水闸的概念及计算

第八章第八章 水水 闸闸 8 5 8 5 闸室的布置和构造闸室的布置和构造 教学内容教学内容 底板 闸墩 工作桥 交通桥 一 底板 按形状分 有水平底板 低实用堰底板 上游水位高 流量又受限制 河宽 孔多 需用横缝将闸室分成若干闸段 每个闸段可分为一孔 两孔 三孔 按底板与闸墩的连接方式分 整体式 分 离式 整体式 闸底板与闸墩浇筑成整体 墩中分缝 也有闸室底板中间分缝的 底板形式 kpa4030较差 箱式底板 地基承载力 实心底板 适用于松散地基 地震烈度较高的地区 分离式 单孔底板上设双缝 将底板与闸墩分 开 适用 坚基 紧密的地基上 不会产 生不均匀沉降 底板顺水流方向的长度 满足上部结 构布置 结构强度和抗滑稳定要求 二 闸墩 材料 常用混凝土 浆砌石 少筋混凝土 作用 分隔闸孔 支承闸以及上部结构 材料 砼或浆砌石 外形轮廊 过闸水流平顺 侧向收缩小 以加大过水能力 分方形 三角形 半圆形 流线形 高程 上游高出最高水位并有一定超高 长度 与闸底板顺水流长度相同 上 下游侧 铅直或 10 1 1 竖坡 闸墩厚度 满足强度 稳定要求 决定于工作门槽深度和门 槽颈部厚度 门槽颈部厚度最小值为 0 5m 门槽深 0 3m 槽宽 0 5 1 0 缝墩 1 2 1 5 检修门槽与工作门槽之间须保持 1 5 2 0m 净距 胸墙与检修门槽之间也应留足 1 0m 以上的间距 三 闸门 检修门 平门 位置 上游侧 工作门 弧门 平门 位置 上游侧 下游侧 利用水重帮助闸室稳定 闸门顶部高程 应高于可能最高蓄水位 四 胸墙 固定式 活动式 作用 减少闸的高度 减轻立门重和降低对启闭机重量的要求 布置位置 置于门后 闸门紧靠胸墙 且止水效果好而简单 门前 止水结构复杂 易于 磨损 有利于启闭 钢丝绳不易磨损 顶高程 顶与闸墩齐平 底梁梁底高程 满足堰流的要求 堰顶高程 堰顶下游水深 0 2m 厚度 不小于 0 15 0 2m 结构形式 板式 梁板式 支撑方式 固接 简支 五 交通桥及工作桥 交通桥 稳定 葛洲坝 利用水重 帮助闸室有时设在水闸上游一侧 一般设在水闸下游一侧 工作桥 安装启闭设备 初步确定桥高时 平面门可取门高的二倍 再加1 0 1 5m的超高值 并满足闸门能从闸 门中取出检修的要求 若用活动式启闭机 桥 高可低些 但亦应大于1 7倍门高 升卧闸门 的桥高为平面直升门高的70 弧形门则视闸 门吊点位置等情况而定 一般要比平面门的工 作桥低得多 六 分缝方式及止水设备 1 分缝 水闸沿垂直水流方向每隔一定距离 必须设置沉降缝予以分开 以免闸室因地基不均 匀沉降及伸缩变形而产生裂缝 缝的间距岩基上不宜超过 20m 土基上不宜超过 35m 缝 宽 2 3cm 除了闸室分缝外 凡相邻结构荷重相差悬殊或结构较长 面积较大的地方 都需设缝 分开 如在铺盖与水闸底板连接处 翼墙与边墩及铺盖连接处 消力池底板与闸底板 翼 交通桥胸墙 启闭机 不小于3 5m 启闭机房 启闭机大梁 交通桥净宽 图图 7 27 工工作作桥桥和和交交通通桥桥 I I 图图7 75 弧弧形形闸闸门门布布置置 1 工工作作桥桥 2 公公路路桥桥 3 面面板板 4 吊吊耳耳 I I 图图7 75 弧弧形形闸闸门门布布置置 1 工工作作桥桥 2 公公路路桥桥 3 面面板板 4 吊吊耳耳 墙连接处都要设沉降缝 当混凝土铺盖及消力池底板面积较大时 也要设沉降缝 2 止水 凡具有防渗要求的缝 都应设止水 