溫涼河橡膠壩基礎(chǔ)底板與防滲排水設(shè)計(jì)

孫士洪

（臨沂市水利工程處，山東 臨沂 276000）

溫涼河治理項(xiàng)目橡膠壩工程位于山東省臨沂沂水縣。溫涼河河道沉積主要為粉土、砂礫以及圓礫，沉積層厚度約為5.4 m，橡膠壩壩址段底部為花崗巖基底。設(shè)計(jì)單跨橡膠壩壩高2.5 m，壩體總長(zhǎng)和底部寬度分別為40.0 m、8.0 m，壩底采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)?；炷恋装宀捎缅^固方式，橡膠壩底板厚度設(shè)計(jì)為0.8 m。為增加橡膠壩壩體的穩(wěn)定性，在壩底板前后各設(shè)置一道深度為1.2 m的齒墻。錨固槽數(shù)量為2個(gè)，槽中心間隔為7.1 m，錨固槽長(zhǎng)×寬×深40.0 m×0.03 m×0.23 m。

1 橡膠壩基礎(chǔ)底板設(shè)計(jì)

1.1 底板設(shè)計(jì)

1）底板長(zhǎng)度Ld

式中：L0為橡膠壩壩袋有效周長(zhǎng)，取8.4 m；L1、L2分別為上下游交通道寬度，分別取經(jīng)驗(yàn)值1.5 m、2.0 m。經(jīng)計(jì)算橡膠壩基礎(chǔ)底板長(zhǎng)為8.0 m。

2）底板厚度。橡膠壩底板的厚度一般控制在0.3～0.8 m，其厚度需要滿足底板管道布設(shè)和設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)要求。如地區(qū)有防凍要求或者其他建設(shè)要求，亦可結(jié)合實(shí)際情況適當(dāng)增加底板厚度。本工程確定基礎(chǔ)底板厚度為0.8 m。

3）底板形式。橡膠壩底板有多種形式，包括平底板、折線底板、反拱底板等，需要結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行確定?？紤]到橡膠壩建成后對(duì)水流的影響，且實(shí)際應(yīng)用需求，本工程橡膠壩底板采用平底式基礎(chǔ)底板。

4）地下輪廓線。該橡膠壩壩址段底部為花崗巖基底，基礎(chǔ)底板較為穩(wěn)固。橡膠壩建成后上下游水頭差不大，結(jié)合工程錨固槽建設(shè)需求，在橡膠壩底板上下游設(shè)置齒墻，齒墻深度為1.2 m。

1.2 底板應(yīng)力和穩(wěn)定驗(yàn)算

按照正常擋水情況下計(jì)算橡膠壩基本載荷情況，其受力情況如圖1所示。橡膠壩底板應(yīng)力計(jì)算按照彈性基礎(chǔ)梁法進(jìn)行[1-2]。橡膠壩底板長(zhǎng)度和寬度分別為40.0 m、8.0 m，中間設(shè)置一條基礎(chǔ)縫，縫的長(zhǎng)度為19.0 m。分析計(jì)算取1.0 m基礎(chǔ)單元長(zhǎng)度進(jìn)行分析。

圖1橡膠壩底板載荷及計(jì)算示意圖

1）按照受力計(jì)算圖可知，底板垂直方向所受載荷和水平方向所受載荷P1計(jì)算公式分別為：

式中：W1、W2、W3、W4分別為過(guò)壩水、壩體、底板、揚(yáng)壓力值，kN/m；γ為河水容重，N/m3；H為上游水深，m。

2）取橡膠壩底板上游端點(diǎn)，經(jīng)計(jì)算端點(diǎn)受力力矩為985.42 kN，力矩對(duì)底板中心的偏心距為-0.06 m。

3）地基反力平均系數(shù)計(jì)算公式：

式中：δmax、δmin分別為不同時(shí)期地基所受應(yīng)力的最大值和最小值，MPa；計(jì)算得到橡膠壩地基反力平均系數(shù)為1.09，小于安全允許3.0。所設(shè)計(jì)橡膠壩壩體抗滑穩(wěn)定性良好，地基受力情況比較理想，基地壓力在其承載能力范圍內(nèi)，綜合認(rèn)為橡膠壩壩體穩(wěn)定。

4）底板穩(wěn)定性。本工程橡膠壩底板中設(shè)置齒墻，其底板抗滑穩(wěn)性計(jì)算公式為：

式中：Kc為結(jié)構(gòu)的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)；f0為比例系數(shù)，取0.306。

按照基本組合，橡膠壩組合等級(jí)為3級(jí)，其抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)為1.25。而經(jīng)計(jì)算壩體結(jié)構(gòu)的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)為2.37，超過(guò)最低抗滑穩(wěn)定性系數(shù)，橡膠壩基礎(chǔ)底板抗滑穩(wěn)定性滿足要求。

