国内外橡胶坝发展概况和展望

王贵

　　橡胶坝是用高强合成纤维织物做受力骨架，内外涂敷合成橡胶作粘结保护层，加工成胶布，按要求的尺寸，锚固在基础底板上，用水或气的压力充胀起来，形成挡水坝。不需要挡水时，泄空坝内的水或气，恢复原有河渠的过流断面。橡胶坝具有造价低、结构简单、施工期短、抗震性好、不阻水和止水效果好等优点，故自从1957年世界上建成第一座橡胶坝至今，橡胶坝已在世界各国得到了广泛的应用。本文将介绍橡胶坝在国内外的发展应用概况，提出橡胶坝在推广应用中有待于解决的主要问题，并对橡胶坝的发展前景作一简述。
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　　一、橡胶坝在国外的发展概况

* |/ ]) Y9 \2 m; J, u' i　　橡胶坝是本世纪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的水工建筑物。1957年世界上首座橡胶坝诞生于美国洛杉矶河道上，坝高1.52m，长6.1m，胶布厚为3mm，胶布强度为90KN/m，坝袋由火石轮胎橡胶公司生产。自世界上首座橡胶坝在工程实践中得到应用至今约半个世纪以来，许多国家都已兴建过橡胶坝。世界各国兴建橡胶坝的总数量现还无法确切统计，但仅日本一国，据称已达3000多座(跨)。

　　在橡胶坝的早期发展阶段，有不少国家对其进行了试验研究，如美国对橡胶坝进行过较系统的试验研究和理论计算；英国沃林弗德水力学研究室，对橡胶坝做过模型试验和理论研究，提出充水(气)橡胶坝在静水压力和动水压力下的理论形状，把橡胶坝的计算形状和稳定性与模型试验结果进行了对比。前苏联在对橡胶坝进行了试验研究后于1966年也建成了一座橡胶坝。但我国和大多数国家所采用的橡胶坝计算理论和计算公式是由原捷克斯洛伐克的Kalis Jiri工程师根据模型试验结果所建立的。

9 q* U6 y  c- d7 N/ E6 K5 d1 {/ c　　近10年来，美国、澳大利亚等国家对橡胶坝进行了进一步的试验研究，如美国弗吉尼亚综合研究院和州立大学对橡胶坝的自由振动、三维振动、非线性振动、坝顶溢流等方面进行了试验研究，并采用有限元方法对橡胶坝的坝袋形状进行分析。澳大利亚昆士兰大学土木工程系对橡胶坝的减振装置如在坝面上设挑流鳃以减轻坝袋振动等方面进行了试验和理论计算。
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6 o- y( i8 f" j) y! ]　　日本和我国同时开始兴建橡胶坝，但日本橡胶坝的发展速度远比我国要快，至今已超过3000座(跨)，目前国际橡胶坝市场大都由日本公司所垄断，究其原因，除日本橡胶工业发达外，还是看准了橡胶坝的经济和技术效益。日本以住友(SUMIGATE)和桥石(BRIDGESTONE)两家橡胶工厂为代表生产橡胶坝。据两年前住友公司报道，仅其一家公司就已向美国出口了700多座(跨)橡胶坝。日本这两家生产橡胶坝袋的公司集坝袋制造、工程设计、锚固件制造、施工安装为一体，机械化程度高，工程质量有保证。日本公司的这些运作方式值得我们学习借鉴。
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　　在橡胶坝坝袋在制造方面，日本早已经开始生产无搭接缝的坝袋，无搭接缝坝袋其锚固时的气密性要远高于有搭接缝的坝袋，再加上采用了在充气坝体上设置挑流鳃，减轻了坝袋的振动，克服了在坝袋溢流抗振动方面不如充水式橡胶坝的不足，这些为日本大量建设充气式橡胶坝提供了保证。日本住友公司现生产了一种在坝袋内设双层钢丝网的新型坝袋，并已应用于实际橡胶坝工程中。

