橡胶坝工程设计说明书

（本科）毕业设计--橡胶坝工程设计PAGE7-目录摘要……………1英文摘要……………………2前言……………31橡胶坝工程规划………41.1基本资料…………41.2工程整体布置…………………52橡胶坝袋设计……………………62.1橡胶材料…………62.2坝袋计算基本原理………………62.3坝袋结构设计………72.4充水坝袋的设计计算………………83锚固结构设计………113.1锚固线的布置……………………113.2压板锚固设计……………………114土建工程设计………134.1基础底板设计……………………134.2防渗排水设计……………………164.3上游铺盖…………174.4海漫……………………174.5消力池……………174.6边墩设计…………195充排水系统设计……………………225.1水池的结构设计…………………225.2充排水设计………226结束语…………………23参考文献…………………24致谢……………25符图（CAD）………………………26

摘要近年来，由于橡胶坝具有许多坝型所没有的优点，在国内外取得了飞速的发展，该坝型具有良好的应用和发展前景。蒲河仲官村橡胶坝位于蒲河上游，是一座小型的橡胶坝，有灌溉、防洪、养鱼等效益。仲官村橡胶坝按原河道布置，采用单跨、堵头、枕式、充水型橡胶坝。坝长50米，坝高2.4米，内压比为1.4橡胶坝工程设计包括土建工程设计、坝袋设计、锚固设计及充排水系统设计等几部分。土建部分设计包括坝底板、上游铺盖、海漫、消力池、边墩等。坝底板为钢筋混凝土结构。橡胶坝的锚固形式采用楔块（硬木制）锚固。橡胶坝的充排水系统，是由水泵、水池、管道和闸阀组成。排水形式采用自排和强排相结合的办法。关键词：橡胶坝；坝袋设计；锚固形式；充排水系统AbstractRubberdamhasgotagreatdevelopmentintheseyears,becauseithasmanyadvantage,whichotherdamshaveno.RubberdamofPuhezhongguancunlocatedinPuheuppercornse.itisamicrodam.Itincludedirrigation,floodcontrol,fish-farmingfunctionandsoon.Damofzhongguancuninresponsetooriginalstrandlayout,astraddlechokeplugpillowandwaterfilling.Itis50mlong,2.4mhigh.Theratioofinternalpressureis1.4.Thesafetymarginofthedamsackis4.Itincludeddambodyandhydraulicarchitecture.Dambodyincludeddampocket,anchoringanddrainagesystem.Hydraulicarcharchitectureincludeddammaster,uppercoursebedclothes,lowerriverapron,bafflepoolandabutemengwall.Themainblockofthedamisarmouredconcrete.Anchoringisusewoodblock..Thewaterfillingsystemofthedamismadeupofcompressedwaterpump,waterbasin,pipelineandsluicevalve.Thedrainageformisself-drainingandforceddrainage.Keywords:Rubberdam；Hydraulicarchitecture；Dampocket；Anchorage；Thesystemoffillinganddischargingwater前言橡胶坝是一种随着高分子合成纤维和橡胶工业的发展而出现的新型低水头水工建筑物，它以高强力合成纤维为骨架，内外涂敷橡胶为保护层，制成坝袋，袋内注水或充气充胀后控制上游水位，用以发挥灌溉、发电、航运、防洪、挡潮等效益。