1、灌溉渠道柔性基础橡胶坝可行性分析摘要：柔性基础橡胶坝以较高的性价比适用于支渠及下级渠道中的水量水位控制，从传统的橡胶坝的工况分析和前苏联已建工程案例及所采用的基础类型来看，采用柔性基础在结构上是可行的。对柔性基础橡胶坝进行技术攻关并推广在农业中应用，对推动我国农村生态农业、现代农业建设有重大意义。 中图分类号： S274 文献标识码：A 橡胶坝作为一种投资少、效益好、施工快的实用技术，经过近 40 年的科学研究和工程实践，在技术上已逐步完善，橡胶坝的应用有了飞速发展，适用范围不断扩大。橡胶坝既能挡水拦砂又能溢流泄水，坝高方便升降并可塌平，水流流态好，特别适合灌溉的水量调节。近几年橡胶坝多应用在
2、枢纽工程和水景观建设项目中，用于灌区水量调节中的情况较少。传统的橡胶坝多采用混凝土或钢筋混凝土等刚性基础、下游设置消力池的形式，虽然造价较水闸相对节省，但在低水头、小跨距的灌区渠道取水需求条件下，与渠道水闸的建设成本相比就没有太大的优势，反而与大中型水闸造价相比成本节约比例较大。故仅在一些灌区的外围和上游河道中作为蓄水闸规划建设，工程造价已成为在灌区特别是支渠中选用橡胶坝的瓶颈点。如将橡胶坝钢筋混凝土刚性基础更换为基于膜布技术的柔性基础橡胶坝形式，将会大大降低工程造价，使橡胶坝的不仅适用于大中型引水枢纽，也能以较高的性价比适用于支渠及下级渠道中的水量水位控制。 一.采用柔性基础的结构可能性 1
3、.底板位置受力均匀。橡胶坝通常跨度大，常可利用衬砌渠道斜坡式岸墙做边墩甚至是不设置重力式边墩，即使设置了边墩，由于不是重力式，完全可以和底板分开设置，没有过多的集中力传到下部的底板上，而中墩通常受力条件也较好，因而传统橡胶坝刚性底板承担的是均布荷载。而水闸底板上设置有重力式隔墩和边墩，通常还有工作桥和启闭设备及闸门，承担的是上部传来的集中荷载。橡胶坝底板和水闸底板两者的受力区别在于橡胶坝底板没有承受较大的铅直集中荷载作用。 2水头力矩小。水闸上的水平水压力通过固结在底板上的闸墩传给底板，故对底板板面作用的力臂长、力矩大。而橡胶坝袋承受的水平水压力是通过锚固设备传给底板的，其力臂短，相应的力矩也
4、小很多。 3边荷载作用小。水闸边墩在回填土及地下水的作用下产生使底板产生拉应力的不利因素，与水闸相比，橡胶坝拦水深度小、自重轻，即使出现边荷载，其数值也较小。如果橡胶坝边墩位置是利用渠道原有斜坡或岸墙，那在计算橡胶坝边墩拉应力时是可以忽略不计的。 4消能要求不高。一般橡胶坝都沿原河道断面设置，水流接近天然状态，一般不需要设置防冲槽。橡胶坝迎水面的防水铺盖设计也要求不高，而对于下游海漫末端仅在上下游水头差较大和下游砂土流失大的情况下设置 11.5m 的防冲槽。 根据已建常规橡胶坝进行结构分析，我们可以看到橡胶坝的受力特点和结构优势，这为选用柔性基础橡胶坝奠定了工况基础。 二、柔性基础类型 柔性基
5、础根据使用的材料不同分为薄膜材料基础和填土薄膜袋基础。1 薄膜材料基础：基础部分是将薄膜材料直接铺设在经整平的土基上，薄膜材料可选用同橡胶坝袋相同材质或其他薄膜材料。基础部分参照传统橡胶坝分为上游铺盖、底板及下游护坦三部分，这三部分分别制作后连成整体，起抗渗、抗滑和消能防冲作用。根据设置上游铺盖与否，前苏联推荐了两种布置方式，即“铺盖+底板+护坦型” （图 1）和“底板+护坦型” （图 2） 。 （1） “铺盖+底板+护坦” 型 将橡胶坝袋及柔性基础直接锚固在地基上，铺盖前端锚固在土基内，以保证膜基础与地基接触紧密不漏水，消能墙也采用固定膜料袋，一次充水后投入使用，消能墙不与坝袋充排水系统相连
