摘要：橡胶坝目前在防洪、灌溉、供水、景观等方面应用比较广泛，同时发挥了巨大的经济效益，社会效益，生态效益。但在具体工程设计工作中应充分考虑到影响泄洪能力的各种因素、考虑到坝袋内外压比值、优化坝袋设计，考虑到洪水期泥沙、漂浮物对坝袋的影响及橡胶坝的相关不利因素；如何对橡胶坝进行有效的运行管理，增长橡胶坝的使用寿命，需进一步探讨。 关键词：橡胶坝；应用广泛；效益；泄洪能力；坝袋内外压比值；优化坝袋设计；橡胶坝不足之处；加强运行管理。
橡胶坝是20世纪50年代末出现的一种新型拦蓄水建筑物，又称橡胶水闸，是用高强度合成纤维织物做受力骨架，内外涂敷橡胶作保护层，加工成胶布，再将其锚固于底板上成封闭状的坝袋，通过充排管路用水（气）将其充胀形成的袋式挡水坝。坝顶可以溢流，并可根据需要调节坝高，控制上游水位，使其在防洪、灌溉、供水、景观等方面发挥了巨大的经济效益，社会效益，生态效益。
橡胶坝分为充水式和充气式两种，主要由土建部分、坝袋及锚固件、充排水（气）设施及控制系统等部分组成，主要适用于低水头、大跨度的闸坝工程。与常规闸坝相比具有以下特点：①造价低，可减少投资 30％～70％，可节省钢材30％～50％，水泥50％左右，木材60％以上；②施工安装时间短。坝袋只需3天～15天即可安装完毕；③坝体为柔性软壳结构，能抵抗地震、波浪等冲击；④止水效果好，跨度大，汛期不阻水；⑤橡胶坝袋的使用寿命一般为15～25年。
我国自北京市1966年建成第一座橡胶坝建设以来，现在各个水利领域应用越来越广泛，主要应用于水库溢洪道上作为活动溢流堰，以增加水库库容及发电水头；用于河道上作为低水头、大跨度的滚水坝，以减少常规闸的启闭机、工作桥等；用于渠系上作为进水闸、分水闸、节制闸，能够方便调节水位和流量；用于城区园林工程，采用彩坝袋，造型优美，线条流畅，可为城市建设 增添一道优美的风景。
1998年国家水利部发布SL227—98《橡胶坝技术规范》，对橡胶坝建设勘察设计，施工管理都做了详细实用的技术规范，但在具体的工程设计、运行管理实践中仍有一些问题需进一步探讨。
一、工程设计
《橡胶坝技术规范》附录A中对橡胶坝泄洪能力，可按堰流基本公式计算：
Q=
本式只适用于纵断面为矩形断面的橡胶坝，式中h0为计入行进流速水头的堰顶水头。问题是橡胶坝在泄洪时，坝袋不可能完全坍平于底板上。其一是坝袋内的水不能全部放完抽净，其二是橡胶坝自身有一个折叠厚度，按橡胶坝袋厚度一般为6—16mm考虑，其最小折叠厚度应在0.1一0.2m左右（指折叠处最小折弯半圆直径），加之坝袋内剩余水体，故在计算h0时相应减去0.1一0.3m较为合理，符合实际泄洪运行条件。
其次是流量系数m计算取值问题，如上所述坝袋在泄洪时不可能完全坍平，而且据有关实验表明坝袋泄洪时，坝袋在水底有较强的脉动现象，破坏了坝顶溢流流态，影响减少泄洪流量。故此建议在流量系数m计算取值时应取偏小值较为适宜。
侧收缩系数ε是与边界条件有关的侧收缩流量影响系数，这对边岸是直墙式，水平布置是圆弧式或八字墙式的宽顶堰流计算是适用的。但对于坡岸式锚固橡胶坝仍用宽顶堰流公式计算泄洪能力已不适宜，而且侧收缩系数不易定量计算。故此建议单跨拦河坡岸式橡胶坝泄洪能力计算，采用明渠均匀流公式计算，但要同样考虑坍坝最小折叠厚度对过水断面的减小影响。
2、橡胶坝袋优化设计
橡胶坝设计中最主要的工作之一是，选取合适的内外压比值，计算确定坝袋在设计运行条件下的拉力值，也就是进行坝袋径向强度计算。这里要同时考虑内外压比的大小、与坝袋拉力、有效周长、坝袋造价之间的关系。内外压比越大，坝袋径向拉力越大，但坝袋有效周长也相应减小，这就是说内外压比与坝袋径向拉力、坝袋厚度大小成正比，而与坝袋有效周长成反比。而坝袋厚度，有效周长是坝袋造价的主要控制条件。所以这里存在一个如何选取内外压比，使坝袋既能满足强度规范要求，又能使坝袋造价最小的优化设计问题。由于充水式橡胶坝径向拉力、有效周长计算是多变量函数关系，而且坝袋各种型号厚度、造价对不同的厂家有不同的数值，所以不能直接用微分求导计算出优化设计取值点。按照《橡胶坝技术规范》附录B，充水式橡胶坝设计计算，坝袋径向计算强度公式如下：
T=1/2γ（α—1/2）H12
式中T—坝袋径向计算强度，KN/m
γ—水的容重，KN/m3
α—内压比，H0/H1
H0——内压水头，m
H1——设计坝高，m
若采用双锚线坝袋的有效周长（不包括锚固长度）为L0=S1+S
式中 L0——坝袋有效周长，m
S1——上游坝面曲线长度，m
S——下游坝面曲线长度，m
本文举例坝高H1=3.5m，双锚线锚固橡胶坝为例，利用数解法列表计算在不同的内外压比值时，其径向拉力T，有效周长L0，坝袋每米造价等综合指标进行分析（详见附表）。
H1=3.5m，双锚线锚固坝袋综合指标分析表
