橡胶坝工程总体布置

1、第四章 拦蓄水（橡胶坝）工程设计4.1 基本资料根据河道总体规划，在浦河河道上修建两座橡胶坝，分别为仲官村橡胶坝和达莲堡橡胶坝。现将两橡胶坝的设计情况分述如下：1、 仲官村橡胶坝位于桩号处，该处的工程地质条件为：两岸地面耕土层厚0.32m厚；粉土1.41.5m厚；砾砂层厚0.60.8m厚，该层的允许承载力30t/m2 。根据河道设计资料知，仲官村橡胶坝的底高程为66.00m,已达到第四层圆砾层，其承载力为36 t/m2，具有较好基础特性。 地下水位较高，达66.4m。土壤采用湿容重18.6KN/m3，土壤的内摩擦角为=17º，比重G=2.72，含水率w=25.5%,压缩系数a=0.4

2、7Mpa-1，压缩模量Es=3.67Mpa，内聚力c=25Mpa.上游渠道设计流量为239.8m3/s。2、 达莲堡橡胶坝位于桩号处，其工程地质条件为：两岸地面耕土层厚0.30.5m厚；中砂0.53.5m厚；粉质粘土0.02.7m；圆砾层厚2.83.2m厚，该层的允许承载力16t/m2 ; 强风化花岗岩，该层的允许承载力50t/m2 。根据河道设计资料知，达莲堡橡胶坝的底高程为61.05m,在第四层圆砾层。为了使工程长期发挥作用，将第四层土加固处理。 地下水位较高，达m。土壤采用湿容重18.6KN/m3，土壤的内摩擦角为=17º, 比重G=2.72，含水率w=25.5%,压缩系数a=

3、0.47Mpa-1，压缩模量Es=3.67Mpa，内聚力c=25Mpa。上游渠道设计流量为252.3m3/s。4.2工程总体布置(一)仲官村橡胶坝1、坝体段坝底板高程为66.00 m ，坝顶高程为69.50 m，橡胶坝高为2.5m，单跨。坝总长为40m，坝底板宽为8m，为钢筋混凝土结构，考虑到采用的锚固型式，底板厚取为0.8m，下设 10 cm的C10混凝土垫层和20cm的粗沙垫层，底板下面前后各设一道齿墙以增强坝体抗滑稳定性，齿墙深2m。墙底板中间设沥青木板沉陷缝2cm。两侧为钢筋混凝土挡土墙，墙高3.5m。锚固槽为30*28cm,长为40m，两个锚固槽中心距为3.9m.。2、上游防渗铺盖段

4、为减少水流对上游的冲刷，采用钢筋混凝土的防渗铺盖，长15m，厚0.4m，上下层配12钢筋，间距25cm。下设 10 cm的C10混凝土垫层和20cm的粗沙垫层。两侧为钢筋混凝土挡土墙，墙高3.5m。下设齿墙，前齿深3m、后齿深1.5m，均为钢筋混凝土结构。在顺水方向7.5m处设横缝，并设齿墙。3、下游陡坡与消能段鉴于总体规划的要求，从坝底板高程起向下有3m的落差。从稳定的角度考虑，采用陡坡形式连接。陡坡坡比1：4，长17.2m，在中间处设分缝并设齿墙，陡坡开始处也设有齿墙，厚为0.6m。消能段长18m，起始处和中间处设分缝并设齿墙，厚为0.6m，消能段末端设高为1.4m、宽为0.5m的尾坎，尾

5、坎下设齿墙。 消力池水平段设直径为6cm的排水孔，孔距1.5m，呈梅花状排列，端头用钢丝绑扎两层无纺布。混凝土标号为200#，面层和底层均配12钢筋，间距25cm。下铺设C10混凝土10cm和砂砾10cm。两侧为钢筋混凝土挡土墙，墙高4.9m。 全长为35.7m，其中陡坡段17.2m，余为18.5m的水平段，厚为0.6m。均为钢筋混凝土结构。4、下游海漫段为防止过坝水流的剩余能量冲刷河床，在消力池下设海漫工程。海漫总长为30m，分两段布设。前段是长为10m的埋石混凝土海漫，厚为0.45m，下铺20cm粗沙，并设3排排水孔，排水孔的规格和排列方式同消力池段；后段是长为20m的干砌石海漫，厚为0.

