橡胶坝技术规范5265361974
橡胶坝技术规范5265361974
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5 m，单跨长度一般为50～100m，使用寿命可达2
0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2 2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，对防止热空气老化与防紫外线老化也很有好处。冬季过水防止了冰冻，冰冻与冰压力对坝袋的影响也不大。总之，右安门橡胶坝的运用条件对延长坝的使用寿命极为有利。因而，在研究右安门橡胶坝成功经验的同时，还应考虑其使用条件与一般橡胶坝使用条件的差别，以便坝袋强度设计安全系数不致定得太低。
据调查近年来已修建的橡胶坝强度设计安全系数的选取多大于6.0，只有极个别的工程因材料强度达不到要求，才不得不把安全系数降到
6.0以下。因而把强度设计安全系数的下限定为6.0是可行的。
充气式橡胶坝国内建的不多，日本是已建充气橡胶坝最多的国家，这里考虑采用日本橡胶坝的坝袋强度设计安全系数，取值应不小于8.0。
确定坝袋纬向强度设计安全系数的方法是一种经验的和近似的方法。根据试验结果分析，绪头式坝纬向强度设计安全系数可按径向强度设计安全系数的0.5倍选取。橡胶坝坝体纵断面采用梯形或矩形布置，在边墙、边坡采用压板锚固时，纬向强度设计安全系数取用径向强度设计安全系数的0.8～1.0倍。在确定坝袋强度安全系数时还应考虑下列因素：坝袋胶布材料加工制成胶布时强度损失一般达15％～25％左右，并且材料强度存在不均匀性；坝袋在使用过程中因老化所造成的强度损失，以及工程规模和重要性等。
3.1.6由于本条篇幅较长，列人附录B。坝袋实际运行状况有多种，但对设计结果起控制作用的是坝上游水深等于坝高，坝下游无水的状况。此时，坝袋径向所受拉力最大，故此种状况作为设
计状况。附录B只就设计状况列出数解法的计算公式及计算表。
与“橡胶坝技术指南”相比，修正了充气式坝袋设计参数表中部分计算结果。为精确地描述坝袋外形，准确地给出坝袋堵头的轮廓尺寸，附录B给出充水式橡胶坝与充气式橡胶坝坝面曲线部分的坐标表，设计时可直接使用坐标绘制坝袋外形。使用坐标绘制的坝袋外形可达到准确的效果，而且便于制做放线。
3.1.7橡胶坝袋应满足下列构造要求：
1）在胶布加工条件许可的情况下，应尽量选用布幅较大的帆布。
2）坝袋胶布的帆布层数不宜超过三层。
3）坝袋胶布各层胶的厚度宜参照表C.0. 2选取。
4）在有推移质的河道上，坝袋宜考虑缓冲垫层设计。
5）坝袋胶布布幅间的搭接强度应大于坝袋纬向设计强度。搭接方法应与胶布制做厂家商定，搭接强度须经试验验证，并应保证坝袋锚固安装有良好的止水效果。在坝体纵断面为矩形布
置，且选用堵头结构时，可选用平搭接或无搭接坝袋。
6）充水橡胶坝坝顶须设排气阀。
7）充水橡胶坝应设安全溢流装置。充气橡胶坝应设压力监测设备监测充气压力。
8）坝袋与底板的连接可采用双锚线锚固或单锚线锚固，充水坝宜优先采用双锚线锚固，充气坝宜优先采用单锚线锚固。
9）采用双线锚固的橡胶坝应设底垫片，底垫片应不漏水并具有一定的抗拉强度。
10）坝体纵断面为矩形布置时，宜优先采用坝袋与岸墙无锚固的堵头式结构。
