橡胶坝技术规范

中华人民共和国行业标准橡胶坝技术规范SL227－98条文说明1总则1.0.1橡胶坝是用胶布按要求的尺寸，锚固于底扳上成封闭状，用水（气）充胀形成的袋式挡水坝。它是本世纪50年代末，随着高分子合成材料工业的发展而出现的一种新型水工建筑物，其运用条件与水闸相似，用于防洪、灌溉、发电、供水、航运、挡潮等工程中。橡胶坝工程建设是指橡胶坝工程的规划、设计和施工等内容。由于橡胶坝结构新颖，使用的材料新，在其建设和管理中又不同于水闸而自成体系。为使橡胶坝工程建设和管理有章可循，根据橡胶坝的特点、使用条件和技术要求，总结30年来的实践经验，统编成本规范。1.0.2我国已建成的橡胶坝工程中坝高最高为5m，单跨长度一般为50～100m，使用寿命可达20年以上。本规范仅适用于挡水高度5m及其以下的橡胶坝工程。随着合成高分子材料的发展和水利事业建设的需要，当橡胶坝高度大于5m，或坝袋结构型式有改变时，应进行试验研究，专题论证。1.0.3橡胶坝工程的建设和其它建设项目一样有其特定的工作程序，如先计划后建设，先勘察后设计，先设计后施工，先验收后使用等。必须严格按基本设程序办事。据统计近30年来已建成的500多座橡胶坝工程中，主要是为农业灌溉服务。工程等级多属4级或5级，故橡胶坝工程级别可参照水闸工程级别划分标准进行划分，一般划分为4级或5级，重要的橡胶坝工程也可划分为3级。对于一些投资少规模小的地方性工程，根据实际情况，建成程序可以简化，但不能省略可行性论证和施工图设计。1.0.4与橡胶坝工程建设和管理有关的标准和规范有《防洪标准》(GB50201－94），《水闸设计规范》（SD133－84），《泵站设计规范》(GB/T50265－97），《水闸施工规范》(SL27－91），《水闸技术管理规程》，《中小型水利水电工程地质勘察规范》，《水工混凝土结构设计规范》（SL/T191－96），《水利水电工程环境影响评价规范》(SDJ302－88），《水利水电工程水文计算规范》(SDJ214－83），《水利建设项目经济评价规范》，《水利水电工程验收规程》，《水利水电基本建设工程单元工程质量等级评定标准》等。2工程规划2.1基本资料2.1.1搜集社会、经济及环境效益等资料有如下两个作用：①为编制设计、施工概预算提供依据，进行技术经济论证；②结合橡胶坝工程服务特点，对工程建成后为所在地区工农业发展作出评价，如供水、发电、防洪、灌溉、航运、美化环境等。有目的地收集工程所在地区的社会、经济及环境效益等资料，主要有如下六个方面：1）地区经济资料包括：①主要工农业产品的产量和产值、成本、供销和调运费用；②工农业产品和建筑材料等的价格；③国家从有关的工农业产品中征收的税利，国家在粮食、农用电以及其它有关方面的政策性补贴；④地区的国民经济现状和发展规划、当地群众的经济收人和增长趋势等。2）工程规划设计指标包括：①概算编制的依据和主要定额指标；②可供水量、装机容量和年发电量等；③与水利经济评价有关的防洪、治涝的保护范围、增加和改善的灌溉面积、增加和改善的航运里程、增加的水面面积等。3）水利效益资料包括：①防洪、治涝保护区的土地利用情况，交通运输和工业生产情况，国家、集体和个人的资财，不同典型年洪涝灾害的损失指标，历史洪涝灾情的调查资料等；②灌区的作物组成，灌溉的产量、产值、成本和成本的构成以及其它技术经济指标；③有关电网的电力、电量、成本和其它经济、财务指标，有关电站的技术经济指标；④其它为计算城镇供水、航运、水产等效益所需的经济、财务指标资料。4）年运行费用资料包括：①有关部门对燃料动力费、维修费、管理费等的规定；②已有工程实际支付的年运行费和盈亏情况；③有关税收、折旧等年费用的规定。5）有关部门关于经济分析和财务分析的规定及参考资料。对搜集的资料，应按照经济评价的要求，系统地进行整理和分析。6）环境影响评价包括：①无本工程的自然景观、人文地理、生态环境状况、存在的主要问题和发展趋势；②工程兴建后可能引起的环境因素变化等。