6、40m,向下铺设25cm的粗砂。两侧为钢筋混凝土挡土墙，墙高3.5m。则平面尺寸为坝长40m，顺河道方向总长为88.7m，其中上游铺盖段15m，坝体段8m，陡坡段与消能段35.7m，海漫段30m。上游铺盖、坝底板、消力池、海漫及挡土墙的沉降缝、止水缝位置见设计图纸，止水缝处设止水。上游挡土墙设止水，下游挡土墙设排水孔。表4-1 仲官村橡胶坝主要工程特性项目名称数据坝体坝顶高程68.50m底板高程66.00m底板厚度0.8m底板宽8m坝高2.5m坝长40m上游钢筋混凝土铺盖高程66.00m厚度0.40m长度15m下游钢筋混凝土陡坡与消能段高程61.60m池深1.4m池长18m陡坡长17.2m埋石

7、混凝土海漫高程63.00m厚度0.45m长度10m浆砌石海漫高程63.00m厚度0.40长度20m（二）达莲堡橡胶坝1、坝体段坝底板高程为61.05 m ，坝顶高程为63.55 m，橡胶坝高为2.5m，单跨。坝总长为40m，坝底板宽为8m，为钢筋混凝土结构，考虑到采用的锚固型式，底板厚取为0.8m，下设 10 cm的C10混凝土垫层和20cm的粗沙垫层，底板下面前后各设一道齿墙以增强坝体抗滑稳定性，齿墙深2m。墙底板中间设沥青木板沉陷缝2cm。两侧为钢筋混凝土挡土墙，墙高5m。锚固槽为30*28cm,长为40m，两个锚固槽中心距为3.9m.。2、上游防渗铺盖段为减少水流对上游的冲刷，采用钢筋混

8、凝土的防渗铺盖，长15m，厚0.4m，上下层配12钢筋，间距25cm。下设 10 cm的C10混凝土垫层和20cm的粗沙垫层。两侧为钢筋混凝土挡土墙，墙高3.5m。下设齿墙，前齿深3m、后齿深1.5m，均为钢筋混凝土结构。在顺水方向7.5m处设横缝，并设齿墙。3、下游消能段坝下游设钢筋混凝土结构的消力池，全长为14.8m。首段为长4.8m的1：4的陡坡，余为10m的水平段，厚为0.5m。消力池末端设高为0.5m、宽为0.5m的尾坎，尾坎下设齿墙。消力池水平段设直径为6cm的排水孔5排，孔距1.5m，呈梅花状排列，端头用钢丝绑扎两层无纺布。混凝土标号为200#，面层和底层均配12钢筋，间距25c

9、m。下铺设C10混凝土10cm和砂砾10cm。两侧为钢筋混凝土挡土墙，墙高4.9m。4、下游海漫段为防止过坝水流的剩余能量冲刷河床，在消力池下设海漫工程。海漫总长为20m，分两段布设。前段是长为5m的埋石混凝土海漫，厚为0.45m，下铺20cm粗沙，并设3排排水孔，排水孔的规格和排列方式同消力池段；后段是长为15m的浆砌石海漫，厚为0.40m,向下铺设25cm的粗砂。两侧为钢筋混凝土挡土墙，墙高6m。则平面尺寸为坝长40m，顺河道方向总长为57.8m，其中上游铺盖段15m，坝体段8m，消力池段14.8m，海漫段20m。上游铺盖、坝底板、消力池、海漫的沉降缝、止水缝位置见设计图纸，止水缝处设止水