　　在橡胶坝高度建设方面，日本住友公司几年前施工的充气坝坝高达6米，为世界上最高的充气坝；桥石公司为荷兰建造的Ramspol橡胶坝高达8米，这是迄今为止世界上最高的橡胶坝。Ramspol橡胶坝为水气双充，其高程比荷兰首都Amsterdam低4.65米。整个橡胶坝分3跨，每跨高度为8米，下底宽60米，上口宽80米，坝袋帆布层数达到6层，厚度16毫米，单跨重量33吨，坝袋使用年限25年。
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　　在橡胶坝的宣传推广方面，各国除采用杂志、报纸等常规媒体外，还充分利用国际互联网的优势，如日本桥石公司、法规、德国、澳大利亚等建有专门的橡胶坝网站，宣传推广本国或本公司的橡胶坝。
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　　最后值得一提的是日本国土开发技术研究中心于1983年8月修订出版了《橡胶坝技术标准》，我国与1985年将其翻译成中文版本。据初步查证，这是迄今为止国外唯一的一本有关橡胶坝的较全面的技术标准，日本仍在应用。该标准比较系统地总结了日本橡胶坝建设的工程实践经验，对包括设计、施工、运用管理等内容做出了详实、适用的规定。

　　二、我国橡胶坝历史发展概况
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% {# D$ \8 B* l- [! R+ V　　回顾自1965年以来，橡胶坝在我国推广的30多年来曲折历程，是在不断解决应用中一系列技术和质量问题后逐步发展的。我国橡胶坝的发展史，按年代大体可分为4阶段：1965～1970，研究试验阶段；1970～1979，总结改进阶段；1979～1992，稳步发展阶段；1992至今，快速发展阶段。
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% v! v" E7 m7 I9 |　　1、第一阶段：1965～1970，研究试验阶段
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　　我国于1965年下半年白手起家开始进行了橡胶坝研制建设工作，1966年在北京、河北、广东等地建成了第一批工程，1967年在北京召开了橡胶坝坝袋初步技术鉴定及经验交流会，1968年在水电部和化工部领导下，组织了有水电、化工、纺织系统的科研、设计、施工、管理及生产制造等单位参加的“橡胶坝会战小组”，有计划地开展了科研工作，促进了橡胶坝的发展。到1968年底，全国已建成橡胶坝15座。河北省还建成了橡胶渡槽和橡胶片闸，航运部门还将橡胶坝及片闸应用在船闸工程中。1969年(中国)水利水电科学研究院橡胶坝会战组对我国橡胶坝的试建进行了初步总结。
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* |( E) ^+ S) g. ~, [　　在此阶段具代表性的橡胶坝是北京右安门橡胶坝，此坝可称为我国第一座橡胶坝，它建于1966年6月，位于北京南护城河上，是城市工业用水和分洪的节制闸。设计坝高为3.4m，坝顶长37m，坝底长24m，河道边坡1：2，锚固型式为螺栓锚固。充水水源有两种，一为河水，二为井水。采用水泵充排坝袋。原坝袋运用21年后，于1987年更换坝袋，同时将原来的单锚固改为双锚固。橡胶坝在运用中，坝高变化频繁，用于调节流量。

　　2、第二阶段：1970～1979，总结改进阶段
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　　由于众所周知的文革原因，1968年以后因机构、人员变动，“橡胶坝会战小组”中止联系，组织工作停顿，橡胶坝的发展一度趋向自流状态。特别是一些地区一度存在无政府主义，工程管理不当，有的坝袋破裂，有的坝袋带病运行。在坝袋的生产、设计和运行管理方面都存在着不少急待解决的问题。为此，原水电部组织了有关单位于1972年11月完成了对安徽、河南、河北、北京北方4省市已建的橡胶闸坝及坝袋生产有关部门进行了调查，1973年6月完成了对广东、四川、湖南、湖北、广西、浙江、福建等南方7省橡胶坝工程调查，1978年6月完成了东北地区的橡胶坝考察。