11）坝体纵断面为梯形布置时，两端坝顶以略高于设计坝高为宜，两端坝高可取设计坝高的1.1-1.2倍。
3.2 锚固结构
3.2.1橡胶坝锚固的作用，是用锚固构件将坝袋胶布固定在承载底板和端墙（或边坡）上，形成一个封闭袋囊。因此，锚固是橡胶坝能否稳定起到挡水作用的关键部位，其构件必须满足设计的
强度和耐久性，达到牢固可靠和严密不透水（气）的要求。
锚固结构型式有以下三类：
1）螺栓压板式锚固的锚固构件由螺栓和压板组成。①按锚紧坝袋的方式可分为穿孔锚固和不穿孔锚固。穿孔锚固是在锚固部位将坝袋穿孔套进预埋的地脚螺栓，用压板锚紧。穿孔锚固的优点是胶布和锚件所需长度较短，约为不穿孔锚固长度的一半。施工安装和拆卸检修方便。缺点是锚固部位要穿孔，在孔的周边要补强，以防应力集中将坝袋撕裂。另外，穿孔锚固是靠螺栓和钢压板锚紧，其构件在污水河道中使用，容易锈蚀而失效。不穿孔锚固是将锚固部位的胶布用一根压轴卷起或塞人锚固槽内，用压板压紧。锚固部位的压轴材料可用圆木或钢管。优点是不需在坝袋上打孔和补强，锚固长度相对较长，施工安装费工。②按使用的压板材料分为不锈钢、普通钢、铸铁和钢筋混凝土压板等。③为防止锈蚀，螺栓应用不锈钢材料，若用普通钢应经过防锈蚀处理，如镀锌等。因细纹螺栓在运用中易于滑扣，应采用粗纹较好。
2）楔块挤压式锚固。楔块挤压式锚固系由前楔块、后楔块和压轴组成。锚固槽有靴形和梯形两种，施工时用压轴将坝袋胶布卷塞人槽中，用楔块挤紧。由于锚固槽内受力比较复杂，坝袋安装时，锚固槽受楔块挤压，这个挤压力很难估算。坝袋充胀后，锚固槽受到坝袋拉力作用带动前楔块上升，槽前壁受到摩擦力，同时带动压轴挤压前楔块，其作用结果是挤压后楔块向上位移。总之，楔块挤压式锚固计算比较复杂，重要工程应由锚固结构试验确定。
3）胶囊充水锚固。胶囊充水锚固是用胶布做成胶囊，胶囊内充水或充气将坝袋挤紧，制造全部工厂化，拆装方便，止水性好。
3.2.3锚固线布置分为单线锚固和双线锚固。单线锚固只有上游一条锚固线，锚线短，锚固件少，但多费坝袋胶布，低坝和充气坝多采用单线锚固。由于单线锚固仅在上游侧锚固，坝袋可动范围大，对坝袋防振防磨不利，尤其在坝顶溢流时，有可能在下游坝脚处产生负压，将泥沙吸进坝袋底部，造成坝袋磨损。双线锚固是将胶布分别锚固于四周，锚线长，锚固件多，安装工作量大相应地处理密封的工作量也大，但由于其四周锚
固，坝袋可动范围小，于坝袋防振防磨有利。另外在上下游锚固线间可用纯胶片代替坝袋胶布防渗，从而节省胶布约三分之一。
在沿海潮区，由于河水位和海水位经常变动，可采用对称双线布置。对有双向挡水任务的橡胶坝，也宜双线锚固布置。
双线布置时，两条锚固线在底板上的距离为设计条件下计算的上下游坝袋贴地长度，最好锚固在底板的同一高程上。
若岸墙为直墙，则采用堵头式坝袋，两端锚固线仍布置在底板两端。若为斜坡，为改善底板与岸墙转角处坝袋的折皱及应力状态，根据堤防或岸墙断面，多设渐变爬坡段，使成斜坡连接。
斜坡部分的锚固，其锚线最好按坝袋设计充涨断面在斜坡上的空间投影形成的空间曲线形状布置，但这样坝袋须加工成曲线形，锚固件也应做成曲线形，加工安装困难，故上游侧多采用相切于坝袋设计外形的折线布置，下游侧成直线布置。上游锚线在边坡上要延长一段，以便在坝袋充涨时减少纬向应力，经过试验并根据工程实