这种水工结构是在上世纪五十年代提出了用于工程实践设想，五十年代末期在工程实践中得到应用。由于各国的水流状况、地质条件等自然因素不同，造出的橡胶坝不仅在结构上有所不同，而且在技术更是创新不断，各有各的特色。而我国的橡胶坝技术完全是靠自力更生发展起来的，对于这一新技术的发展和推广，虽然存在一些困难，但现已成功建成的橡胶坝的安全运行已肯定了我国橡胶坝技术取得的成功，橡胶坝这一新型水工结构是有生命力的。它具有的许多优点是常规采用的水工结构所没有的，或是比较突出的，完全适合我国水利、水电、水运建设的需要。而且在某些具体技术方面我们还有着独特的创新。推广这一新技术，将大大加快我国中、小型水利水电建设的速度。橡胶坝这一新技术，将愈来愈会被人们重视，它一定会在低水头中小型水利工程中，得到更广泛的发展。本次设计坚持安全、经济的设计原则和科学的态度，在生产实践中力争理论和实践的有机结合，并为以后的工作、设计打下良好的开端。沈阳农业高新技术开发区位于沈阳市东部辉山风景区附近，其境内蒲河的治理是开发区基础设施建设的重点项目。根据开发区建设的总体规划，在蒲河上修建两座橡胶坝作为蓄水工程。具体内容包括：(1)橡胶坝坝袋设计；(2)坝袋锚固形式设计；(3)橡胶坝土建部分设计；(4)橡胶坝充排水系统设计；(5)边墙设计。1橡胶坝工程规划1.1基本资料1.1.1地基土地质特性沈阳市于2002年1月成立农业高新技术开发区，它位于沈阳市东部辉山风景区附近，其境内蒲河的治理是开发区基础设施建设的重点项目。根据开发区建设的总体规划，在蒲河上修建两座橡胶坝作为蓄水工程。蒲河属流经沈阳市的浑河水系，是浑河右岸较大的一条支流，在沈阳农业高新技术开发区境内长7公里，流域面积23km2，河道平均比降1/1000，由于多年未对其进行河道治理，致使河床宽窄不一，弯曲迂回，落淤严重。对蒲河的治理是开发区基础设施建设的重点项目。根据开发区建设的总体规划，在蒲河上修建两座橡胶坝作为蓄水工程，并兼有旅游风景的作用。仲官村橡胶坝是位于蒲河上游的一座蓄水坝。本设计工程等级标准为三级永久性建筑物。该场地位于仲官村附近，蒲河水系第四系沉积物厚度5.4～5.6m，由粉土、砾砂、圆砾组成，底部为古老花岗岩基底。各层地基分布稳定，现将跌水位置基土分述如下。第一层耕土：黑色腐值土根系，层厚0.3～2.0m。第二层粉土：黄色，土质比较均匀，松散，可塑，稍湿，土层厚1.4～1.5m。第三层砾砂：黄褐色，颗粒均匀，偶含褐色石英圆砾主要有0.25～0.5mm长石、石英组成，中密，稍湿，层厚0.6～0.8m。第四层圆砾：黄褐色，稍湿，中密实，磨圆较好，以褐色石英，黄色砂岩砾为主，粒径0.5～1.0cm，层厚2.5～3.3m。第五层强风化花岗岩：辉绿色，破碎，松散，碎砖块，可见石英、长石、云母等物，层厚6.0～10.9m。第六层中风化花岗岩：粉红色，岩石基本完整，风化裂隙不明显，斑状结构矿物由粉色长石、石英组成，控制厚度2m。1.1.2地基土工程特性根据对地基土物理、力学特性指标统计结果，综合分析给出橡胶坝底地基土承载力标准值如下。第二层粉土125KPa；第三层砾砂KPa；第四层圆砾KPa；第五层强风化花岗岩KPa；第六层中风化花岗岩KPa。仲官村橡胶坝坝址，所处地形地貌条件较好，勘察中未发现不良的工程地质条件，属良好建筑场地。地基土层位稳定，分布规律，下部地基土属中硬度土，工程物理、力学特性较好，适宜于工程建筑。根据河道总体规划，仲官村橡胶坝的坝底基础位于第五层，地基基础较好，承载力高，KPa，鉴于此地基不与处理，完全满足工程要求。地下水位是66.5m，地下水位较高，因此，土壤采用湿容重土kN/m3,土壤的内摩擦角。设计流量。1.2工程整体布置1.2.1坝体段橡胶坝高为2.4m，坝体总长为50m，坝底板宽为8m，为钢筋混凝土结构，上下层配12的钢筋，间距为200mm。考虑到采用的锚固型式，底板厚取为0.8m，底板下面前后各设一道齿墙以增强坝体抗滑稳定性，齿墙深为2m。坝底板中间设沥青木板沉陷缝2cm。两侧为钢筋混凝土边墩高3m。