　　所有上述调查工作均提交了调查报告，报告中肯定了橡胶坝的优点，指出了存在的问题，提出了解决问题的意见和有待进行的橡胶坝科研项目。

' |- A4 _1 h3 m9 V　　针对我国橡胶坝发展中存在的问题，为了更好地学习国内外先进经验，水利部委托辽宁省水利局于1979年6月在辽宁省本溪市主持召开了全国橡胶坝坝袋定型及经验交流会，会议交流了我国自1965年以来，各地在橡胶坝的科研、设计、施工和管理，以及坝袋研制方面的丰富经验，并对坝高5米以下的充水式橡胶坝作了初步定型。会后，与1980年6月出版了《橡胶坝技术资料选编》。总之，这次会议影响深远，可称之为我国橡胶坝事业上的一个里程碑。橡胶技术网

( t' J3 H" s8 M5 ^$ q# j: q; t! x& y　　3、第三阶段：1979～1992，稳步发展阶段

, o/ k5 v3 b+ U% |1 v1 Q　　此阶段主要为橡胶坝交流经验，总结推广，稳步发展。如于1984年3月在广州召开橡胶坝技术经验交流会；1985年在广州开办了橡胶坝技术培训班，并在培训班教材的基础上于1989年出版了《橡胶坝》一书；推动建立橡胶坝技术开发协作组，组织编制了部标准《橡胶坝技术指南》并由水利部于1989年颁布，1991年在天津市召开了全国橡胶坝技术经验交流会等。

2 F( U3 J/ Z! m: J, {( n& I　　1992年中国水利学会农田水利专业委员会橡胶坝学组在河北省承德市成立。所有上述工作为后来我国广泛推广应用橡胶坝奠定了坚实的基础。

　　4、第四阶段：1992至今，快速发展阶段
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% ^+ Y- T1 @5 \5 O. a　　我国橡胶坝发展至此，可以认为在橡胶坝的科研、设计、施工和运用管理以及坝袋制造和防护等方面的技术已较成熟，具备了广泛推广应用的条件。故橡胶坝这一新技术被国家科委批准列入1992年的《国家级科技成果重点推广计划》项目，这为橡胶坝技术的发展和应用注入了新的生命，并为迅速将这一新技术转化为生产力，有力地走入国内外市场创造了良好的条件和提供了有力的保证。
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& h! [2 ]1 Q5 ]7 J) W9 O) a　　橡胶坝学组成立后于1994年在北京市密云水库召开了全国橡胶坝技术研讨会；1995年在北京联合召开了中日橡胶坝技术交流会并出版了《中日橡胶坝技术交流文集》；推动了山东、河北等省相继召开了各省范围内的橡胶坝学术会议，其中河北省会后在《河北水利水电》杂志上还出版了一期河北省橡胶坝工程技术专号。
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" o" H8 w. ~( D) U: w　　为使橡胶坝工程在规划、设计、建设和运用管理等方面有章可循，编制《橡胶坝技术规范》的任务被列入1995年度水利水电技术标准制修订计划，规范主持单位为水利部农村水利司，主编单位为中国水利水电科学研究院。经过规范编制组几年的工作和努力，《橡胶坝技术规范》(SL227－98)于1998年被水利部批准颁布执行。
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* t9 q* j$ _( o* F　　在橡胶坝的发展过程中，我们深感坝袋质量对橡胶坝工程安全运行的极端重要性，坝袋的生产必须建立起一整套严格的规章制度和质量检测，并落实到生产的各个环节。为加强坝袋质量检测，经国家质量技术监督局批准，中国水利水电科学研究院实验中心于1995年取得了具有检测橡胶坝坝袋材料性能21项参数的计量认证合格证书。在检测中心5年一期的计量认证复审中，为适应科研机构改革的要求，橡胶坝坝袋材料性能的检测参数于2000年纳入水利部灌排设备检测中心的检测业务范围，被国家质量技术监督局批准的水利部灌排设备检测中心的计量认证证书编号为：(2000)量认(国)字(G1232)号。
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  o( ~, Y( \. B- a* |- r! I8 c1 c　　三、我国橡胶坝技术研究和应用概况