2 橡膠壩防滲排水設(shè)計(jì)

橡膠壩基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)做好防滲排水，壩底防滲排水設(shè)計(jì)需要結(jié)合地質(zhì)條件，兼顧上下游水位差、消能、岸邊構(gòu)筑物設(shè)置等因素，以保障整個(gè)橡膠壩防滲排水體系的完整性。

2.1 地下輪廓線

橡膠壩壩基滲流第一條流線主要是鋪蓋后板樁及壩體底板與地基接觸線的長(zhǎng)度。地下輪廓設(shè)計(jì)需要做好防排水工作，基礎(chǔ)底板上游需要設(shè)置防滲設(shè)施來(lái)延長(zhǎng)滲徑，降低滲透壓力和坡降；下游需要設(shè)置排水設(shè)施，以順利排出滲透水流，避免出現(xiàn)基礎(chǔ)滲透變形的情況。

2.2 上游鋪蓋

上游鋪蓋設(shè)計(jì)應(yīng)首先考慮工程防滲效果，同時(shí)兼顧工程造價(jià)方面因素。通常情況下，鋪蓋長(zhǎng)度設(shè)置為擋水高度的2～4倍或上下游水位差的3～8倍。如若橡膠壩基礎(chǔ)滲透系數(shù)較大，則需要適當(dāng)增加鋪蓋長(zhǎng)度，其值范圍為20～30 m。鋪蓋構(gòu)筑物所使用的材料多為混凝土、漿砌石或黏土，特殊情況亦可選用塑料和橡膠制品。本工程鋪蓋選用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，長(zhǎng)度和厚度分別為20 m、0.4 m。

2.3 海漫

本工程漿砌石結(jié)構(gòu)海漫長(zhǎng)度為50 m，厚度設(shè)置為0.4 m。干砌石海漫長(zhǎng)度設(shè)置為20 m，其下增設(shè)反濾層。同時(shí)為進(jìn)一步降低基礎(chǔ)滲透壓力，設(shè)計(jì)在漿砌石海漫段增加排水孔，排水孔數(shù)量為2個(gè)，可視情況適當(dāng)增加排水孔數(shù)量。

2.4 消力池

護(hù)坦位置應(yīng)低于基礎(chǔ)底板，與底板之間連接采用斜坡段，坡度控制為1∶4。消力池選用鋼筋混凝土或混凝土結(jié)構(gòu)，由于基礎(chǔ)地質(zhì)條件較好，消力池設(shè)計(jì)按照水工建筑物常規(guī)方法進(jìn)行計(jì)算。消力池深度為0.67 m，取0.7 m。消力池長(zhǎng)度為11.13 m，取12 m。

2.5 滲徑驗(yàn)算

土基防滲計(jì)算方法采用直線比例法，滲徑長(zhǎng)度計(jì)算選擇勃萊法。假設(shè)橡膠壩滲透水頭沿輪廓線衰減，且成一定的直線比例關(guān)系，其表達(dá)式為：

式中：L為地下輪廓線長(zhǎng)度，m；L為橡膠壩壩體所受最大水頭差，m；X為濕周，m。根據(jù)式（6）可計(jì)算得到橡膠壩底板相關(guān)點(diǎn)滲壓水頭，進(jìn)而掌握底板滲壓水頭分布情況。壩底基礎(chǔ)土質(zhì)不同，勃萊滲徑系數(shù)也會(huì)產(chǎn)生很大差異。本工程設(shè)計(jì)勃萊滲徑系數(shù)為8，計(jì)算地下輪廓線長(zhǎng)度為44 m。而整個(gè)橡膠壩工程滲徑路徑長(zhǎng)度為53.49 m，超過(guò)地下輪廓線長(zhǎng)度44 m。工程滲徑長(zhǎng)度符合要求，校驗(yàn)防滲結(jié)果滿足安全運(yùn)行要求。

3 結(jié)語(yǔ)

橡膠壩基礎(chǔ)底板穩(wěn)定性和防排水工作是橡膠壩設(shè)計(jì)重要環(huán)節(jié)，溫涼河橡膠壩工程采用平底式基礎(chǔ)底板，并需在底板上下游設(shè)置齒墻，防排水設(shè)施主要包括地下輪廓線、上游鋪蓋、海漫、消力池等。通過(guò)理論校驗(yàn)得到，橡膠壩基底受力較為均勻，壩體穩(wěn)定性良好，且防排水效果滿足安全運(yùn)行要求，可為類似工程設(shè)計(jì)提供借鑒。