橡胶坝设计说明

橡胶坝设计说明济宁市任城经济开发区市政工程中的蓼沟河橡胶坝工程摘要：世界反水坝日给我们重要启示：修筑水坝既有积极的正面作用，也有消极的负面作用，水坝是有寿命的。水坝是河流健康生命的重要因素。应该以的观和可持续发展水利的新思路为指导，认真水坝对维持河流健康生命的影响和作用，扬长避短、趋利避害，为实现维持河流健康生命的目标服务。关键词：水坝；河流生命；设计水坝AbstractTheWorldAnti-DamDaygivesusimportantinsight:theconstructionofdamsbothpositiveandpositiveeffect,andnegativethenegativeeffectofdamsislife.Healthylifeofriversanddamsareimportantfactors.Shouldbebasedontheconceptandnewideasforsustainabledevelopmentofwaterresourcesasaguide,carefullydamtomaintainthehealthylifeofriversandroletoadvantage,whileavoidingdisadvantages,toachievethegoalofmaintaininghealthylifeofriversandservice.Keywords:dam;riveroflife;designofdams目录TOC\o"1-5"\h\z中文摘要、关键词 1英文摘要、关键词 1\o"CurrentDocument"目录 2\o"CurrentDocument"1橡胶坝概述 3\o"CurrentDocument"2橡胶坝特点 3\o"CurrentDocument"3橡胶坝设计概况 4\o"CurrentDocument"4设计依据及规范 5\o"CurrentDocument"5材料 5\o"CurrentDocument"5.1钢筋混凝土 5\o"CurrentDocument"5.2底垫片、密封材料、垫平片要求 6\o"CurrentDocument"6施工技术要求 6\o"CurrentDocument"6.1混凝土工程 6\o"CurrentDocument"6.2橡胶坝工程施工步骤 6\o"CurrentDocument"7其他要求 7\o"CurrentDocument"8橡胶坝设计 7\o"CurrentDocument"8.1橡胶坝泄洪能力计算 7\o"CurrentDocument"8.2橡胶坝袋优化设计 78.3单向拦水橡胶坝的边岸锚固型式设计 8结语 9参考文献 10致谢辞 11橡胶坝概述橡胶坝，又称橡胶水闸，是用高强度合成纤维织物做受力骨架，内外涂敷橡胶作保护层，加工成胶布，再将其锚固于底板上成封闭状的坝袋，通过充排管路用水（气）将其充胀形成的袋式挡水坝。坝顶可以溢流，并可根据需要调节坝高，控制上游水位，以发挥灌溉、发电、航运、防洪、挡潮等效益。橡胶坝属薄壁柔性结构，是随着高分子合成材料的发展而出现的一种新型水工建筑物。1957年世界上首座橡胶坝诞生于美国洛杉矶，坝高1.52m，长6.1m，坝袋胶布厚为3mm，强度为90kN/m。此后世界各国相继开始兴建橡胶坝。我国于1965年下半年开始进行橡胶坝的研制建设工作，于 1966年6月建成我国第一座橡胶坝一一北京右安门橡胶坝，坝高 3.4m，坝顶长37.6m，该橡胶坝曾两次更换坝袋，至今运行正常。橡胶坝自20世纪90年代以来在我国发展迅速。从1966年到1993年近三十年中全国仅建成橡胶坝366座，而据不完全统计，截至2006年10月，我国的橡胶坝已建成约2000座，近年来更是以每年新建300座左右的速度发展。国内橡胶坝目前最高6m，单跨最长176m，多跨最长1135m，建于1980年的西藏羊八井橡胶坝海拔4300多米，为我国海拔最高的橡胶坝。