淇河1#橡膠壩設(shè)計(jì)

周志美王劍王沁怡趙玥

（1.撫州港輝水利建筑有限公司 江西撫州 344000 2.江西省水利科學(xué)研究院 江西南昌 330029 3.河海大學(xué) 江蘇南京 210000 4.江西水利職業(yè)學(xué)院 江西南昌 330013）

1 橡膠壩簡(jiǎn)介

橡膠壩是利用高強(qiáng)度合成纖維或鋼絲作為受力骨架涂敷橡膠制成膠布，錨固在基礎(chǔ)上形成封閉式袋狀形成的水工建筑物，壩頂可以溢流，并可根據(jù)需要調(diào)節(jié)壩高，控制上游水位，以發(fā)揮灌溉、發(fā)電、航運(yùn)、防洪、擋潮等效益。具有造價(jià)低、施工工期短、抗震性能好、造型美觀等優(yōu)點(diǎn)。故而，橡膠壩在城市河道景觀工程中獲得了廣泛的應(yīng)用。

2 工程地質(zhì)

2.1 地形地貌

淇河1#工程壩址處于丘陵地帶，其地勢(shì)起伏不大，呈西高東低形勢(shì)，海拔高程兩岸104～124m，河底99.5～100.5m，基本為河流侵蝕堆積地貌，河谷多呈不對(duì)稱的“v”字型，側(cè)向侵蝕為主，河曲發(fā)育，河口寬200m左右（含灘地），兩岸岸坡陡緩不對(duì)稱，沿途變化大，岸上無堤防。

2.2 地質(zhì)構(gòu)造

該段淇河位于新華夏系太行山斷層帶，處在青羊口斷層和湯東斷層之間的湯陰地墊中間部位。青羊口斷層位于淇河淇河Ⅰ橋溢流堰西約5km處，因其離壩較遠(yuǎn)，故影響不大，可不考慮該斷層對(duì)溢流堰和庫區(qū)的影響。沿淇河新區(qū)河床主要出露的地層，大多是第四系卵礫石層，中部夾有透鏡狀中粗砂，亦可見薄層半膠結(jié)狀礫巖，厚度變化大。

3 工程規(guī)模及布置

3.1 工程規(guī)模

本橡膠壩工程由攔河壩段和控制室段組成。攔河壩段包括橡膠壩段和固定堰段，橡膠壩共布置2跨，最大壩高4.0m，橡膠壩段總長103.8m，固定堰段總長64m，控制室段長6.2m。根據(jù)規(guī)范規(guī)定，并考慮工程重要性，該工程為三等工程，其主要建筑物為3級(jí)，次要建筑物為4級(jí)，臨時(shí)性建筑物為5級(jí)。

3.2 工程總布置

本橡膠壩工程包括攔河橡膠壩段和控制室段組成。攔河壩總長167.8m，其中橡膠壩段長103.8m，固定堰段長64m。橡膠壩共布置2跨，壩高4.0m，每跨長50m，中墩厚1.4m，邊墩厚度為1.2m。兩岸灘地布置固定堰兩跨，總長64m，左岸段長20m，右岸段長為44m。上游防滲鋪蓋長25m，下游消力池主槽段長23m，深1.6m，海漫長度15m。控制室段布置在大堤內(nèi)側(cè)，沿大堤軸線方向長6m，沿壩軸線方向長度6.2m。

4 壩體設(shè)計(jì)

橡膠壩壩高4.0m，采用堵頭枕式單袋雙錨固充水式壩袋。壩袋材料為氯丁合成橡膠錦綸帆布三布四膠，堵頭為兩布三膠。壩底板采用現(xiàn)澆C25鋼筋混凝土平底板，上下游設(shè)齒墻。底板長度（順?biāo)鞣较颍?4.0m，底板厚度為1.2m，上游齒墻深度為4m，下游齒墻深度為3m，齒墻底寬為1.2m，座于砂卵石層上。

4.1 內(nèi)壓比α選取

橡膠壩內(nèi)壓比α通常取值1.25～1.5之間，本工程設(shè)計(jì)中就α為1.25、1.35、1.45三種情況進(jìn)行了計(jì)算比較后，決定α值采用1.25。