10、。上游挡土墙设止水，下游挡土墙设排水孔。表4-2 达莲堡橡胶坝主要工程特性项目名称数据坝体坝顶高程63.55m底板高程61.05m底板厚度0.8m底板宽8m坝高2.5m坝长40m上游钢筋混凝土铺盖高程61.05m厚度0.40m长度15m下游钢筋混凝土消力池高程59.85m池深0.7m池长14.8m埋石混凝土海漫高程60.55m厚度0.45m长度5m干砌石海漫高程60.55m厚度0.40长度15m4.3 橡胶坝体设计因两橡胶坝坝体部分的尺寸和规模相同，故两橡胶坝的坝袋和锚固设计叙述如下。综合考虑有关资料，橡胶坝的坝袋采用堵头式，锚固型式采用楔块锚固，为了便于施工，采用外锚。4.3.1坝袋设计1、

11、按坝前水深达到设计高度2.5m，坝后无水的情况作为计算的控制条件。坝袋设计的主要设计指标和设计参数：坝高H1=2.5m； 内压比H0/H1=1.5；坝袋内压水头H0=1.5H1=3.75m。2、根据橡胶坝技术规范，利用查表法得袋壁环向拉力T=3.125吨/米2 ； 坝袋上游段弧长S1=3.927m；坝袋下游段弧长S0=4.2142m； 上游坝袋贴底长n=2.5m；下游坝袋贴底长x0=1.0915m；坝袋单宽容积V0=9.002(m3，则坝袋充胀容积为V=9.002*40=360m3；上游袋壁段的曲率半径R0=2.5m，在上游段其为一常数。下游袋壁的曲率半径Ri=T/P=T/(H0-H),各段R

12、i的计算结果见下表1；下游坝面曲线段坐标见表2；3、坝袋有效周长L0采用双锚的坝袋，分为坝袋有效周长LO和底垫片有效周长I0 两部分。采用查表法计算出：LO=3.927+4.2142=8.1412m ；I0=2.5+1.0915=3.5915m坝袋和底垫片加工时，需加上锚固所需长度L，楔块锚固所需长度为1.6m。则坝袋实际周长： 坝袋L=9.74m；底垫片I=5.19m4、坝袋强度安全系数K：根据工程的重要性和制造厂家的实际条件，选用坝袋胶布型号J180140-2,其径向强度为360KN/m,纬向强度为280KN/m，则安全系数为K=360/31.25=11.52,按要求计算K值应大于4以上，

13、完全满足强度要求。5、坝袋结构设计按橡胶坝技术指南坝袋胶布技术设计，选用二布三胶。内层胶厚为1mm，夹层胶厚为0.5mm，表层胶厚为2mm，骨架材料为锦纶帆布二层，单层厚为1.3mm，设计坝袋总厚度为6.1mm。堵头胶布选用一布二胶，坝袋径向强度为180KN/m，纬向强度为140KN/m。堵头与坝袋的交角处，需加固处理。在坝袋与底垫片之间，应夹一层海绵止水胶，确保坝袋在安装后，达到密封不漏水。表4-3 下游袋壁曲率半径Ri计算结果序号Hi(m)Pi=(H0-H)（吨/米）T(吨/米)Ri=T/Pi(米)12.251.383.1252.2622.001.633.1251.9231.751.883

14、.1251.6641.502.133.1251.4751.252.383.1251.3161.002.633.1251.1970.752.883.1251.0980.503.133.1251.0090.253.383.1250,92100.003.633.1250.86注：Hi是等分点高度；H是每等分段中点高度，也是以Ri为半径的圆弧段的起点。表4-4 下游坝面曲线段坐标X(米)1.0911.53171.69071.7951.86951.92021.95271.96921.97121.9595Y(米)00.1250.250.3750.50.6250.750.8751.001.1251.9341

15、.89471.8411.77171.6851.5781.44651.28251.0710.77401.251.3751.51.6251.751.8752.002.1252.252.3752.56、坝袋总面积F=9.74×40+9.002×2+0.9×40+0.7×40+0.9×3.6=474.84 m2； 底垫片总面积f=(3.59+1.8)×（40+1.8）=225.4m2 ，海绵止水胶厚10mm，要求宽为200mm，总长为41.8+41.8+10.4=94m4.3.2 锚固结构设计1、 锚固结构的选定，常用的锚固结构型式，大致有螺