橡胶坝在我国分布广泛，西到新疆维吾尔自治区石河子市（44°17'N，86°02，E），东到黑龙江省鸡西市梨树区（45°05，N，130°41，E） ，北到黑龙江省大兴安岭林区加格达奇（50°24'N，124°07'E），南到海南省五指山市（18°46'N，109°30'E），遍布我国大陆所有的省、自治区和直辖市。此外，香港特别行政区截止 1999年已建成橡胶坝20座，台湾省也建有橡胶坝钢闸门。橡胶坝主要适用于低水头、大跨度的闸坝工程，如用于水库溢洪道上作为闸门或活动溢流堰，以增加水库库容及发电水头；用于河道上作为低水头、大跨度的滚水坝或溢流堰，可以不用常规闸的启闭机、工作桥等；用于渠系上作为进水闸、分水闸、节制闸，能够方便地 蓄水和调节水位和流量；用于沿海岸作防浪堤或挡潮闸，由于不受海水浸蚀和海生生物的影 响，比金属闸门效果好；用于跨度较大的孔口船闸的上、下游闸门；用于施工围堰或活动围堰，橡胶活动围堰高度可升可降，并且可从堰顶溢流，不需取土筑堰可保持河道清洁，节省 劳力并缩短工期；用于城区园林工程，采用彩色坝袋，造型优美，线条流畅，可为城市建设 增添一道优美的风景。橡胶坝特点2.1造价低可减少投资30%〜70%，可节省钢材30%〜50%，水泥50%左右，木材60%以上。2.2施工期短坝袋只需3天〜15天即可安装完毕，多数橡胶坝工程当年施工当年受益。2.3坝体强度高能抵抗地震、波浪等冲击，且止水效果好，跨度大，汛期不阻水，可用于城区园林美化。1957年世界上首座橡胶坝诞生于美国洛杉矶， 坝高1.52m，长6.1m，坝袋胶布厚为3mm，强度为90kN/m。2.4维修少，管理方便橡胶坝袋的使用寿命一般为15〜25年。橡胶坝设计概况3.1本工程为济宁市任城经济开发区市政工程中的蓼沟河橡胶坝工程分项，工程内容包括橡胶坝2座及其配套充排水泵房。2座橡胶坝均为设计坝高2.5m，坝轴线长度33m.橡胶坝具体位置、河道断面及其水位等设计参数均根据蓼沟河景工程观改造规划确定。3.2本工程场地设计标高采用1956年黄海高程系。图中尺寸以毫米计。3.3工程地质情况3.3.1建设地区的抗震设防烈度6度，设计地震分组为第二组，设计基本地震加速度值为0.05g，场地类别为二类；3.3.2建设场地地层分布较稳定，表层为填土，为抗震不利地段。3.4本工程为现浇钢筋混凝土结构，结构抗震等级为三级，设计使用年限为50年，工作环境类别为二(员。3.5根据地勘报告，本构筑物基础应坐落第3层粉土上，地基承载力特征值为fak=110KPa.4设计依据及标准、规范4.1《任城经济开发区蓼沟河景观改造规划》4.2《蓼沟河橡胶坝工程岩土工程勘察报告书》4.3《混凝土结构设计规范》(GB50010-2002)4.4《建筑抗震设计规范》(GB50011-2001)4.5《建筑结构荷载规范》(2006版)(GB50009-2001)4.6《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2002)4.7《给排水工程构筑物设计规范》（GB50069-2002）4.8《橡胶坝技术规范》（SL227-98）4.9《砌体结构设计规范》（GB50003-2001）4.10《混凝土结构工程施工质量验收规范》（GB50204-2002）5材料5.1钢筋混凝土5.1.1混凝土部分1） C30（水灰比不大于0.50，水泥标号不低于32.5），应采用普通硅酸盐水泥，抗渗等级为S8。混凝土的碱含量最大值应符合〈混凝土碱含限值标准〉CECS53的规定，并应严格控制氯离子含量：混凝土中氯离子含量分别不超过胶结构材料用量的0.1%。垫层C15。2） 钢材：Q235B。所有金属构件均需先除锈，外露部分应刷防锈漆二道。3） 焊条：HPB235采用E43；HRB335采用E504） 混凝土添加剂：池体混凝土应掺加抗裂防水剂，外加剂性能应符合〈混凝土外加剂应用技术规范〉〈GBJ118〉的规定。