锚固槽为4020cm，长为50m，两个锚固槽中心距为4.4m。1.2.2上游防渗铺盖段为减少水流对上游的冲刷，采用钢筋混凝土的防渗铺盖，长为20m，厚0.4m，上下层配12的钢筋，间距为250mm。下铺设10cm的C10混凝土垫层，齿墙深度为1.5m。1.2.3下游消能段坝下游设钢筋混凝土结构的消力池，消能段全长28m。首段长为15m的1：4的陡坡，余为13m的水平段，厚为0.5m。消力池末端设高为1m、宽为0.5m的尾坎。消力池水平段设直径为6cm的排水孔4排，孔距为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C20，面层和底层均配12钢筋，间距为250mm。下层配12@250的分布钢筋。下铺设10cm的C10混凝土。1.2.4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25m，分两段布置，前段是长为5m的混凝土块海漫，厚度为0.4m，下铺20cm碎石；后段是长为20m的抛石海漫，厚度为0.4m，向下依次铺10cm碎石、10cm粗砂，内设直径为6cm排水孔5排，间距为2m，呈梅花状排列，端头用钢丝绑扎两层无纺布。两侧为护坡。坝长为50m，顺河道方向总长为81m，其中上游铺盖段长为20m，坝体段为8m，消能段长28m，海漫段长为25m。上游铺盖、坝底板、消力池、边墩、充排水系统设计见附图。沉降缝均设止水。２橡胶坝袋设计２.１橡胶材料2.1.1基本要求(1)耐大气老化；(2)耐水性好；(3)耐侵蚀、耐磨损；(4)在寒冷地区要有抗冻性，在沿海地区应具有抗海水侵蚀和海生物影响；(5)有足够的抗拉强度；(6)有良好的工艺制造性能等。2.1.2胶种的选择人们通过对天然橡胶坝结构和性质的研究，在1914年第一次人工制成了具有弹性和天然橡胶有相似性能的合成橡胶。通过型橡胶与特殊型橡胶之间没有严格的界限，合成橡胶不同于单体，它不用纯度及杂质含量来衡量，而由一系列的指标来判断橡胶的性能。２.２坝袋计算基本原理2.2.1基本原理橡胶坝袋的设计是从平面问题和薄膜内力两个基本假设出发，根据静力平衡条件，确定坝袋断面内力公式；并按照坝袋的几何性质导出有关坝袋断面周长和容积计算的系列公式。2.2.2基本假设(1)按平面问题考虑：坝袋锚固在垂直与水流方向的底板上，而且轴线较长，袋壁在跨中部位受力条件相同，基本上不受端部约束的影响，沿轴线方向变形很小，变形发生在垂直于轴线的平面内。可以近似按平面问题考虑，将坝袋的计算简化为坝袋断面的计算。(2)按薄膜理论计算：袋壁为柔性材料，其厚度比坝袋其他部位的尺寸相对很小，可按薄膜理论计算坝袋内力，考虑袋壁只承受均匀的经向拉力，故不产生弯矩和剪力。(3)假定坝袋只承受静水压力作用，不考虑荷载的影响。(4)不计坝袋的自重和受力后伸长的影响。2.2.3坝袋计算的基本公式根据上述假定，可导出坝袋的基本公式，坝袋受力分析图如图1示。式中T—坝袋内拉力；R—P点的曲率半径；P—内外压力差。图1坝袋受力分析2.2.4坝袋的荷载情况图2设计工况橡胶坝建成以后，在充水检查和运用过程中，有5种荷载情况。坝袋安装好以后进行充胀试验，此时上下游均未挡水，是试坝或检修时的情况;(2)是上游水位与设计坝高齐平，下游无水。坝袋受力较大，常作为设计荷载情况；(3)是上游水位与设计坝高齐平，下游有一定水深；(4)是上游水位超过坝顶溢流，下游无水；(5)是上游水位超过坝顶溢流，下游有一定水深。第4、5种情况上游水位已超过坝高，应降低坝高来泄流。在实践中一般按照第2种情况设计。其它情况可视为该荷载情况的特殊情况对待。本设计按照第2种情况设计。如图2示。2.2.5坝袋断面内力的确定确定坝袋断面内力，应令整个断面的任一部分都保持平衡。设计时常用的计算荷载公式：式中T—袋壁环向拉力（kN/m）；P—坝袋上某点的曲率半径（m）；R—坝袋上某点的内外压力差（kN/m）；HO—超压溢流管高度（m）；H1—设计坝高（m）。2.3坝袋结构设计2.3.1坝袋的结构从外型上可分为袋式、帆式和混合式结构。