　　我国地域辽阔，气候多变。在北方，河流多属于季节性河流，非汛期水量小，冬季河流结冰。在南方，降水量大，即使在非汛期，河水流量也比较大。为适应在不同条件下应用橡胶坝，进行了大量的试验研究，如坝袋胶布的胶料配方研究，帆布试制，坝袋抗波浪试验，泥沙冲淤试验，坝袋振动试验，橡胶坝流量系数试验，坝袋锚固，充气橡胶坝技术研究等等。所有这些试验研究为我国在南北方地区的不同条件下兴建橡胶坝提供了可靠的保证，同时在为期三十多年的实践和运用中，也积累了许多宝贵经验。
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* M' b. ]# s. [! P& A, H　　1、坝袋结构型式的改进

) U& N; [% t8 `7 \( q　　堵头式橡胶坝的发明。在橡胶坝运用中发现，当坝袋锚固在直墙上时，会出现下列不利情况：a、当坝袋充到设计高度时，靠近直墙部位的坝袋出现很深的的褶皱，这样不仅降低了坝袋的有效高度，而且坝内残存的气体不易排除。b、当坝袋坍落时，坝袋两端仍挂在边墙上，过流阻水，且坝袋易被飘浮物刺破。c、在橡胶坝运行时，坝袋两端部位应力比较复杂，出现局部应力集中，长期使用，坝袋易损坏。为了改善以上不利情况，采用了堵头式橡胶坝。堵头式的橡胶坝，坝袋不和直墙锚固，只利用堵头与直墙的挤压，达到止水的目的。充水后，坝袋全断面形状相同，不起褶皱，坝袋应力分布比较均匀。
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　　双向挡水橡胶坝。在有些情况下，橡胶坝需要双向挡水。双向挡水橡胶坝在锚固线布置，水工结构布置等方面都与单向挡水坝有所不同。通过对各种型式的锚固线试验分析，选定一种锚固线布置，使坝袋工作时，褶皱最少。
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　　双层组合式坝袋结构。这种橡胶坝是由两个坝袋囊叠加而成，下坝袋锚固在基础底板上，上坝袋锚固在下坝袋上。可同时充胀各层坝袋，也可以充胀其中一层或两层坝袋挡水。这种坝袋型式一般可用于较高的橡胶坝，与单袋式橡胶坝比较，具有节省坝袋材料，减少底板长度等优点；其缺点是锚固工作量大，控制系统相对复杂。这种坝型是当时为适应我国还不能生产高强度的胶布而研制的，现建成的几座双层橡胶坝要么被拆除，要么被单层坝袋所更换。
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　　2、锚固构件的改进

　　锚固是橡胶坝工程的关键部分之一，对橡胶坝的锚固既要牢固，又要保证密封性，使坝袋不透水（气）。

　　锚固构件型式。橡胶坝锚固以螺栓锚固型式为主，在实践中，又发明了楔块式锚固。楔块锚固，是用钢筋混凝土或木块做材料，将坝袋锚固在底板上预制好的锚固槽中。楔块锚固具有节省钢材，防止螺栓生锈等优点。此外，还研制了胶囊充水锚固方式并应用于试验工程中。
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　　密封材料。坝袋在锚固时，为了保证坝袋不透水（气），以前用纯胶片作垫片，密封性不理想，现在采用具有高压缩量的海绵止水胶，密封性较好。
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　　3、坝袋制造