2.2坝址选择2.2.2坝址宜选在过坝水流流态平顺及河床岸坡稳定的河段，这不仅避免发生波状水跃和折冲水流、防止有害的冲刷和淤积，而且使过坝水流平稳，减轻坝袋振动及磨损，延长坝袋使用寿命。据调查和实际工程观测在河流弯道附近建橡胶坝，过坝水流很不平稳，坝袋易发生振动，加剧坝袋磨损，影响坝袋使用寿命。如果在河床、岸坡不稳定的河段建坝，将增加维护费用。因此，在选择坝址时，必须在坝址上、下游均有一定长度的平直段。同时，要充分考虑到河床或河岸的变化特点，要估计建坝后对于原有河道可能产生的影响。2.2.3橡胶坝的特点之一是跨度大，一般可不设检修闸门。坝址选择要考虑建坝后检修方便。基础底板不宜低于河床，防止在坍坝泄洪时，坝袋被泥沙覆盖，管理维修困难。因此，在满足泄洪断面的情况下，将基础底板适当抬高是适宜的。坝址宜选择在水流过坝后有一陡坡段，泥沙容易排泄，以减轻坝袋振动和磨损。2．3工程规模及枢纽布置2.3.2橡胶坝整个工程结构是由三部分组成的：①基础土建部分：包括基础底板、边墩（岸墙）、中墩（多跨式）、上下游翼墙、上下游护坡、上游防渗铺盖或截渗墙、下游消力池、海漫等；②坝体（即橡胶坝袋）。③控制和安全观测系统：包括充胀和坍落坝体的充排设备、安全及检测装置。在进行橡胶坝总体布置时，除考虑一般水工建筑物的要求外，还必须考虑橡胶坝本身的特点和使用条件，布置型式有如下几种：1）建在溢流堰或溢洪道上的橡胶坝，坝后紧接陡坡段，无下游回流顶托，无需布置上游的防渗铺盖和下游的消力设备。如建在奥氏溢流堰顶上的橡胶坝，基础底板可呈曲面，不需改变原溢流堰顶的结构，由于堰顶宽度很窄，故宜采用充气式橡胶坝。建在溢洪道上的橡胶坝运行情况是最好的。因为在洪水期，大量推移质已在水库沉积，即使有漂浮物过坝，因有过坝水层和堰顶急流，不容易产生磨损坝袋现象；枯水期，上下游均无水，有利于对坝袋的全面检修。2）建在平原河道橡胶坝。平原河道水流比较平稳，河流断面较宽，充分发挥橡胶坝跨度大、阻力小的优点。建在平原河道的橡胶坝，在运用时要注意过坝水流与下游水深的关系，认真布置消能设施，防止河床和河岸的冲刷，尽可能避免产生坝袋振动磨损。北方的一些河床型式，一般都有深水河槽适宜建橡胶坝，因为泄洪时，坍坝后仍保持原泄洪断面。当河道断面很宽时，为了运用方便则可布置中墩，使橡胶坝分成几段。橡胶坝的闸墩长度和外形轮廓应使过坝水流平稳，减小侧向收缩和避免产生旋涡。如果橡胶坝闸墩设计过短，使闸墩两侧形成很大旋涡，闸墩下游水流相互撞击，回流冲击坝袋，造成坝袋的振动磨损导致破坏。3）建在山区河道橡胶坝。山区河道的特点是坡陡流急，含大量推移质，水流过坝容易使坝袋产生振动拍打，造成磨损破裂。布置时要把基础底板适当抬高，改善上下游水面的衔接，使过坝沙卵石不易随水流卷人坝袋下面。一般在底板与下游河床之间常用1:2～1:4的陡坡段连接。对建在山区河道上的橡胶坝，不仅设计要精心，而且要加强对橡胶坝袋振动磨损的观测，及时修补。2.3.3坝长的确定，应满足校核流量时上游水位不超过防洪限制水位，下游单宽泄流量不超过允许单宽泄流量。如果单宽流量较大时，必须加强下游消能防冲设施。在工程管理运行中摸索单宽流量与坝袋振动的关系。用调节坝高来控制单宽流量，以避免坝袋振动和下游河床的冲刷。考虑坝袋运输安装、检修方便以及运行管理要求，单跨最大长度在100m以内为宜。对冰凌等漂浮物较多的河段，单跨在20～30m为宜。多段式橡胶坝，坝长是指所有坝袋长度之和。2.3.4充坝的水源水量应有保证，且水质好，无污染，少泥沙，必要时可建蓄水池沉淀泥沙。另外，也可考虑在引水口一侧布置冲沙闸或调节闸控制引水量。2.3.5橡胶坝是薄壁柔性结构，由于坝袋内压力变化及坝上下游水位变化等原因，引起坝体变形，坝高也随着发生变化，在不同条件下，坝高概念是不一样的。根据建坝用途，运行中坝高可以随意调节，以满足需要。设计坝高，是指上游为设计水位，坝下游水位为零时的坝高。在设计坝高时的坝袋内压为设计内压。