16、栓压板锚固、楔块挤压锚固及胶囊充水锚固等。根据经济及就地取材加工方便等条件，确定选用比较经济耐久的楔块挤压锚固型式。2、 楔块锚固设计（1）锚固槽 参照橡胶坝技术指南附录四，有关楔块锚固计算方法及经验数据，选定为靴型锚固槽。其尺寸为：槽深280mm，槽宽300mm，凹槽深80mm。两端侧墙坝袋堵头处的锚固槽的设计，为了改善坝袋堵头与岸墙的受力状态，将两侧的锚固槽宽缩小，上口宽度150mm，槽深280mm，凹槽深80mm。（2）楔块 楔块的断面形状为梯形。为了叙述方便，将楔块分为A、B、C、D四种楔块，其中C、D楔块为侧墙锚固楔块，D楔块为木制。各楔块尺寸分述如下： A楔块又称前楔块，上边宽10

17、0mm，底边宽160mm，高为270mm，楔块长590mm，总需量132块。另有2块长为390mm的楔块。B楔块又称后楔块，上边宽166mm，底边宽115mm，高为230mm，楔块长190mm，总需量300块。C楔块，上边宽70mm，下边宽130mm，高为270mm，楔块长390mm，总需量18块。D楔块，上边宽107mm，底边宽56mm，高为230mm，楔块长190mm，总需量36块。在橡胶坝工程运用中，楔块承受的是正压力，可不必配筋，但在楔块搬运及施工安装中，需将前后楔块斜面吻合贴紧，需用铁锤击打，其次A楔块较B楔块长，而B楔块是间隔放上打紧，此时前楔块受弯，为了不致破坏，故在楔块中配有1

18、0的纵向钢筋和10的钢箍。(3)压轴 常用的压轴是圆木制造，比较费工。为提高工效，在保证使用的前提下，选用25的钢管，长为4m，总需求量为17根。4.3.3 充排水系统设计 橡胶坝的充排水系统，是由水泵、水池、管道和闸阀组成。坝袋充水过程是用水泵抽井水入水池，打开闸阀，水通过管道进入并充起坝袋；需要坝袋坍平时，则将坝袋内的水排出。排水型式采用自排和强排相结合的办法：自排是打开排水阀，坝袋内的水通过管道排入下游河道；强排是用水泵将水池内的水抽出，通过溢流口排入下游河道。1、 水池结构设计水池为长方形，宽为2.0m,长为2.8m,壁厚0.25m，高5.05m。水池与闸室相连，为钢筋混凝土结构。配筋

19、土如设计图纸示。2、 充排水管路设计充入橡胶坝的水源为井水。在坝轴线上游处打一口管井，出水量240m3/h。安装250QJ230-2/1型潜水泵，配套电机YQS(U)200-22，将井水抽入水池中，靠水池与橡胶坝水位差，将水压入坝袋并将其充起。充水时间为360/240=1.5小时。排水管出口设在消力池段。充水管用200PVC管，排水管用200钢管。排水方式采用自排和强排相结合的方式。4.4 水工建筑物设计4.4.1 橡胶坝底板和防渗铺盖设计1、 设计条件 上游挡水位68.50m，下游水位与消力池坎高程相同为65.50m，以次为计算控制条件。2、 坝底坝长度及厚度计算（1） 参见橡胶坝技术指南基

20、础底板长度由下式确定。 式中：L0坝袋有效周长；L1上游交通桥宽度，取为1.5m； L2下游交通桥宽度。计算结果：坝底板长度为8m.。坝底板厚度根据橡胶坝技术指南和采用的锚固型式取为0.8m。3、 防渗长度计算和铺盖尺寸选择 根据水闸设计规范，拟定防渗长度。（1）达莲堡橡胶坝 按勃莱法计算渗径L=C×H=8×3=24m.式中C勃莱渗径系数，中砂为8；H坝体承受的最大水头差。L防渗长度，即坝基轮廓线防渗部分。整个工程渗径长度从铺盖前沿到消力池坡脚处，其防渗长度为33m>24m即渗径长度满足要求。（2）仲官村橡胶坝 按勃莱法计算渗径L=C×H=8×5.

