下改进方案：1）去掉原竖井式闸阀井，在橡胶坝底板布置集水池，安装水泵，坝袋充排水均采用泵抽方式，但须有电力保障措施；2）安装水位自动监测设备，实现无人值守、自动放水坍坝；3）安装网络及监控设备，实现远程操控。

经调查，大部分水库建于“”时期，至今已运行50余年，淤积问题普遍存在，水库兴利库容逐年减少，导致灌溉面积逐渐萎缩。在确保大坝安全的前提下，在溢洪道进口建设橡胶坝，可增加库容，同时又兼顾上游淹没、安全度汛等问题，有效解决水量供需矛盾。值此病险水库除险加固建设高潮，客观、科学的应用橡胶坝，达到水库除险与增效并行，对发展农村水利和农业现代化具有积极的意义。