从锚固上可分为单锚和上、下游都锚固橡胶坝；有将坝袋锚固在底板上，两端用胶布封堵的堵头式坝，也称枕式橡胶坝；还有只将坝袋与前坦胶布锚接在一起，而不与基础相连，依靠前坦胶布上静水压与坝袋内的水重维持稳定的橡胶活动围堰。从充胀坝袋的介质来分，可分为充水橡胶坝、充气橡胶坝和水、气并用的橡胶坝。根据所设坝型本次设计选用双锚、枕式、充水式坝袋。2.3.2内压比内压比是指坝袋的内压高度与坝袋设计高度的比(通常以表示)。当坝高一定时，坝袋的外形尺寸主要受坝袋的内压的影响。与坝袋的有效周长成反比，与坝袋拉力成正比。大则短，土建工量小，但袋壁拉力大，要求材料强度高。小则长，土建工程量大，但袋壁拉力小，要求材料强度低。因此选内压比，应进行技术经济比较，根据可供采用的胶布强度，选用合适的。一般选用1.25～1.6。当坝前挡水等于设计坝高，下游无水时的的计算中，可求得的最小值相应的内压比在1.25左右。从200多座橡胶坝工程设计指标中统计，内压比选用在1.1～2.0的范围内，但绝大多数是采用1.25～1.6。实际选用对于底坝内压比可适当提高。本次设计采用内压比为1.4。2.3.3坝袋强度的安全系数根据制造坝袋的帆布强度确定安全系数。选用时应考虑以下因素：(1)强度计算的误差和计算中未考虑的因素；(2)帆布材料以及制成坝袋脚步的不均匀性；(3)加工过程中造成的损失；(4)使用过程中强度的损失；(5)工程的重要性和对工程安全的特殊要求等。安全系数的选择必须遵循两个原则：(1)充分保证坝袋的安全；(2)尽可能达到最大的经济效益。考虑到合成纤维材料的强度因素，安全系数提高K=3.5以上。对于特别重要的工程，还可从改进坝袋结构来提高安全度。总之，对坝袋安全系数的选定，要根据工程情况区别对待，一般工程应该高一些。特别重要的工程建议采用内外双层坝袋以提高安全度。本设计的安全系数取K＝4。2.4充水坝袋的设计计算充水坝袋是指以水为介质将坝袋充胀的橡胶坝，根据坝袋上下游水位和运用情况，进行坝袋内力和外型计算。本方案坝高2.4m，坝长50m，取上游水深等于坝高，下游无水时的情况。内压比=1.4m(1)查表法根据《橡胶坝技术规范》由计算参数表查得：相应的袋壁拉力kN坝袋上游段曲率半径m坝袋上游段弧长m坝袋下游段弧长m坝袋上游段贴地长度m坝袋下游段贴地长度m双锚坝袋有效周长m双锚坝底垫片有效长度m有效周长加锚固长度即为加工长度，而锚固长度△L=0.3m，则总周长m坝袋单宽容积m3(2)图解法为上游段等曲率半径圆弧线；下游袋壁段,为变数；，即随线形变化，故下游形状为变曲率半径圆弧线。作图步骤：①以0为圆心，为半径作出从坝顶至上游基础底板的圆弧线，即为上游袋壁长；②下游段按坝高分为10等份，代入公式，求出各分段的变曲率半径，并认为各分段内曲线的曲率半径为常数。见表1中数值。根据计算出各分段的变曲率半径，从坝顶开始，依次连续逐段绘出圆弧线（先将延长至第一等分的中间，再按绘出各段圆弧其结果较为准确）。表1下游袋壁曲率半径计算结果序号(m)(kN/m2)(kN/m)(m)12.409.625.922.7022.1612.025.922.1631.9214.425.921.8041.6816.825.921.5451.4419.225.921.3561.2021.625.921.2070.9624.025.921.0880.7226.425.920.9890.4828.825.920.90100.2431.225.920.83将各段圆弧线连接起来与基础底板面线相交，即构成充胀后的坝袋形状。从图中可量得坝袋上游圆弧长和贴底长度，再加锚固长度，即为坝袋的加工周长。计算结果如表1。然后根据表中的画出坝袋的轮廓（如附图1）。