按照止水设备的方向 有铅直止水和水平止水两 种 前者设在缝墩中 边墩与翼墙之间以及各段翼墙之间等 后者设在铺盖 消力池底板 与闸底板 翼墙之间 闸底板与铺盖 消力池底板间的分缝处等 1 止水形式 垂直止水 闸墩 缝墩 中的边墩 与岸墙之间的 岸墙与翼墙之间的接缝 以及翼 墙的分段缝 水平止水 铺盖与底板之间 铺盖与两侧翼墙底板之间 底板分缝隙段 砼或混凝 土铺盖的分坝缝 闸后护坦与闸底板之间的分缝 护坦与翼墙之间的接缝 护坦分坝缝 2 止水设备 垂直止水设备一般都设在靠近上游挡水面处 临水面 0 2 0 5m 止水设备上游部分 的缝应该是不透水的 下游宜保持通畅 此外 止水设备应防止两个相邻构件之间因发生 相对垂直位移而被撕裂 水平止水多布置在距上面 0 2 0 3m 处 在缝下面铺设 2 3 层油毛毡或沥青片 材料 紫铜片 塑料止水带 橡皮止水带 缝缝与与止止水水平平面面位位置置示示意意图图 8 6 闸室稳定分析 沉降校核及地基处理闸室稳定分析 沉降校核及地基处理 教学内容教学内容 闸室稳定分析 沉降计算 地基处理 教学重点教学重点 闸室稳定分析 一 闸室稳定分析 闸室应在任何情况下 施工 竣工 运用 检修 都是稳定的 1 竣工期 地基受到的压力最大 1 沉陷问题 a 过大的 均匀 沉陷 堰顶高程降低 达不到设计要求 b 不均匀沉陷 闸顶倾斜 甚至断裂 2 压力过大 地基受到压力过大 结构受到破坏 失去稳定性 2 运用期 或检修期 同时受到重力和水平力的作用 a 表面滑动 当底板与地基之间垂直压应力 较小时 在水平推力作用下 闸室底 板有可能沿地基表面发生滑动 称为表面滑动 b 深层滑动 当作用与地基上的铅直荷载较大时 可能连同一部分地基土体一起滑动 称为深层滑动 计算取一个闸室单元为验算对象 以缝为界 单元可能是一孔 两孔 三孔 一 荷载及其组合 闸室所受的主要荷载 自重 水重 水平水压力 扬压力 波浪压力 地震力 泥沙压力 地震力按拟静力法计算 浪压力 波浪要素 波高 波长 周 期 确定后 按重力坝部分所讲公式进行 计算浪压力 水平水压力 砼铺盖 b d 点的水平水压力强 分别等于该点的扬压力强度 浮托力 渗透压力 b 点之间按直线变化 黏土铺盖 点的扬压力水头为bh hp Hp b bb a 1 二 闸室的稳定性及其安全指标 闸室稳定性所包含的内容 1 不致于沿地基面或深层滑动 2 不发生明显的倾斜 3 平均基底压力不大于地基的容许承载力 地基反力分布的不均匀程度 闸室上 下游端地基反力的比值 闸室的倾斜度也越大值越大 沉降差越大 min max 三 计算方法 1 验算闸室基底压力 对称闸孔 A w m max ln AB W 6 受力不对称的闸孔 按双向偏心受压公式计算 2 验算闸室的抗滑稳定 闸室产生平面滑动或深层滑动的判别 u A bBtg 2C 1 tg 1 当闸底最大压应力 max小于 u 可只做平面滑动验算 2 当闸底最大压应力 max大于 u 需作深层滑动核算 计算平面滑动的公式 摩擦公式 p wf Kc 抗剪断公式 p Acwtg Kc 00 抗滑稳定计算的关键 在于合理选用 f 0 c0 提高表层抗滑稳定的措施 1 将高水位一侧的防渗铺盖适当延长 或将低水位一侧的排水设备适当向高水位一侧延 伸 以减小作用在底板上的渗透压力 2 将闸室位置适当移向低水位一侧 利用水重 3 适当增加齿墙深度 以提高抗滑力 4 利用高水位一侧的混凝土铺盖作为阻滑板 用钢筋和闸室底板可靠的连接起来 