卢龙县青龙河夹河滩橡胶坝设计

PAGEPAGE1PAGE9论文题目：卢龙县青龙河夹河滩橡胶坝设计摘要橡胶坝是一种挡水和泄水的新型水工建筑物，是高分子合成材料发展的产物，由于橡胶坝具有投资少，见效快、节约等优点，广泛用于在河边挡水、护岸、渠系建筑物分水等工程。青龙河河口段左岸为卢龙县城，右岸为夹河滩村，随着河口段两岸国民经济的迅速发展，两岸乡镇防洪标准低的问题日益突出。夹河滩橡胶坝位于青龙河河道主河槽内，拦蓄上游河道径流，与上游汤池王庄橡胶坝形成连续梯级水面，成为卢龙县城碧水环绕生态景观组成的一部分。夹河滩橡胶坝工程选用充水、螺旋压板式锚固，坝长375m，坝高2.0m。夹河滩橡胶坝设计包括坝袋设计、锚固设计、充排水系统设计、电气控制系统。根据工程地质、地形条件，两岸堤防的布置和河道现状，针对不同的防渗处理措施，进行方案比选。通过详细说明，橡胶坝是水利工程中的一项重要技术，有利于提高水利工程施工质量，保障坝体的正常运行。关键词：橡胶坝坝袋锚固充排水防渗处理目录1前言 11.1研究背景 11.2研究现状 11.3研究目的和意义 12工程布置及主要建筑物设计 12.1工程概况 12.2设计依据 12..2.1工程等别、洪水标准和地震设计烈度 12.2.2设计采用的主要技术规范和文件 22.3橡胶坝工程 23充排水系统 43.1坝袋充水系统 43.2坝袋排水系统 53.3管材 53.4辅助系统 64电气设计 64.1设计依据 64.2电气一次 64.3电气二次 75消防 85.1设计依据和设计原则 85.2消防范围 85.3泵房消防 85.4电气设备消防 86设计估算 96.1编制说明 96.2估算表 117工程效益 11参考文献……………………11PAGE11 PAGE11前言1.1研究背景卢龙县青龙河河口县城段防洪工程很不完善，防洪能力偏低，遇大水年洪水漫溢，两岸损失惨重。青龙河河口以下大部分为迁安、卢龙两市（县）的界河，河道逐渐开阔，沿河展布有大量的村庄。左岸为卢龙县城，右岸为夹河滩村，随着河口段两岸国民经济的迅速发展，两岸乡镇防洪标准低的问题日益突出。1.2研究现状由于青龙河附近村庄夹河滩地理位置较为重要，为确保下游防洪保护区的人民群众生命财产安全，须尽快实施橡胶坝设计工程，对村庄存在的危及防洪安全的问题进行处理，充分发挥其在防洪、保护人口、生命财产等方面的综合效益，不仅是必要的，而且是紧迫的。1.3研究目的和意义为改善卢龙县城生态环境在青龙河河口段桩号6+202处布置夹河滩橡胶坝1座，与上游拟建的汤池王庄橡胶坝形成连续梯级水面，成为卢龙县城碧水环绕生态景观组成的一部分，具有结构简单、造价低、抗震性能好、新颖美观、管理方便等优点。2工程布置及主要建筑物设计2.1工程概况夹河滩橡胶坝工程设计主要包括橡胶坝及上游河道防渗处理，根据工程地质、地形条件，结合两岸堤防的布置和河道现状，针对不同的防渗处理措施，进行了方案比选。橡胶坝工程:橡胶坝布置在青龙河河口段桩号6+202处，为满足河道5年一遇洪水不出主槽的行洪要求，橡胶坝布置在主河槽内，坝长375m，底板高程31.7m，坝高2.0m，回水长度1700m，形成水面面积69.2万m2。上游河道防渗工程：橡胶坝主要任务是拦蓄上游河道径流，在回水范围内，河床覆盖层厚约20m，为极强～强透水性，为保证形成景观水面，减少渗透量，对河床进行了防渗处理。方案设计中处理措施考虑了两个方案进行比选，垂直防渗方案和水平防渗方案。