3锚固结构设计橡胶坝的锚固是将坝袋安装固定在基础底板、边墙（坡）上，充水（或气）将坝袋充涨，构成可升高挡水和降低泄流的橡胶坝。它直接关系到坝袋的牢固安全问题，是橡胶坝工程的重要组成部分。3.1锚固线的布置一般可分为在坝袋上游锚固的单线锚固和在坝袋贴地长度锚固的双线锚固。但单线锚固的坝袋周长要包括坝袋的贴地长度，耗用材料较多，且坝袋只在上游锚固，可动范围较大，对坝袋的防振防磨不利，坝顶溢流时，下游坝脚可能产生负压，将沙石吸进坝袋底，造成坝袋磨损。而双线锚固正好与单线锚固相反，它四周都要锚固，锚线长，构件多，安装工作量大，要处理密封和防渗漏的工作量也大。但坝袋在上下游都锚固，可动范围相对缩短，在运行中比较稳定，沙石也不易被吸进坝袋底，对防振防磨比较有利。尤其是双锚对坝袋贴地部分可用纯胶片代替胶布作为底垫片防渗。锚固线的布置应注意以下几点：(1)坝袋在基础底版的锚固最好布置在同一平面上，采用相同的锚固结构。如上下游为压板锚固，则两端堵头也为压板锚固。这样布置安装工作方便，可提高安装质量，密封性能较好，因此可以防止渗漏；(2)堵头坝袋两端的锚固布置，有在坝袋里面锚固的内锚法和在坝袋外面锚固的外锚法。本设计采用外锚法；(3)两端的锚固线布置，如为直墙则采用堵头式坝袋进行锚固。如为斜坡则上游侧最好按照坝袋设计端面的弧线布置，下游侧可按直线布置。本设计因两端为直墙，所以两头采用堵头式锚固；(4)锚固线布置要注意防止锚固构件刺伤坝袋，构件不能有锐利的边缘和毛刺；下游锚固线要防止坍坝时坝袋与构件接触，锚固构件应稍低于底版面；采用胶布或木板掩盖防止磨破坝袋，也可采用水磨石将锚固槽表面弄光滑，以减轻摩擦。3.2压板锚固设计橡胶坝的锚固结构形式多种多样，目前采用的有以下几种：按锚固坝袋的方式分为穿孔锚固和不穿孔锚固；按锚固构件材料进行分类可分为楔形锚固、压板锚固和胶囊充水锚固。本设计采用压板锚固。压板锚固，锚固构件由螺栓和压板组成。锚固构件的强度必需满足坝袋设计拉力作用于构件的要求，并且具有较好的耐久性和牢固性，以保证橡胶坝持久安全运用。本设计采用铸铁压板。螺栓材料采用普通钢。3.2.1压板计算因该设计坝高超过2米，所以采用上面加焊肋板增大刚度。本设计选用厚12㎜宽110㎜的钢压板。为增强压板单位面积压强，在压板底面边缘焊两条φ12㎜的钢筋。3.2.2螺栓计算原理根据坝袋设计拉力布置螺栓间距，求出每根螺栓承受的拉力，并考虑螺栓的栓紧力及扭转影响系数，运行过程中可能出现偏心受拉，以及锈蚀等不利因素，采用螺栓直径d一般都比计算值大。3.2.3螺栓抗剪验算(1)锚固力（T0）其取决于坝袋径向拉力（T）。kN式中k1—安全系数，一般取2—3，本设计取2.5。(2)螺栓间距与采用的压板钢度有关。根据经验，常采用的螺栓间距为0.2—0.3m。本设计取0.25。(3)每根螺栓的荷载（T1）kN式中k2—栓紧力及扭转力的影响系数，取1.75；n—1米长度内的螺栓数。。(4)螺栓直径（d）㎝式中[σ]—螺栓允许拉应力。本设计螺栓选用Q235低碳钢A3，[σ]=160MPa，所以取d=1.6㎝(5)螺栓埋深（Lm）其决定于螺栓与混凝土之间的平均粘着力，一般可取Lm＝（25—30）d。本设计取㎝。为保证螺栓的牢固性，在螺栓底端弯勾。(6)压板弯矩M的计算坝袋拉力作用在压板上产生的弯矩，力臂按螺栓中心至压板边缘的距离计算，即式中M—压板弯矩（）T—坝袋径向拉力（N/㎝）L—力臂（㎝）k3—安全系数，取k3=3。(7)压板应力按材料力学公式计算式中σ—压板拉应力（N/cm2）；[σ]—螺栓允许应力（N/cm2）；M—压板弯矩（）；WX—抗弯截面模数。cm3N/cm2=162MPa所以所选螺栓的尺寸满足抗剪要求。4土建工程设计4.1基础底板设计基础底板是承受其上部自重、水重及荷载，并向地基传递的结构，橡胶坝的充、排管路及其他观测管路多是布置或经过底板的，底板兼有防渗及防冲作用。底板设计应按水闸设计规范的有关规定进行设计。4.1.1底板的设计计算(1)长度底板顺水流方向的长度，等于坝袋坍落宽度与上、下游坝袋的安装、检查维修所需交通道宽度之和，在本设计中，上游交通道宽1.5m，下游交通道宽2.5m。m取Ld=8m。式中—坝袋的有效周长（m）； —上游交通道宽度（m）；—下游交通道宽度（m）。(2)厚度一般采用0.3～0.8m，应满足管路布置和结构需要，如有防冻或特殊的要求的工程可适当加厚。本设计底板厚度选取0.8m为宜。(3)基础底板的形式有平底板、低堰底板、折线底板和反拱底板等。橡胶坝工程多采用平底板，但要以不影响水流为原则。