计算公式 8 0 21 UWWfS 式中 0 8 考虑土壤变形及连接钢筋拉伸变形等因素 3 验算闸基的整体稳定 1 在竖向荷载作用下的地基承载力 2 在竖向荷载和水平荷载共同作用下 地基承载力核算 四 沉降校核 土基压缩变形大 均匀沉降 建筑物顶部高程降低 影响正常运行 不均匀沉降 闸室倾斜 裂缝 止水破坏 计算沉降的方法 采用分层总和法 土力学 沉陷允许值 最大沉降允许值 10 15cm 最大沉降差值 3 5cm 减少不均匀沉降的措施 1 尽量使相邻建筑物重量差不要过大 重量大的建筑物 先施工 使地基先行预压 2 布置要匀称 使min max 不超过规定的数值 3 分块不宜过大 沉降缝的止水设应能适应地基的不均 匀沉陷的要求 4 增强闸室刚度以减小不均匀沉降差 如浙江省慈溪市 某一挡潮排涝闸 闸室分缝距离为 36 40m 采用双胸墙增 强闸室刚度后 最大沉降差仅为 4 2cm 效果明显 5 采用轻型结构和加长底板长度 或增加埋置深度以减小基地压力 6 进行必要的地基处理 以提高地基承载力 五 地基处理 根据工程实践 粘性土贯入击数 5 砂性土贯入击数 8 可不做地基处理直接建闸 常用的处理方法 一 预压加固 预压堆石高度 应使预压荷重约为 1 5 2 0 倍水闸荷载 但不能超过地基的承载能力 否则会造成天然地基的破坏 为了缩短预压施工时间 可在地基中设置塑料排水板 以改善软土地基的排水条件 加快地基固结 塑料排水板间距一般为1 3m 深度应穿过预压层 二 换土垫层 适用情况 软弱粘性土 薄层 浅表 全部挖除 层厚 采用换土垫层 通常采用砂垫层 壤土垫层 垫层作用 1 垫层使应力扩散 提高地基的稳定性 2 减小地基沉降量 3 具有良好的排水作用 有利于软土地基加速固结 设计内容 换砂厚度 宽度 材料 级配等 三 桩基础 深基础 当水闸上部结构重量大 不宜采用上述方法的 可参考桩基 从施工角度来分 预制桩 钻孔灌注桩 受力特点来分 支撑桩 软土 浅层 摩擦桩 土层很厚 优点 大大提高地基的承载力 缺点 底板与土层分离 四 沉井基础 深基础 适用条件 闸下有较厚的软土层 要求闸的基础埋置较深 不适用于闸基下有流沙 图图 7 34 双双胸胸墙墙结结构构 蛮石 树干或表面倾斜较大的岩层 沉井是一种筒状结构物 可用浆砌石 砼或钢筋砼制 成 沉井平面尺寸视上部结构 而定 一般只要略大于上部 结构的尺寸即可 沉井的接缝应置于闸的沉降 缝之下 使上部结构能够适 应下部基础的沉降 五 振冲砂石桩 它是利用一个直径为0 3 0 8m 长约2m 下端设有喷水口的振冲器 先在土基内造 孔 下管 然后 向上移动 边振动 边沿管向下填注砂石料形成砂石桩 桩径一般为 0 6 0 8m 间距1 5 2 5m 呈梅花形或正方形布置 桩的深度根据设计要求和施工条件 确定 一般为8 10m 振冲桩的砂石料宜有良好的级配 碎石最大粒径不宜大于5cm 振 冲砂石桩适用于松砂或软弱的壤土地基 六 强夯法 它是由重锤夯实法发展起来的 用100 400kN重锤从6 25m高处自由落下 撞击土 层 每分钟2或3次 该法适用于细砂 中砂和砂壤土等强透水的土层 在透水性差的粘性 土地基上 如设置砂井 或排水板 也可收到较好的效果 七 爆炸法 在松砂层厚度较大的地基上建闸 可采用爆炸振密法 先在地基内钻孔 孔距约 5 6m 沿孔深每隔一定距离放置适量的炸药 利用爆炸力使松砂密实 该法对粗砂 中 砂地基比较有效 而对细砂 