6、。 （2） “底板+护坦” 型 仅设置底板和护坦两个部分，柔性基础迎水面前端埋置混凝土梁，梁上预埋锚固装置，坝袋及基础锚固在梁上。 薄膜基础的两种布置形式均适用于坝高 12m 的情况。根据运用条件要求，当坝高 1m 时，铺盖长 4m，底板长 5m，护坦长 8m，基础板总长17m；当坝高 2m 时，各部分长度均增至 2 倍，基础板总长达到 34m。 薄膜式基础设计与刚性基础设计的最大区别在于不需要进行底板内力计算；铺盖可兼起抗滑作用。基础抗滑稳定全部由铺盖和底板上铅直荷载产生的摩擦力维持，因而正确确定膜料与地基直接的摩擦系数 f 值是非常关键的。前苏联的文献建议在缺乏资料的情况下，橡胶与粘土间取
7、 f=0.3;橡胶与砂土间取 f=0.4；橡胶与混凝土间取 f=0.5。在进行柔性基础设计时要统筹 f 值的取值，考虑以下三个尺寸：根据坝袋尺寸确定底板长度；根据消能防冲要求护坦长度，按需要设置或不设置消力池；根据防渗及抗滑要求确定铺盖长度。可以看出，水平水压力产生的推力完全由摩擦力平衡，这样可改善锚固部分的受力条件，并可减少基础板在顺水流方向承受的拉力。 2.填土薄膜袋基础（图 3）：用薄膜材料充填当地土料形成的平面封闭袋式基础，基础长度即为铺盖、底板及护坦的总长度。国内多把大型土工织物充砂袋、大型土工织物固化填充袋应用于围海造陆的围堰顶部，和填土薄膜袋基础的用途完全不一样。 填土薄膜袋基础
8、的施工方法比薄膜基础复杂，但在满足地基防渗要求的前提下，可缩短基础的总长度。作用于坝袋上的水平水压力 Q 通过其锚固设备传给底板，由水重 P1、土袋重 P2 及扬压力 W 的合力所产生的摩擦力维持抗滑稳定性。由于填土重量可增加抗滑力，故填土厚度应根据抗滑稳定要求确定。 三.柔性基础橡胶坝应用的不足 1.橡胶坝的操作设备自动简单，坝体起伏可以控制，但用于灌溉特别是今后发展的精细化农业灌溉，特别是在坝顶溢流状态下，水量控制不够准确。 2.坝袋是柔性结构，容易被漂浮物撕裂和认为破坏，需要采取措施确保安全。 3.由于坝袋视觉上较单薄，直观上给人以不安全感，在农村推广不容易为老百姓接受。 4.国内没有柔
9、性基础橡胶坝工程案例，缺乏直观说服力。 四.前苏联的工程实践 前苏联在 20 世纪 60 年代中期开始了橡胶坝的实验研究，先后修建了 3 座以薄膜材料为基础的橡胶坝，坝高均为 2m，基础总长 1622m。1967 年在克基础尔亚河道上建成一座柔性基础橡胶坝（图 4） ，坝高 2 米，长 15 米，建于河床及河岸未专门加工整平的河段上，基础周边每隔 3 米设置一块压板，并用螺栓锚固在河床及岸坡上，坝袋上下游双向锚固在底板和地基上。灌溉期运行，冬季拆除，运用过程中未出现明显损坏。 1970 年在罗斯托夫州白河上建成一座坝高 2 米，长 24 米具有特色的橡胶坝（图 1） ，其上游铺盖和下游海鳗也采
10、用胶布作防渗防冲材料，并在下游消力池附件再修建一座尺寸较小的橡胶坝联合运用，坝袋使用拉杆锚固，以便拆装。苏联还对用橡胶材料和渡槽进行研究。实践表明，建造柔性基础橡胶坝是可行的，特别适用于为灌溉目的而建造的低水头雍水建筑物。 五、结语：在当前水利建设资金短缺，生态农业灌区配套水量大、面积广的情况下，柔性基础橡胶坝以其独特的节省三材、工程造价低、建设周期短、既拦水也拦砂等优点，在水利建设工程中越来越被人们所关注和重视。因此，对柔性基础橡胶坝进行技术攻关并推广在农业中应用，对推动我国农村生态农业、现代农业建设有重大意义。 参考文献: 1周素真石自堂.降低橡胶坝工程造价的途径.中国灌溉排水技术开发培训中心， 1995， 211 213.