确定设计坝高时应考虑坝袋坍肩和褶皱处溢水的影响。橡胶坝的泄流量，按附录A的公式计算。2.3.6坝底板高程与运用要求及坝袋检修有着密切的关系。坝底板高程定得低一些，可以加大泄流量，但坝袋高度增加，相应坝袋周长加长，坝袋检修条件差。因此，在不影响泄流情况下，特别是在山区推移质较严重的河道上，底板比河床略高较为有利，可防止过坝推移质泥沙随水流卷入坝袋底部从而减轻坝袋的磨损，坝底板高程比上游河床地形平均高程适当抬高0.2～0.4m。底板厚度常采用0.5～0.8m。底板宽度应满足坝袋坍落线的宽度要求，并于上下游留足安装检修的交通道。底板顺水流方向设永久缝，缝距根据具体情况确定。沉陷缝应有一定的宽度，以免不均匀沉陷发生互相挤压。在防渗段的沉陷缝内必须设止水，以保证防渗段的连续性。底板前后两端需设齿墙，齿墙深度一般为0．5～2m。2.3.8橡胶坝泄流有三种流态：1）橡胶坝全部坍落，袋面行洪，水流比较平稳，流速与原河床流速相近。2）橡胶坝全部充起，顶部类似实用堰。当坝顶开始溢流时，下游水深很浅甚至无水，水流连接条件不利，随着溢流量的增加，下游水深逐渐提高，形成水跃。水跃有一定程度的淹没，对消能有利；但当坝下游护坦与底板高程齐平时，下游坝脚处易产生局部负压区，使坝袋振动。3）橡胶坝未充到设计高度，或在坍落过程中，坝型类似于宽顶堰，坝顶溢流时，水流具有两个自由表面的跌差：一个在上游面的顶端，一个在下游面的顶尾。如淹没式宽顶堰，则只有一个自由表面跌差。坝下游连接及消能方式：建在溢洪道上的橡胶坝，无需另设消能设施。建在河渠上的橡胶坝，基本采用底流式水跃消能。消力池与底板之间采用陡坡段连接，坡度为1:3～1:4。如基坑开挖有困难时，坝下游护坦与底板高程齐平，护坦的设置范围，应根据计算综合分析决定。2.3.11多跨橡胶坝应用中墩分开，距离由单跨长度定。墩厚不小于0．5m，以便布置超压溢流管；墩高应大于坝顶溢流时的水头；墩长大于坝袋工作状态时的长度，但宜小于底板长度0.5～1.0m。橡胶坝与其它水工建筑物结合时，中墩长度应与上游铺盖和下游消力池长度一样。3工程设计3.1坝袋3.1.1橡胶坝按充胀介质可分为充水式、充气式。充水橡胶坝在坝顶溢流时袋形比较稳定，过水均匀，对下游冲刷较小；由于气体具有较大的压缩性，充气橡胶坝在坝顶溢流时，出现凹口现象，水流集中，对下游河道冲刷较强。在有冰冻的地区，充气橡胶坝内的介质没有冰冻问题；充水橡胶坝不具备这一优点。充气橡胶坝气密性要求高；充水橡胶坝这方面的要求相对低些。充气橡胶坝比充水橡胶坝工程投资低。在选择方案时应根据运用要求和工作条件，考虑上面的优缺点选择适当坝型。3.1.2橡胶坝经常在宽河道上使用，除经济效益明显，管理方便外，景观优美，壮观雄伟，也是一大优点。但单个坝袋过长会带来一系列的问题，如加工不便，运输困难，安装难度大，充坝时间长，不利检修等。因而在宽河道或溢洪道上修建橡胶坝时，选择过长坝袋要认真论证。在直立岸墙的情况下，宜优先采用坝袋袋壁几乎不产生纬向应力的堵头式结构。3.1.4设计内压比α＝H0／H1，其中H0为坝袋内压水头，H1为设计坝高。根据调查，设计充水式橡胶坝采用的内压比最低为1.25，大多数选取的范围是1.3～1.6。充气橡胶坝的内压比选取的范围为O.75～1.10。从运用角度出发，在没有特别要求时，内压比无须选择太大。从强度角度讲，坝高较小时，强度的选择基本不受材料限制，内“压比选择幅度很大，为节省坝袋材料，可选取较大值。而高坝的强度选择受材料限制很大，宜选取较小值。在内压比选择幅度较大时，内压比的选择应经技术经济比较。3.1.5坝袋强度设计安全系数为坝袋抗拉强度与坝袋设计计算强度之比。北京右安门橡胶坝强度设计安全系数取4．0，而且该坝正常运行22年后才拆掉，说明安全系数的取值对于右安门橡胶坝是可行的。但是，右安门橡胶坝能够运行22年与它的良好的工作条件不无关系。如长期低坝过水运行，很少把坝充至设计坝高，坝袋的受力条件极好。由于坝上长期过水，夏季少受热，对防止热空气