尤其是粉砂地基 效果较差 爆炸振密深度一般不超过 10m 八 高速旋喷法 旋喷法是用钻机以射水法钻进至设计高程 然后由安装在钻杆下端的特殊喷嘴把高压 水 压缩空气和水泥浆或其他化学浆液高速喷出 搅动土体 同时钻杆边旋转边提升 使 土体与浆液混合 形成桩柱 以达到加固地基的目的 旋喷法可用来加固粘性土及砂性土地基 也可用作砂卵石层的防渗帷幕 适用范围较 广 图图 7 36 沉沉井井布布置置图图 8 7 闸室的结构计算闸室的结构计算 教学内容教学内容 底板结构计算 闸墩结构计算 教学重点教学重点 底板结构计算的弹性地基梁法 学时学时 整体计算 用有限元法 分解成若干部件 闸室为空间结构 受力复杂 为简化计算一般将它分解为若干部件 如闸墩 底板 胸墙 桥梁等 分别单独计算 在单独计算时 应考虑它们之间的相互 作用 一 底板的结构计算 一 整体式平底板 底板支撑在地基上 因其平面尺寸远较厚度为大 可视为地基上的一块板 受力情况 比较复杂 目前又只能采用近似的计算方法进行强度分析 不同的地基情况采用不同的计算方法 相对紧密度 Dr 0 5采用 弹性地基梁法 相对紧密度 Dr 0 5 非粘性土地基采用 反力直线分布法 小型水闸采用 倒置梁法 1 弹性地基梁法 所谓弹性地基梁法 认为梁与 地基都是弹性体 梁卧置于弹性地 基上 梁受荷载发生弯曲变形 地 基受压产生沉降 而梁与地基紧密 接触 所以他们的变形和沉降是相 等的 根据变形协调条件和静力平 衡条件 确定地基反力及梁的内力 土层厚薄不同计算方法有别 土层厚2T L 2 0 视为半无限深弹性地院基 梁 郭氏法 土层中厚0 25 2T L 2 0有限深弹性地基梁 链杆法 有限差分法 土层薄2T L 0 25浅层文克尔假定 这里只介绍常用的半无限弹性体 弹性地基梁法 原理见结构力学 半无限弹性体弹性地基梁法计算步骤 1 用偏心受压公式计算闸底纵向 顺水流方向 的地基反力 AB w A w 6 max min A 闸室基地面的面积 B 闸室底板的长度 2 计算板条及墩条上的不平衡剪力 由于闸门上下游水位差较大 故以闸门为界 将闸室分为两段 分别在两段的中央取 一单宽板条进行分析和计算 由于闸室上的荷载沿水流方向是有突变的 工作桥设备等只 是在闸顶某一局部 而地基反力是连续变化的 故作用在板条和 墩条上的力是不平衡的 在墩条和板条的两侧必然作用有剪力 Q1 和 Q2 并由 Q1和 Q2的差值来维持板条及墩条上力的平衡 差值 Q Q1 Q2 称为不平衡剪力 以下游段为例说明 Q 0 2 43 21 2 2 2 1 LqqqqQ b G b G 由上式可求出 Q 若 Q 为正 其方向向下 若 Q 为负 其方向向上 3 闸墩及底板的不平衡剪力分配 分配原则 Q 由闸墩及底板共同承担 各自 承担的数值 可根据剪应力分布图面积按比例确定 需绘剪应力分布图 对于简单的板条及墩条截面 可直接应用积分 法求得 由材料力学可知 截面上的剪应力 Ty为 S bJ Q Ty kpa 式中 J 截面惯性矩 m4 S 计算截面以下 外 的面积对全截面形 心轴的面积矩 m3 b 截面在 y 处的宽度 底板处 b L 闸墩处 b d1 d2 m 则板条上的不平衡剪力 Q板 Ldy JL Qs LdyQ e f e f y 板 E F Sdy J Q dy ye yLye J Q e f 2 323 3 1 3 2 2 ffee J Q 板墩 QQQ 一般情况 不平衡剪力的分配比例是 底板约为 