4.2 壩袋有效周長及底墊片有效長度

按《橡膠壩技術(shù)規(guī)范》（SL 227—98）計(jì)算結(jié)果如下：

壩袋有效周長L0=S1+S=1463cm；

壩袋底墊片有效長度l0=n+X0=825cm；

壩袋底墊片考慮錨固長度后實(shí)際長度為L0+64=889cm；

壩袋實(shí)際周長為L0+83=1546cm（錨固長2×41.5cm）；

單寬壩袋面積15.23m2，堵頭面積29.45m2；

單寬底墊片面積9.64m2；

4.3 壩袋拉力

壩袋拉力分徑向拉力和緯向拉力。徑向拉力在設(shè)計(jì)情況下，按下式計(jì)算：

T=0.5γ（H0H1-0.5H12）

式中：H1——設(shè)計(jì)壩高（m），H1=5.0m；

H0——壩袋內(nèi)壓力水頭（m），H0=1.3×5.0=6.5m；

γ——水的容重（10kN/m3）。

經(jīng)計(jì)算，T=58.8（kN/m）

壩袋緯向拉力計(jì)算較為復(fù)雜。當(dāng)壩袋充脹后，由于錨固線的約束，各部位的受力情況不同。試驗(yàn)表明，袋壁的最大緯向拉力均較徑向拉力小，壩袋中段的緯向拉力可取徑向拉力的50%；兩端附近折皺區(qū)，受力情況比較復(fù)雜，可按徑向拉力的100%計(jì)算。

4.4 壩袋容積及安全系數(shù)

根據(jù)壩高H1及設(shè)計(jì)內(nèi)壓比α，經(jīng)計(jì)算，壩高4.0m時(shí)壩袋單寬容積V0為 29.45m3。

根據(jù)壩袋膠布材料加工制成膠布時(shí)強(qiáng)度損失一般達(dá)15%～25%左右，取20%計(jì)算安全系數(shù)。4m壩高安全系數(shù)K=540×0.8/58.8=7.35＞6符合規(guī)范規(guī)定，壩袋強(qiáng)度大于6，符合規(guī)范要求。

5 防滲及消能防沖設(shè)計(jì)

5.1 防滲設(shè)計(jì)

壩前鋪蓋采用二布一膜土工防滲布鋪蓋。鋪設(shè)長度為25m，鋪蓋上游設(shè)混凝土防沖齒墻，齒墻深1.5m，底寬0.7m。防滲布上面鋪一層厚5cm的粗砂，防滲布下鋪墊30cm厚粘土，基底砂卵石及粘土墊層均應(yīng)整平壓實(shí)，以保證防滲布受力均勻。防滲布上游端壓混凝土板，寬1m、厚0.3m，鋪蓋上混凝土壓條，采用C15混凝土，壓條斷面20cm×20cm，縱橫間距均為2m網(wǎng)格狀，鋪蓋上覆蓋厚0.8m的砂卵石保護(hù)層。防滲布鋪蓋與壩底板、導(dǎo)流墻及兩岸齒墻連接均采用壓板螺栓連接，螺栓直徑16mm，間距50cm。兩布一膜復(fù)合布中間膜厚0.4mm，兩側(cè)無防布均為200g/m2，土工布接縫處拼接帶寬10cm，宜優(yōu)先采用熱熔擠壓焊接法拼接。

5.2 消能防沖設(shè)計(jì)

下游消能防沖工程主要有消力池陡坡段、消力池水平段和海漫段三部分組成。根據(jù)計(jì)算確定消力池長23m，深度為1.6m。消力池陡坡段長9.0m，消力池陡坡段采用60cm厚現(xiàn)澆C25鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，并設(shè)10cm厚C15混凝土墊層，坡度為1：3。消力池底板采用現(xiàn)澆C25鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，底板厚60cm，下設(shè)為10cm厚C15混凝土墊層，池底設(shè)d=5cm排水孔，呈梅花型布置，縱橫向間距為2m，排水孔進(jìn)口設(shè)反濾層，消力池末端設(shè)尾坎，消力池底板及擋土墻每15m設(shè)一道閉孔低發(fā)聚乙烯泡沫板伸縮縫。

海漫段，底層采用0.5m厚的鉛絲籠塊石，末端3.5m范圍內(nèi)為厚1.5m的雙層鉛絲籠塊石，鉛絲籠表面現(xiàn)澆C20混凝土15cm厚。

6 結(jié)語

本文就淇河1#橡膠壩設(shè)計(jì)過程進(jìn)行介紹，明確橡膠壩壩體設(shè)計(jì)過程。提出防滲及消能防沖設(shè)計(jì)方案，保證工程設(shè)計(jì)質(zhì)量，并為相似工程提供參考。設(shè)計(jì)過程嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)，讓本工程實(shí)實(shí)在在造福人民。