(4)地下轮廓线的形状和尺寸根据地基的地质条件、坝上、下游的水头差并结合考虑锚固槽的需要来选定，底板在上、下游两端一般均设齿墙。本设计齿墙深为2m。4.1.2基础底板的应力和稳定计算本设计计算是按照基本荷载的正常挡水情况设计的。考虑自重，静水压力，扬压力，土压力等。基础底板的应力利用弹性地基梁法。坝底板宽8m，长50m，中间分一缝，除去齿墙长度1m，则每块长24m，取单位长度1m分析。(1)荷载计算W水=水V=10（8.95+2.4）=113.45kN/mW混凝土=混凝土V=2580.8=160kN/mW扬=102.4=-96kN/m（不考虑浮托力）W垂直=113.45+160-96=177.45kN/mP水平=水=kN/m对底板下游端点取矩：kN/mkN/mkN/mkN/mkN/m各力矩对底板中心的偏心距为：m(2)根据结构力学偏心受压公式计算底板上、下游端的地基反力。KPa(3)计算地基反力的平均系数通过上述计算结果表明，坝体的抗滑稳定，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。(4)基础底板的稳定计算由于底板下一般设置齿墙，所以底板的滑动不是沿底板的底下表面和地基土壤表面，而是沿着上、下游齿墙最低点的AB连线的土体中滑动。因此，抗滑稳定计算采用下式：式中—比例系数，可取；L—两齿墙之间的长度（近似地可用底板长度代替）；—两齿墙间连线与水平线之间的夹角，当底板长度与上、下游齿墙之差之比大于35时，值很小，则，可忽略不计。则上式为：（基本组合级别为3级）所以，抗滑稳定满足要求。(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。橡胶坝底板顺水流方向长8m，垂直水流方向缝距24m，取底板中心线处单位长度1m为脱离体计算，由公式对上式进行求导得，由可得弯矩和剪力。考虑最危险的情况，取在坝最高处单宽1m计算q值。kN/m水=坝高分缝=kN/m混=混厚=kN/m坝底板采用双面配筋kN/mmm又查表得C20混凝土弹性模量kN/m2由现场实测，代入得查弹性地基梁函数表可得=-0.0657按混凝土受弯构件公式计算，若下式成立，可构造配筋式中：K—混凝土抗拉强度安全系数，取K=1.5；r—截面抗矩的塑性系数，对于矩形截面取r=1.55；—混凝土抗拉设计强度，kN/m2；b、h—宽度和高度，b=1.0m，h=0.8m。由上式算出。底板可按构造配筋。底板地面垂直水流方向配级圆钢，间距260mm；底板地面顺水流方向配钢筋，间距260mm；面层配分布钢筋，间距为240mm。配筋见附图。4.2防渗排水设计橡胶坝的坝基防渗排水应根据基础地质条件和坝址上、下游水位差等因素，并结合消能和两岸布置综合考虑，以构成完整的防渗排水系统。坝基的防渗长度即铺盖后板桩等防渗设施及底板与地基接触线长度，是坝基渗流的第一条流线长度。要经济、合理地设计地下轮廓及与之相应的防渗、排水设施。橡胶坝虽然是小型工程，挡水高度不高，但与一般的挡水建筑物一样，都存在基础防渗问题。无论是各类土基或岩基，底板的地下轮廓布置均应遵照防渗与排水相结合的原则，即在橡胶坝基础上游布置防渗设施，如防渗铺盖、板桩（或截水槽、或防渗墙）、灌浆帷幕等，用来延长渗径，减小底板渗透压力，降低坝基平均渗透坡降，并保证不超过规定的允许值；在下游则布置排水设施，如排水孔和反滤层等，使渗透水流尽快地安全排走，防止渗流出口处发生渗透变形，并减小底板渗透压力，增加基础的抗滑稳定性。本设计地下轮廓线见纵剖面图。4.3上游铺盖铺盖的长度应根据防渗效果好和工程造价低的原则确定，一般为挡水高度的2～4倍，或为上、下游水位差的3～5倍至7～8倍，对于渗透系数大的基础，长度可达20～30m。铺盖材料可用混凝土、浆砌石、粘土做成；在缺少上述材料的地方，可用厚塑料布或薄橡胶片做成。铺盖既能增加防渗段长度，加大渗径，减少底板扬压力，也可防止河（渠）床被淘刷。根据防渗要求，经计算防渗铺盖长度为20米，厚度0.4米，采用钢筋混凝土结构。见附图。4.4海漫水流经过护坦（消力池）后，若其流速尚能冲刷自然河床时，为了保护底板、护坦及河床防止冲刷应设置海漫。