10 15 闸墩约为 85 90 4 计算基础梁上的荷载 分配给闸墩的不平衡剪力作为梁的集中力 中墩集中力 2 12 1 2 1 1 dd d Q b G P 墩 缝墩集中力 2 12 2 2 2 2 dd d Q b G P 墩 分配给底板上的不平衡剪力化作均布荷载 与其他荷载合并 L Q qqqq 板 3 21 底板自重 q1 的取值 粘性土地基 计算中可采用底板自重的 50 100 砂性土地基 底板对地基影响不大 在计算中可以不计 5 考虑边荷载的影响 定义 边荷载是指计算闸段底板两侧的闸室或边墩背后回填土及岸墙作用于计算闸段 上的荷载 影响 边荷载对底板内力的影响 与 a 地基土质 b 作用的荷载 c 荷载的施加程序有 关 但施工情况十分复杂 在实际工程中 一般按下述原则考虑 1 修建计算闸孔段之前 两边相邻闸孔已经完建的情况 如由于边荷载的作用减小了 底板内力 则边荷载的影响不予考虑 如果由于边荷载的作用增加了底板内力 此时在沙土地基中 50 的影响 在黏土地基 中则要考虑 100 的影响 2 计算闸孔先建 相邻闸孔为后建的情况 由于边荷载使低板内力增加时 必须考虑 100 的影响 如由于边荷载作用使底板内力减小时 则在沙土地基中 50 的影响 在黏土 地基中不考虑其影响 边荷载影响范围的确定 如果边荷载的分布范围较大 一般可只取等于基础梁的计算长度 2L 一个闸室单元的长度 范围内的边荷载来计算就够了 计算 查边荷载计算表 6 地基反力及梁的内力计算 当地基梁的荷载确定后 根据 2T L 鉴别所需的计算方式 以下是弹性地基梁郭氏法的计算步骤 1 首先确定基础梁的柔性指数 t 反映梁和地基相对柔软程度的系数 30 10 h L E E t 式中 E0 地基的压缩摸量 E 梁的弹性摸量 L 梁长的一半 H 梁的高度 根据不同的 t 值查看相应的郭氏表 当计算所得 t 值在表中不能直接查得时 可用与 该 t 值相近的表格 而无须进行内插 2 当梁上受到若干个荷载时 可分别计算 然后进行迭加 即可求得地基反力或梁的 内力 内力 底板的剪应力 主拉应力 都较小 可不计算 主要计算 M 7 配筋 画出 M 包络图 竣工 正常挡水 设计 校核 根据 M 图配筋 2 反力直线分布法 假定 地基反力在垂直 水流流向均匀分布 顺水流 方面按直线分布 计算步骤 1 用偏心受压公式计算闸底纵向地基反力 2 确定单宽板条及墩条上的不平衡剪力 3 将不平衡剪力在闸墩和底板上进地分配 4 计算作用在底板梁上的荷载 5 按静定结构计算底板内力 优点 计算简便 缺点 1 没有考虑底板与地基间的变形协调条件 2 假定横向地基反力均匀分布与实际情况不符 3 倒置梁法 将闸墩当作底板的支座 其它假定同上 二 其它型式的底板 分离式底板的闸孔中间部分一般不进行结构计算 整体式灌注桩基 仅地基反力由桩承担 其余计算同上 二 闸墩的结构计算 假定 闸墩作为固接于底板上的悬臂结构 计算内容 a 闸墩应力 b 平面闸门槽应力 c 孤形闸门支座的应力计算 一 平面闸门闸墩 计算内容 1 验算水平截面 主要是墩底 应力 因为墩底应力最大 2 门槽应力 验算情况 1 运行期 1 闸门全部关闭 2 一孔全开泄流 邻孔关闭 或局部开启 2 检修期 一孔检修 邻孔运行 1 闸墩水平截面上的正应力和剪应力 1 正应力 y I M x I M A W y y x x kpa 式中 yx MM 计算截面以上各力对截面形心轴 y 和 