内外压比 α | T KN/m | S1 m | S m | L0 m | K=6 KT（KN/m） | 拟选坝袋型号 |
|
1.2 | 42.87 | 6.91 | 6.52 | 13.43 | 257.3 | J140140-2 |
1.3 | 49.0 | 6.15 | 6.2 | 12.35 | 294.0 | J160160-2 |
1.4 | 55.1 | 5.75 | 6.02 | 11.77 | 330.8 | J180180-2 |
1.5 | 61.3 | 5.50 | 5.9 | 11.4 | 367.5 | J200180-2 |
1.6 | 67.4 | 5.33 | 5.82 | 11.15 | 404.3 | J220220-2 |
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H1=3.5m，双锚线锚固坝袋价格比较表
内外压比 α | 强度KN/m | 实际K值 | 坝袋厚mm | 参考价元/m2 | 每米造价元/m | 备注 |
经 | 纬 |
1.2 | 280 | 280 | 6.53 | 6.5 | 305 | 4096.15 | |
1.3 | 320 | 320 | 6.53 | 6.5 | 315 | 3890.25 | |
1.4 | 360 | 360 | 6.53 | 7.0 | 330 | 3884.1 | |
1.5 | 400 | 360 | 6.53 | 7.5 | 350 | 3990.0 | |
1.6 | 440 | 440 | 6.53 | 7.5 | 370 | 4125.5 | |
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从上表中可以看出内外压比值为1.4时，坝袋每米造价3884.1元为最小，故为坝袋优化设计取值点。另外建议4.5m以上坝高内外压比值宜在1.8以下，这是因为过大的内外压比值时坝袋径向拉力明显增大，从而要求坝袋厚度加大，每米造价也将显著加大，不符合优化设计原则，同时也给坝袋的制造安装带来一系列难度。
3、充分考虑洪水期泥沙、漂浮物对橡胶坝的影响
一是洪水期常挟沙量较大，塌坝运行沙石在通过坝袋时，对坝袋产生一定程度的磨蚀，同时，沙石还易被洪水带入上游坝袋锚固槽，或过坝后因负压作用吸入坝袋底部，如果充坝前未被清除，坝袋在振动或蠕动时与沙石摩擦，极易摩破坝袋。二是期常有大量漂浮物如大树、船只等，通过时容易划破橡胶坝。
以上两点设计中常被忽视，没有相应的工程措施，给橡胶坝运行管理带来困难，故在设计中应充分考虑洪水期泥沙、漂浮物对橡胶坝的影响。
二、橡胶坝存在的主要不足
1、橡胶坝容易受到尖利和有尖角物体的损坏，特别是洪水期漂流物及塌坝时紧靠坝下游
面的尖利物体刺破，且大面积漏气时修复困难。
2、橡胶坝升坝或塌坝运行时间长，一般为2～3小时，耗能较大，且不能在突发洪水时及时泄洪，而钢性闸门采用启闭机启闭，一般不超过2分钟，可有效地保证及时泄洪。
3、影响泄洪断面。橡胶坝设计规范要求坝的底坎高20cm，另塌坝时橡胶坝内的水不能完全放尽，形成不低于20cm的高度，两者相加塌坝时形成不低于40cm的阻水断面，严重影响泄洪流量，而一般钢性坝无此影响。
三、运行管理
１．科学调度洪水，减少橡胶坝磨损机会
一般橡胶坝设有泄洪闸，运行中应尽量采用泄洪闸泄洪，减少橡胶坝磨损机会，另因其底板更低，泥沙易被冲刷至下游，可减少橡胶坝前淤积。每年汛后要对橡胶坝彻底检查一遍，并将坝底及锚固槽的沙石清除干净。
２．坝袋运行组合以同起同落为宜
当拦河橡胶坝由多节坝袋组成时，坝袋运行组合以同起同落为宜，两岸泵站同时工作、同时蓄坝或塌坝，可使坝顶溢流单宽流量减少，避免下游集中水流冲刷，保证河床稳定。
同时可使坝高高度一致，通过观察第一坝高起落情况就可知道全坝，消去一般因无工作桥给观察全坝带来的不利影响。
３．采取措施减轻风浪对坝袋的影响
风浪对坝袋产生的不利因素主要有三点：一是风浪造成坝袋剧烈振动、拍打现象具有长时间往复破坏作用；二是风浪对坝体产生附加作用力，并可使坝袋内压力增大；三是风浪增加了对坝体的冲击力，会使坝的的锚固力加大。管理中应采取有效措施，消弱波浪的破坏作用，或在风浪到来之时降低坝高，减少对坝袋的影响。
４．实现水情预报、坝闸安全监控现代化，提高运行管理水平
提高枢纽工程管理水平，科学监控、预报、调度洪水，建设水情预报与闸坝安全监控自动化系统，实现科学调度，安全监控现代化。
５．加强汛前汛后检查观测
对橡胶坝运行必须经常进行检查观测，并作好详细记录，如果发生异常迹象，要分析原因，及时采取措施。汛前主要检查维修工作是否完成，是否仍存在隐患；汛后着重检查工程变化、损坏情况，以便尽早采取措施。