/ I$ g, ?& y% Y+ r& F( V　　以前使用的坝袋胶布强度低，单层帆布强度通常小于300KN/m。现在，坝袋帆布强度有了较大的提高，据称单层帆布强度可达500KN/m，这为兴建较高的橡胶坝创造了基本条件。

　　过去坝袋采用冷粘人工成型，在胶布的搭接缝处易出现问题。现在普遍采用热压合机械成型工艺，坝袋的质量有了进一步的提高，有的厂家还开发出了无搭接缝的坝袋。

　　彩色坝袋可美化环境，近年已兴建了不少彩色橡胶坝工程，深受人们喜爱。但由于将胶布表层黑色橡胶改为彩色，表层彩色橡胶耐老化性能还有待工程实践作出回答，另外，据称坝袋彩色色泽的保持也仅有为期几年的时间。故彩色坝袋表层橡胶的耐老化性和色泽的保持还有待进一步研究开发。
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　　4、国内应用
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　　自我国于1965年开始橡胶坝的研制工作，于1966年建成了几座橡胶坝，如北京右安门橡胶坝，广东洪秀全水库橡胶坝等，至今，已建成各种橡胶坝据估计有700余座，遍及我国绝大多数省市，并以每年50座左右的速度发展。在中国，除为数很少的几座充气式橡胶坝外，均为充水式橡胶坝，最大坝高为5米。引人注目的是山东省临沂市于1997年建成一高3.5米，16跨，每跨70米，总长1135米的橡胶坝，被收入1999年的基尼斯世界记录并获得大世界基尼斯最佳项目奖。

　　5、走向世界
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3 t/ l* X9 ^+ T1 k3 m　　随着橡胶坝技术的日趋成熟，其独特的优点被越来越多的人所认识，除在国内得到广泛的推广应用外，也开始走向世界。如1987年辽宁省水科所为泰国设计建造了6座橡胶坝，此后广东、吉林等省向泰国、尼泊尔设计建造了橡胶坝，1995年广东省水利勘设院为印度尼西亚设计建造一高3.1米，长90米的橡胶坝，这是我国橡胶坝首次进入印尼。中国水利水电科学研究院1995年为孟加拉国设计建造了2座橡胶坝，其中Eidgaon橡胶坝高3米，长52米，Bakkhali双向挡水橡胶坝高3.5米，长84米；1998年又设计建造了一高4米，长100米的Bhogai橡胶坝；2001年中国水科院的专家再赴孟加拉设计施工了2座橡胶坝，其中Sonai橡胶坝高4米，长米，Tankabati橡胶坝高3.5米，长米；1997年中国水科院为越南设计了3座橡胶坝工程，其中一座当年施工完毕；2000年末中国水科院的专家赴伊朗，为其设计了两座充气式橡胶坝工程，其中Nozar Abad充气橡胶坝高3米，长24米，Agh Ghola充气橡胶坝高3.5米，长46.5米；2001中国水科院的专家赴荷兰，通过多媒体演示宣传了中国的橡胶坝，与荷兰的水利部门商讨了采用活动型橡胶坝以保护当地居民的房屋免受洪水淹没事宜，现正进行方案设计。此外，中国水科院还利用各种对外场合宣传我国的橡胶坝，如2000、2001年分别为泰国、伊朗的工程师培训班讲授橡胶坝的课程，等等。

: n" {9 V/ q" ]" i& V+ x: R　　总之，国外的橡胶坝市场潜力很大，有待我们共同去努力开发。
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1 F* ~+ `- V! ?( N* U5 m　　四、橡胶坝应用展望

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doublewing

记号 谢谢分享 说得很详细哈

胶胶友

大师级的作品，读起来过瘾!

eschuang

对我论文很有用。。谢谢了

nba3100

ssssssssssssssssssss

martian-lee

我还没看完所以要回复。

草莓

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dirkxiao

好东西，谢谢楼主分享

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