x 的力矩总和 Ix Iy 计算截面对其形心轴 y 和 x 的惯性矩 Y x 计算点到形心轴沿 y 和 x 向的距离 2 剪应力 dI SQ x xx x kpa 顺水流方向 dI SQ y yy y kpa 垂直水流方向 式中 yx SS 分别为计算点以外的面积对形心 轴 y 和 x 的面积矩 d 闸墩厚度 B 闸墩长度 3 对缝墩或一侧闸门开启另一侧闸门关闭的中墩 各 水平力对水平截面形心还将产生扭矩 Mt 位于 y 轴边缘 的 maxT 2 max 3 0 Bd MT T 1 闸槽应力计算 计算闸门槽顶部的应力目前尚无完善的方法 在实际工 程中应用有下列几种方法 1 取门槽下游的闸墩为脱离体 用材料力学方法计算顶部内力 天大教材 第二版 2 将门槽顶部看作轴心受拉构件 但顶部所受拉力 全由门槽配筋来承担 3 将门槽顶部看作轴心受拉构件 但顶部所受拉力假定由门槽配筋和下游段闸墩水平截面 上的剪力共同承担 假定 剪应力在上 下水平截面上均匀分布 A A P A A QQP 11 1 上下 KN 式中 A1 门槽顶部以前闸墩的水平截面面积 A 闸墩的水平截面面积 门槽顶部所受拉力 P1 与门槽的位置有关 门槽愈靠下游 P1 愈大 1m 高闸墩门槽顶部 所产生的拉应力 为 b p1 kpa 式中 p 门槽顶部宽度 砼容许拉力 按受力情况配筋 砼容许拉力 按构造配筋 二 弧形闸门闸墩 除计算底部应力外 还应验算牛腿及其附近的应力 弧门支撑铰座布置形式 1 在闸墩上直接布置铰座 2 铰座布置在伸出于闸墩体外的牛腿上 8 8 水闸与两岸的连接建筑水闸与两岸的连接建筑 教学内容 教学内容 连接建筑物的作用 形式 布置 学时 学时 一 连接建筑物的作用 组成 上 下游翼墙和边墩 或边墩和岸墙 有时还设有防渗刺墙 作用 1 挡住两侧填土 维持土坝及两岸的稳定 2 上游翼墙主要用于引导水流平顺进闸 下游翼墙使出闸水流均匀扩散 减少 冲刷 3 保护河床 或土壤 边坡不受过闸 水流冲刷 4 控制通过闸 身两侧的渗流 防止河岸 或与之相连的土坝的渗流 变形 5 在软弱地基上 设有独立的岸墙时 可以减 少两岸沉降对闸身应力的影 响 在水闸工程中 两岸相 连建筑物的造价可占工程总造价的 15 40 闸孔愈少 所占比重愈大 二 连接建筑物的形式与布置 一 边墩和岸墙 1 边墩直接与堤岸连接 闸基较好 闸高不大 孔数少时 2 边墩直接与堤岸连接 但边墩与底板设有沉降缝 闸身较高 边墩自重及其背后 土重都较大时 设缝后 受力状态有所改善 边墩形式 重力式 悬臂式 扶壁式 空箱式连 拱空箱式边墩形式 重力式 悬臂式 扶壁式 空箱式连 拱空箱式 3 在边墩背后加设专门的挡土岸墙 边墩与岸墙三者之间用分缝分开 这样边墩不承 受侧向土压力 减少闸基与两岸不均匀沉降的影响 岸墙形式 岸墙形式 悬臂式 扶壁式 空箱式 连拱式悬臂式 扶壁式 空箱式 连拱式 岸墙与边墩结合 适用 闸室 H 6M 地基承载力较大 岸墙与边墩分开 适用 闸室较高 孔数较多地基软弱 岸墙部分挡水 适用 闸室较高而地基承载力又较低 二 翼墙 上游翼墙作用 上游翼墙作用 1 挡土 2 引导水流平顺入闸室 3 起防渗作用 4 保护两岸或土坝边坡不 受过闸水流的冲刷 图图 7 48 边边墩墩连连接接型型式式 图图 7 49 岸岸墙墙连连接接型型式式 下游翼墙作用 下游翼墙作用 1 挡土 2 引导水流出闸后均匀扩散 避免出现不利流态 上下游翼墙五种形式 