应由厂家商提供外加剂掺量、配比及技术保证。5） 橡胶止水带、聚硫密封膏的物理力学性能应符合〈给排水技术工程构筑物变形缝设计规程〉CECS117:2000规定的指标。5.1.2橡胶坝坝带部分1） 坝袋胶料必须满足下列基本要求：a） 耐大气老化、耐腐蚀、耐磨损、耐水性好。b） 有足够的强度。c） 坝袋使用的胶料达到或超过有关的规定。2） 胶布的层胶厚度必须满足其防渗、抗磨和耐久性，厚度。3） 坝袋胶采用棉纶帆布，坝袋胶布必须满足如下性能：a） 有足够的抗拉强度和抗撕裂性能。b） 柔曲性、耐疲劳性、耐水侵泡及耐久性好。c） 与橡胶具有良好的粘合性能。d） 重量轻、加工工艺成熟。4） 厂家应有橡胶坝袋的生产许可证：坝袋出厂前应按设计合合同规定要求，依据坝袋生产标准进行检验，附有产品合格证和保修单并提供具有法律效力的检验报告。5） 橡胶坝袋安装时，应由技术人员负责现场技术指导，必须对坝袋外观质量进行检查，有破损出负责修补处理。6）坝袋搭接出粘着强度应大于胶布本身强度。5.2底垫片、密封材料、垫平片5.2.1底垫片应由厂家按设计图纸进行制作，出厂前必须检查其尺寸并画出锚固线和锚固中心线；应在醒目位置标出上下游标记。5.2.2垫平片宜采用与坝袋相同厚度或稍厚一些的橡胶片。6施工技术要求6.1混凝土工程6.1.1主钢筋混凝土保护层厚度：走道板、池壁35,梁、地板40。钢筋锚固长度：HPB235级30d，HRB335级35d;搭接长度：HPB235级35d，HRB235级40d。钢筋搭接（焊接）接头相互错开，同一截面内钢筋搭接接头数量不应大于总数量的25%（焊接接头50%）。6.1.2混凝土施工时，应尽量使顶板、底板与池壁连续浇筑。如需留施工缝时，施工缝应设在底板顶以上600处，并设镀锌钢板止水带300X3，钢板止水施工时，钢板止水带大样图如附图所示。6.1.3混凝土应做好基坑降排水及度汛措施，施工间，地下水位应控制在底板以下0.5米以下。6.1.4施工时应根据具体要求设置马凳及拉结筋，钢筋规格及间距由施工方自定。6.1.5本工程图纸应将预留洞，预埋管道、预埋件的位置核对无误后方可进行具体施工，严禁混凝土浇筑后凿洞补埋。6.2橡胶坝工程施工步骤6.2.1在底板上分别标出坝轴线、中心线。6.2.2底垫片就位（指双锚固坝袋）；在底垫片分别标出中心线和锚固线。6.2.3在伸入坝袋内的充排水（气）管、测压管和超压溢流管等管口四周的底垫片上，宜粘上一层橡胶片作补强处理。6.2.4在底垫片上画出水冒、测压管和超压溢流管位置，复测无误后在各管口处挖空并固定。6.2.5止水海棉（止水布）可粘在底垫上相应位置上。6.2.6坝袋锚固顺序，端部为固定式的，按先下游，后上游，最后岸墙的顺序进行。从坝袋底板中心线开始向两侧同时进行安装。锚固岸墙时，先将胶布挂起，撑平，再从下部往上部锚固。采用堵头式锚固的，宜先安装两侧堵头裙脚，后锚固下游和上游。但无论采用何种锚固型式，两侧岸墙拐角处，袋布要折叠、理顺、垫平，不得剪口补强处理。7其他要求7.1本工程的实施与蓼沟河景观改造工程紧合，河道上下游应平顺衔接，必要时通知设计单位及时调整相关设计。7.2未经事宜，本工程施工应严格按照国家执行有关规范进行，确保工程质量。8橡胶坝设计8.1橡胶坝泄洪能力计算《橡胶坝技术规范》附录A中对橡胶坝泄洪能力，可按堰流基本公式计算：Q二£6mB2gh3/2本式只适用于纵断面为矩形断面的橡胶坝:式中ho为计入行进流速水头的堰顶水头。问题是橡胶坝在泄洪时，坝袋不可能完全坍平于底板上。其一是坝袋内的水不能全部放完抽净，其二是橡胶坝自身有一个折叠厚度，按橡胶坝袋厚度一般为6—16mm考虑，其最小折叠厚度应在0.1一0.2m左右（指折叠处最小折弯半圆直径），加之坝袋内剩余水体，故在计算ho时相应减去0.1一0.3m较为合理，符合实际泄洪运行条件。 °其次是流量系数m计算取值问题，如上所述坝袋在泄洪时不可能完全坍平，而且据有关实验表明坝袋泄洪时，坝袋在水底有较强的脉动现象，破坏了坝顶溢流流态，影响减少泄洪流量。故此建议在流量系数m计算取值时应取偏小值较为适宜。侧收缩系数£是与边界条件有关的侧收缩流量影响系数，这对边岸是直墙式，水平布置是圆弧式或八字墙式的宽顶堰流计算是适用的。但对于坡岸式锚固橡胶坝仍用宽顶堰流公式计算泄洪能力已不适宜，而且侧收缩系数不易定量计算。故此建议单跨拦河坡岸式橡胶坝泄洪能力计算，采用明渠均匀流公式计算，但要同样考虑坍坝最小折叠厚度对过水断面的减小影响。8.2橡胶坝袋优化设计橡胶坝设计中最主要的工作之一是，选取合适的内外压比值，计算确定坝袋在设计运行条件下的拉力值，也就是进行坝袋径向强度计算。这里要同时考虑内外压比的大小、与坝袋拉力、有效周长、坝袋造价之间的关系。内外压比越大，坝袋径向拉力越大，但坝袋有效周长也相应减小，这就是说内外压比与坝袋径向拉力、坝袋厚度大小成正比，而与坝袋有效周长成反比。而坝袋厚度，有效周长是坝袋造价的主要控制条件。所以这里存在一个如何选取内外压比，使坝袋既能满足强度规范要求，又能使坝袋造价最小的优化设计问题。由于充水式橡胶坝径向拉力、有效周长计算是多变量函数关系，而且坝袋各种型号厚度、造价对不同的厂家有不同的数值，所以不能直接用微分求导计算出优化设计取值点。按照《橡胶坝技术规范》附录B,充水式橡胶坝设计计算，坝袋径向计算强度公式如下：T=1/2y（a—1/2）H12式中T—坝袋径向计算强度，KN/mY—水的容重，KN/m3a一内压比，H0/H1H0内压水头，mH1——设计坝高，m若采用双锚线坝袋的有效周长（不包括锚固长度）为L0=S1+S式中L。一一坝袋有效周长，m °1°S1——上游坝面曲线长度，mS——下游坝面曲线长度，m本文举例坝高H=3.5m，双锚线锚固橡胶坝为例，利用数解法列表计算在不1同的内外压比值时，其径向拉力T，有效周长L。，坝袋每米造价等综合指标进行分析。H1=3.5m,双锚线锚固坝袋综合指标分析表内外压比aTKN/m1S1mSmL0mK=6KT（KN/m）拟选坝袋型号1.242.876.916.5213.43257.3J140140-21.349.06.156.212.35294.0J160160-21.455.15.756.0211.77330.8J180180-21.561.35.505.911.4367.5J200180-21.667.45.335.8211.15404.3J220220-2内外压比a强度KN/m实际K值坝袋厚mm参考价元/m2每米造价元/m备注经纬1.22802806.536.53054096.151.33203206.536.53153890.251.43603606.537.03303884.11.54003606.537.53503990.01.64404406.537.53704125.5从上表中可以看出内外压比值为1.4时，坝袋每米造价3884.1元为最小，故为坝袋优化设计取值点。另外建议4.5m以上坝高内外压比值宜在1.8以下，这是因为过大的内外压比值时坝袋径向拉力明显增大，从而要求坝袋厚度加大，每米造价也将显著加大，不符合优化设计原则，同时也给坝袋的制造安装带来一系列难度。8.3单向拦水橡胶坝的边岸锚固型式设计当坝体纵断面为梯形布置，采用坡岸式双锚线锚固时，一般上游坡岸锚固线做成向下游倾斜的直线，下游坡岸锚固线仍沿河底锚固线顺岸坡爬升至横向封口锚固高程。从理论分析可知在坡岸段每一断面坝高均为变值，坝袋设计参数也随之变化，直至坝顶高程处（两端坝高可取设计坝高的1.1-1.2倍）。此处坝高H=0，但坝袋其它参数不可能取0，问题是该段坝袋锚固型式和宽度怎样设计1才能使坝袋充水时外形曲线整齐美观，又能使坝袋面积最小节约造价。经小模型实验分析，建议坡岸式双锚线均做成向下游倾斜直