海漫一般用抛石、砌石、铅丝石笼或混凝土块铺筑。海漫要求耐冲，透水，柔软，以适应不均匀沉陷。海漫厚度取为0.3～0.5米。本设计取0.4米厚，25米长。为了减少渗透压力，浆砌石海漫段长5米内设2排水孔。干砌石海漫长20米，下设反滤层。4.5消力池护坦低于底板，并采用一斜坡段连接，坡度为1：4，长度为15m。消力池的设计按水工建筑物的常规设计。一般采用混凝土或钢筋混凝土结构。如护坦作为防渗段的一部分，则应做成不透水的，此时在护坦下面作用有渗透压力，因而要适当加厚以维持自身的稳定。如护坦不作为防渗段的一部分，则应做成透水的。4.5.1消力池计算建在河道上的橡胶坝，一般都采用水跃式消能，橡胶坝塌坝时，随着塌落过程中，若上游水位不变，则流量随着橡胶坝塌落而增大，下游水位也逐渐增高，上、下游水位差而逐渐变小，则在坝袋坍落到某一高度时，消力池的长度最大，以此确定消力池的长度：由下面公式先确定下游水深与流量Q之间的关系，任取值，求出对应的Q：(1)断面面积A=bh（b为坝长50米）；(2)湿周X=b+2h；(3)水力半径R=A/X；(4)谢才系数（n为糙率取0.012）；(5)流量（i为水力坡度取0.001）；具体计算过程如下表2：表2河道流量与水深的关系h下（m）A（m2）X（m）R（m）C（m1/2/s）Q（m3/s）0.63051.20.5976.3255.610.73551.40.6878.1571.330.84051.60.7879.9589.320.94551.80.8781.42108.071.05052.00.9682.77128.231.15552.21.0584.01149.721.26052.41.1585.30173.561.36552.61.2486.38197.711.47052.81.3387.39223.091.57553.01.4288.35249.70根据上述数据绘制一张Q～h下的关系曲线，见附图，运用内插法，再任选Q值求出对应的h下，其值分别带入以下公式中：(1)（为临界水深，近似取1）(2)（=2.4+0.3=2.7，P为跌差取1m，d为池深）(3)由的值查关系表，可得的比值，进而求出跃后水深。(4)(5)通过求得的d值，与(2)式中的d值相比较，经过多次试算，直到最初设的d值与所求得的d值相差不大，也就是基本相同时，即可完成试算。求得的d值即为消力池的深度。具体计算结果见下表3：从下表可以看出（h2-h下）的最大值是1.13m，对应的流量即为设计流量Qd=223.09m3/s，消力池的深度为d=0.84m，取d=1m。消力池长度L：m表3设计流量计算Qd（m3/s）q（m2/s）h2（m）d设（m）h下（m）h2-h下（m）55.611.101.2600.60.6671.331.431.490.570.70.7989.321.791.670.670.80.87108.072.161.830.730.90.93128.232.561.960.771.00.96149.722.992.120.781.11.01173.563.472.250.801.21.05197.713.952.400.811.31.10223.094.462.530.841.41.13249.704.992.160.841.50.66mm取池长L=13m4.5.2校核和验算根据《水闸设计规范》，拟定渗径。水利工程的坝下土基中的防渗计算方法有：直线比例法、流网法和阻力系数法（渗径系数法），直线比例法有勃莱法和莱因法两种。本设计采用勃莱法计算渗径长度。即假设渗透水头沿着地面轮廓线逐渐消减，不论是垂直渗流，还是水平渗径，因此，都是成直线比例关系。式中L—地下轮廓线窗度，包括全部水平与垂直渗径长度（m）；—坝体承受的最大水头差（m）。根据上式算出基础底板有关各点的渗压水头后，就可绘出底板渗压水头分布图。勃莱法还认为，地下轮廓总长度与渗透水头应保持一定的比例关系，这个比例的值叫做勃莱渗径系数C，故或勃莱系数随地基土质条件而定。本设计取C=8。