21、5=44m。整个工程渗径长度从铺盖前沿到消力池坡脚处，其防渗长度为50m>44m。即渗径长度满足要求。4、 底板抗滑稳定计算按基础轮廓底板宽8m，钢筋混凝土底板厚0.8m进行稳定计算。采用表层抗滑稳定验算公式 式中Kc计算抗滑稳定安全系数；f坝基地面与基土之间的摩擦系数，参照水闸设计规范，基础为中砂，取f =0.45。 作用在坝底板上的全部向竖荷载之和（KN）。作用在坝底板上的全部水平荷载之和。Kc基础底面容许抗滑稳定安全系数，由规范得知： 三级建筑Kc=1.25 。经计算砂山橡胶坝底板抗滑稳定安全系数 Kc=1.42>Kc=1.25且橡胶坝底板下设置了前后齿墙，更增加了抗滑性。4

22、、坝基底压力计算，坝基底压力的最大值与最小值Pmax、Pmin由下式确定： 式中：A坝底面积（m2），取单宽1m计算。B坝底面宽度。e偏心矩。 式中：底板上游端点b取矩之和。作用在坝底板上的全部竖向荷载之和（KN）。则坝基底压力不均匀系数： 1.04<=2通过上述计算结果表明，坝底的抗滑稳定，基底压力不均匀系数，均小于规范允许值，基底压力均小于地基允许承载力，故坝体稳定。5、底板结构计算采用弹性地基梁法计算底板内力，然后进行配筋计算。由计算知坝底板可按构造配筋。见设计图纸。6、上游防渗铺盖根据以上坝基防渗要求，经计算防渗铺盖长度为15m ，铺盖顶高程为66.00m，采用钢筋混凝土结构，厚

23、0.4m。前齿设为3m，以满足防渗要求。4.5 下游消力池工程设计4.5.1坝顶溢流水力计算对于有溢流要求的橡胶坝，溢流时严禁坝袋在共振区运行：溢流水深应按下游水深、溢流时坝高、将溢流水深控制在一定的范围，为了减少坝袋频繁起落和坝袋不发生共振，坝顶溢流水深最大控制在0.3m：当溢流水深超过0.3m，需坝顶单孔泄洪，在不同坝高的溢流量按下列公式计算： 式中：堰流侧收缩系数淹没系数m流量系数B单孔泄流橡胶坝宽40mh0计入行进流速水头的堰顶水头，m根据已建坝的经验，堰流公式采用： 坝高2.5m时的允许过流量Q为11.06m3/s；坍坝后的最大流量227.1 m3/s。4.5.2陡坡与消力池 （一）

24、仲官村橡胶坝建在河道上的橡胶坝，一般都采用水跃消能。结合陡坡设计方法，确定坡比和设计流量。1、陡坡坡比的确定根据: 式中土壤的内摩擦角，取17° 陡坡的坡度取坡比1：42设计流量的确定计算设计流量Qd的方法如下：在橡胶坝坍落过程中，假定上游水位不变的情况下，选取多个流量分别求出其相应的跃后水深h2，并用它和下游水深h下比较，则（h2-h下）的最大值对应的流量即为设计流量。经多次试算，计算结果见表4-5。表4-5 设计流量的计算过程表坝高（m）Qd（m3/s）qd（m2/s）h2（m）h下（m）h2-h下（m）2.511.10.2770.830.40.432.048.21.2041.6