上下游翼墙五种形式 反翼墙 扭曲面翼墙 斜降翼墙 圆弧翼墙 斜坡式翼墙 1 曲线式 圆弧 反翼墙 2 扭曲面式 3 斜降式 八字形 高度随其向 上 下游延伸而逐渐降低 到末端与 河床平齐 三 连接结构物的防渗设计 绕流渗透或侧向绕流 防渗排水设计总原则 滞渗与导渗相结合 图图 7 54 扶扶壁壁式式挡挡土土墙墙 单单位位 cm 1一一立立墙墙 2一一扶扶壁壁 3一一底底板板 8 9 其他形式的水闸其他形式的水闸 橡橡 胶胶 坝坝 橡胶坝适用于低水头 大跨度的闸坝工 程 橡胶坝的高度一般不高于6 0m 单跨长 度一般为50 100m 主要用于 灌溉 防洪 和改善环境 一 橡胶坝的类型 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 橡胶坝按岸墙的结构型式可分为直墙式 和斜坡式 二 橡胶坝的组成 橡胶坝由上游连接段 橡胶坝段 下游 连接段和橡胶坝控制系统等四部分组成 橡胶坝主要依靠坝袋内的胶布来承受拉 力的 橡胶保护胶布免受外力的损害 根据坝 的高度不同 可以选择一布二胶 二布三胶和三布四胶 采用最多的是二布三胶 三 设计参数 橡胶坝袋的设计参数包括 坝高 H1 内压水头 H0 内压比 上游坝面 曲线段长度 S 下游坝面曲线段长度 S 上游贴地段长度 n 下游贴地段长度 X0 坝袋有效周长 L0 坝袋单宽容积 V 四 坝基设计 1 设计坝高H1 设计坝高 H1 为坝顶高程与堰顶高程之差 坝顶高程宜高于上游正常水位 0 1 0 2m 2 内压水头H0 内压水头H0为橡胶坝坝内的压力水头 水头越高 坝袋的周长越短 径向拉力越大 3 设计内压比 H0 H1 7 53 设计内压比 值的选用应经技术经济比较后确定 充水橡胶坝内外压比值宜选用 1 25 1 60 充气橡胶坝内外压比值宜选用0 75 1 10 4 上游贴地段长度n 7 54 5 下游贴地段长度X0 X0的计算公式比较复杂 可以参照 橡胶坝技术规范 SL227 98的附录B 一般的可 以查表8 14进行计算确定 6 上游坝面曲线段长度S 下游坝面曲线段长度S和坝袋有效周长L0 上游坝面曲线段长度S 和下游坝面曲线段长度S可以查表8 14进行计算确定 坝袋有 效周长L0 不包括锚固长度 与锚固类型有关 对于单锚固 L0 S1 S n X0 对于双锚固 L0 S1 S 双锚固的底垫片有效长度 不包括锚固长度 l0 n X0 7 坝袋单宽容积V m2 坝袋单宽容积查表8 14进行计算确定 五 坝袋选择 1 坝袋径向计算强度 坝袋径向强度可以按下式计算 也可以查表7 14进行计算 但要注意单位 T 0 5 H12 2 式中 T 坝袋径向计算强度 kN m 水的容重 kN m3 设计内压比 Hl 设计坝高 m 2 坝袋径向设计强度 根据 橡胶坝技术规范 SL227 98 坝袋强度设计安全系数充水坝应不小于6 0 充气坝应不小于8 0 的规定 对于充水坝坝袋径向设计强度应满足 T设 6T 3 坝袋纬向设计强度 从理论上讲 坝袋纬向是不受力的 但由于实际运行中坝袋的摆动 施工的误差 在 坝袋的纬向肯定会产生一定的作用力 但目前还没有一种比较准确的计算方法 只能用一 种经验的和近似的方法 根据试验结果分析 堵头式橡胶坝纬向设计强度可按径向设计强 度的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 纬向设计强度取用径向设计强度的0 8 1 0倍