m整体工程渗径长度渗路径长：L=20+8+12+0.83=42.4m>28.8m所以渗径长度满足要求。即校核结果满足防渗要求。4.6边墩设计橡胶坝工程的边墩是橡胶坝工程在左右岸进行锚固或充胀坝袋是成密封状挡水的支柱工程。在天然河道、渠道中建橡胶坝，为了适应上、下游原有的边坡状况，节省工程量利于水流顺畅，并基本上保持原有的过水断面，通常用斜坡式的岸墙连接形式，坡度在1：2以上较好。这即可以消除橡胶坝岸墙式锚固出现的褶皱，又便于施工和安装。但如果两岸墙由于工程需要而布置成直墙式时，多采用重力式边墩。首先要选定尺寸，然后进行试算，再根据安全与经济的原则进行修正，以确定合理尺寸。重力式挡土墙主要依靠自重来维持抗滑和抗倾稳定。因用材多和重量大，限制了它在软土地基上建造的高度。本设计墙高3m，顶宽0.3m，为了改善地基的应力状况，可将其底部适当扩大，每边扩大的宽度不大于基础的深度。底部宽度宜取为挡土墙高度的0.7倍左右，取3.2m。迎水面常作成垂直的，背水面为1：0.15的坡度。4.6.1作用于重力式边墩的荷载(1)边墩的自重kN/m(2)墙后回填土重kN/m(3)墙前水重kN/m(4)墙前水压力kN/m—墙前水深(5)墙后水压力kN/m—墙后地下水位距边墩底面的高度，可近似地取地下轮廓上相应点的扬压力水头值。(6)墙底扬压力kN/mB—边墩底宽(7)墙后地下水位以上的土压力kN/m—地下水位以上的填土高度；—土的内摩擦角（170）。(8)墙后地下水位以下的土压力kN/mkN/m重力式边墩在任何情况下须满足四方面的要求：(1)不倾覆；(2)不滑动；(3)地基应力不超过地基允许承载力；(4)边墩产生的拉应力不超过材料的容许拉应力。4.6.2抗滑和抗倾覆稳定计算K滑 =，所以抗滑满足条件。对下游边墩最低点取矩=28.8K倾=所以满足抗倾覆稳定的条件。4.6.3拉应力验算可设一未知力F，使之与垂直方向的力受力平衡，经受力分析得。设F到上游端点距离为X，则159.48X=37.44-13.33-14.8-20.62-178.13-71.42-41.76+102.4可得X=1.26，即合力F在3分段的中段，将不出现拉应力。4.6.4配筋计算挡土墙的高度为3.0米，由上面计算知稳定力矩为340.06，倾倒力矩为139.84，所以最大弯矩T=340.06-139.84=200.22。mm可按照构造配筋，配筋图见附图。5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；需要坝袋平时，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。5.1水池的结构设计水池为长方形，宽为2.0m，长为2.8m，壁厚0.5m，水池与闸室相连。水池为钢筋混凝土的结构，因水池宽高比小于0.5，故按水平框架式池壁计算内力。求出最大弯矩为3.26kN/m，相应的配筋率为0.1%，按最小配筋率0.2%配筋。5.2充排水设计5.2.1充水充入橡胶坝的水源为井水，在坝轴线上游处打一口管井，安装一台100QJ500-15-1型潜水泵，出水量为100，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，充水时间为小时。5.2.2排水为了在汛期将橡胶坝快速放平，要求在较短时间内，尽快把坝袋内的水排出，排出坝袋内的水的时间，可按控制在不大于5小时设计。本设计充排水管选用Ф200mm的PVC管。充排水管路布置如图3。图3充排水管路布置6结束语橡胶坝是一种节约三材、造价较低、施工简易、运行方便的一种新型水工结构，它不仅起到了一般闸门的作用，而且较一般闸门具有阻水小的特点，这对于汛期泄洪时要求不壅高上游水位避免造成淹没的河道上修建橡胶坝具有显著的特点。通过本次设计，我了解了有关橡胶坝这一水工建筑物的优缺点、发展状况及在国内外的推广使用情况，掌握了如何设计一座实用美观的橡胶坝基本技术。并有幸在实习中参观了橡胶坝的现场施工，运行情况，获益匪浅。在设计和施工实践过程中，主要有以下体会：(1)锚固是橡胶坝的重要和关键部位，双线螺栓压板锚固足以承受设计载荷，而且便