25、70.850.821.867.31.6831.950.960.981.31243.0922.581.381.191.01634.0652.951.651.30.52355.8713.52.151.340.03157.8863.982.51.47 从上表可以看出（h2-h下）的最大值1.47对应的流量即为设计流量Qd =315m3/s，单宽设计流量qd=7.886 m2/s。3、消力塘塘深计算采用的公式如下： d=h2-（h下+Z）式中 水跃淹没系数，取=1.05； q 单宽流量(m2/s)； 流速系数，可近似取1.0； Fr1跃迁断面的水流佛劳德数， 临界水深 利用水力学附图查表确定跃后水深h

26、2。 d=1.05×3.98-(2.5+0.279)=1.4m 取d=1.4m 4、消力塘长度L L=4.5h2=4.5*3.98=17.91m 取L=18m消能塘底板厚度取为0.6m，消能塘底板高程为61.60m，橡胶坝底板高程66.00m。陡坡段长17.2m，以1：4的陡坡，将消能塘与坝底板连接，以下18m为水平段，尾坎高1.4m,下设0.5m深的齿墙。陡坡与消能塘采用钢筋混凝土结构，混凝土标号为200#，面层和底层均配12钢筋，间距25cm：在消能塘水平段内设排水孔，孔径6cm，孔距1.5m，呈梅花形排列，管端用钢丝绑扎两层无纺布。（二）达莲堡橡胶坝达莲堡橡胶坝的陡坡与消能塘的

27、设计方法同仲官村橡胶坝。计算结果如下： 塘深d=0.7m，消能塘水平段长L=9.5m。消能塘底板厚度取为0.5m，消能塘底板高程为59.85m，橡胶坝底板高程61.05m。陡坡段长4.8m，以1：4的陡坡，将消能塘与坝底板连接，以下9.5m为水平段，尾坎高0.7m,下设0.5m深的齿墙。陡坡与消能塘采用钢筋混凝土结构，混凝土标号为200#，面层和底层均配12钢筋，间距25cm：在消能塘水平段内设排水孔，孔径6cm，孔距1.5m，呈梅花形排列，管端用钢丝绑扎两层无纺布。4.5.3海漫工程设计（一）仲官村橡胶坝过坝水流经消能塘水跃消能后，为了避免剩余的水流能量，回淘消能塘底板和冲刷下游河床。故在消

28、力池以下应设置海漫工程.海漫工程设计的长度取为30m,海漫厚度取为0.40.5m 。为了增加抗冲能力，前10m 采用埋石混凝土厚为0.45m ，下铺20cm的粗沙。内设排水孔，孔径6cm ，间距1.5m,呈梅花状排列；后20m 为干砌石，下铺25cm的粗沙。（二）达莲堡橡胶坝过坝水流经消能塘水跃消能后，为了避免剩余的水流能量，回淘消能塘底板和冲刷下游河床。故在消力池以下应设置海漫工程.海漫工程设计的长度取为20m,海漫厚度取为0.40.5m 。为了增加抗冲能力，前5m 采用埋石混凝土厚为0.45m ，下铺20cm的粗沙。内设排水孔，孔径6cm ，间距1.5m,呈梅花状排列；后15m 为干砌石，

29、下铺25cm的粗沙。4.5.4 边墙设计边墙采用悬臂式钢筋混凝土挡土墙，混凝土标号为200# 。边墙截面形式分为两种。按挡土高度 3.54.9m 、水位2m 荷载设计。土压力采用郎金土压强计算:P主动土压强（T / m2）填土内摩擦角，取=30or填土容重取=1.7T/m3y计算点在表面以下的深度（m）因边墙与坝底板、铺盖或消力池相接，故不可能发生滑动破坏，所以不进行抗滑稳定计算。因悬臂挡土墙较轻，地基为中砂，承载较大，地基承载力满足要求。边墙抗倾覆稳定计算和配筋计算结果见下表4-5。表4-6 边墙抗倾覆稳定计算和配筋计算结果挡土高度H （m）稳定力矩M（T-m）倾倒力矩M （T-m）抗倾倒安全系数 K最大弯距 （T-m）受力筋面积A（cm） 4.9 124.8 28.14 4.43 21.23 25.3 3.532.64 8.11 4.00 6.16 11.34.6 工程