固定在混凝土底板上的橡膠囊(或橡膠片)式的低水頭擋水建築物。又稱軟體壩。膠囊充水或充氣後,可以膨脹,起擋水作用。不需要擋水時,可通過閥門排水或排氣,橡膠囊收縮,使水流暢泄。優點是:①壩袋製造工廠化,安裝簡單,工期短。②造價低廉,節省鋼材、木材、水泥。③不阻水,能保持河道泄流斷面。④操作靈活,管理方便。⑤有較好的抗衝擊性能,抗震性能好。缺點是壩袋易老化、耐久性較差。

圖1 山東臨沂橡膠壩

  沿革 橡膠壩是新發展起來的薄壁柔性擋水建築物,它是20世紀50年代末,隨著高分子合成材料的發展而出現的一種新型水工建築物。1957年美國在洛杉磯河上修建瞭第一座橡膠壩。至20世紀60年代初,由於高強度合成材料的生產,許多國傢相繼推廣使用,以日本發展最快。自1965年至21世紀初,日本已建成3 000多座橡膠壩。壩高一般不超過7米,最高者8米,安裝於荷蘭。中國於1966年建成北京市右安門、廣東省洪秀全水庫等第一批橡膠壩,1979年遼寧省本溪市在太子河上建成世界上第一座枕式橡膠壩(袋式橡膠壩的一種),至2005年,中國已建成橡膠壩700餘座,壩高一般在5米以下,最高者6米(位於湖北恩施);最長者1 247.4米(位於山東臨沂,圖1)。

  形式和構造 橡膠壩分為袋式橡膠壩(習稱橡膠壩)(圖2a)和帆式橡膠壩(又稱開敞式橡膠壩)(圖2b)。袋式橡膠壩有單袋式和多袋式,袋內有充水、充氣或充水和氣混合體的,壩袋錨固可分為單錨線式和雙錨線式。橡膠壩由三部分構成:①土建部分。包括底板、兩岸連接建築(岸墻)及護坡、上遊防滲鋪蓋或截水墻、下遊消力池、海漫等。②橡膠壩體。③控制及觀測系統。包括充脹壩體的充排設備、安全及觀測裝置等。

圖2 橡膠壩分類

  袋式橡膠壩的橡膠佈袋,用螺栓錨固於混凝土底板上。利用水泵(或壓縮機)向壩袋充水或充氣時,橡膠佈袋膨脹成壩。改變充水或充氣量可以調節壩高,壩頂可以泄水排沙。壩袋強度計算多按平面問題考慮,視袋壁為一薄膜柔性結構,承受拉力,不承受切力和彎矩。壩袋內力按圓筒理論計算。底板、岸墻的設計與水閘類同。帆式橡膠壩的壩體是一塊橡膠佈,下端錨固於底板,上緣掛於橫梁上用鋼絲繩牽引,升起以擋水,放下能泄水排沙。袋式橡膠壩的壩袋和帆式橡膠壩的橡膠佈都是由纖維織物(通常用錦綸或維綸帆佈)作受力骨架,用合成橡膠(通常用水密性、氣密性和耐老化性能較好的氯丁橡膠)作為黏合劑和保護層,黏合單層或多層膠佈制成橡膠佈袋或橡膠佈片。

  設計要點 主要根據給定的擋水高度和擋水長度,擬定橡膠壩袋充水(充氣)所需的內水(氣)壓力,進而計算壩袋周長、充脹容積和袋壁拉力,並根據這些設計計算選定橡膠袋佈的型號。計算方法可采用殼體理論或有限單元法。

  發展趨勢 20世紀50年代建成世界上第一座橡膠壩以來,橡膠壩技術日益成熟,優點十分顯著,世界各地推廣很快。日本雖起步較晚,但到1982年已建成橡膠壩900座,成為世界上建造橡膠壩數量最多的國傢。20世紀80年代以來,正在向壩高5~10米的大型化方向發展。橡膠壩用途廣泛,可用於河道攔河擋水,堰上、溢洪道上擋水調洪,河口、海岸擋潮防浪,灌渠取水、配水以及航道上船閘閘門擋水等。特別是21世紀,隨著城市防洪、旅遊景觀發展和環境保護要求的不斷提高,橡膠壩越來越多地被城市水利建設所采用,既可調節河流水位與流量,又美化瞭城市景觀。

  

推薦書目

 祁慶和. 水工建築物. 3版. 北京: 中國水利水電出版社, 1997.