2.2设计依据2..2.1工程等别、洪水标准和地震设计烈度卢龙县青龙河夹河滩橡胶坝设计所处位置位于河道主河槽内，其左岸防洪堤防洪标准为20年一遇洪水，属于4级堤防；右岸防洪堤防洪标准为10年一遇洪水，属于5级堤防，根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2017），按照5年一遇洪水不出主河槽，相应洪峰流量1400m3/s，洪水位33.52m。将该工程定为Ⅴ等工程，橡胶坝、泵房等主要建筑物为5级建筑物。坝址区地震动峰值加速度为0.15g，相当于原地震基本烈度Ⅶ度，根据《水工建筑物抗震设计规范》（SL203-2018）主要建筑物的地震设计烈度为7度。2.2.2设计采用的主要技术规范和文件（1）《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2017）；（2）《水闸设计规范》（SL265-2016）；（3）《橡胶坝设计规范》（SL227-2017）；（4）《水工混凝土结构设计规范》（SL/191-2018）；（5）《水工建筑物抗震设计规范》（SL203-2018）；（6）《滦河青龙河口段卢龙县防洪治理工程初步设计报告》。2.3橡胶坝工程夹河滩橡胶坝布置在青龙河桩号6+202处，坝长375m，坝高2.0m，由上游防护段、橡胶坝和下游防护段等组成。（1）上游防护段上游防护段铺盖采用混凝土结构，根据防渗需要确定长度为10m，厚0.5m，坡比为1:50，上游端高程31.5m，下游端高程31.7m。两岸采用混凝土边墙进行防护，边墙断面为重力式，墙顶高程34.0m，墙顶宽0.5m，临水侧直立，背水侧边坡1:0.5，下设厚10cm混凝土垫层。垂直混凝土防渗墙布置在铺盖上游端部，长379.2m，墙顶高程30.6m，墙厚0.45m，入岩最小深度不小于0.5m。（2）橡胶坝橡胶坝布置在河道主河槽内，底宽378m，布置为5孔，每孔坝袋长75m，坝高2.0m；坝底板和中、边墩离式混凝土结构。坝底板顺水流方向长度确定为7.0m，底板高程取该位置处河槽底高程加0.2m，确定为31.7m，底板厚0.7m。中、边墩均采用悬臂式结构，墩顶高程根据坝顶允许溢流水深0.2m确定为34.0m，墩高3.3m，厚0.8m。为防止橡胶坝坝袋与边墩（中墩）结合部位出现坍肩溢流现象，在墩底板端部设1:10斜坡段，局部抬高端部墩底板。坝袋采用充水式，锚固型式为螺栓压板式双线锚固，坝袋端部采用堵头式，内压比1.40，坝袋型号JBD2.0-100-2，胶布型号J100100-2。充、排水管管径采用DN300，在进口处设水帽，埋在坝底板内。（3）下游防护段下游防护段消力池为混凝土结构，总长8m，底板厚0.5m，池深0.5m，以1:4的陡坡与坝底板相连，陡坡段水平投影长2m，水平段长5.5m。消力池两岸采用混凝土边墙进行防护，边墙断面为重力式，墙顶宽0.5m，临水侧直立，背水侧边坡1:0.5，下设10cm混凝土垫层，墙顶高程34.0m。消力池下游接10m长浆砌石海漫，厚0.4m，海漫末端设抛石防冲槽，长5.0m，槽深1.5m，底宽2.0m，下游侧边坡1:2与下游河床相接。两岸采用浆砌石边墙进行防护，墙顶宽0.5m，临水侧直立，背水侧边坡1:0.6，下设厚10cm碎石垫层，墙顶高程34.0m。（4）泵房及管理房泵房布置在右岸防洪堤外侧，为地下封闭式钢筋混凝土结构。泵房长16m，宽14m，底板厚1.5m，侧墙底部厚1.0m，顶部厚0.5m。泵房底高程27.0m，顶高程35.0m。考虑橡胶坝管理、防汛调度的要求，在泵房上设管理用房，面积为230m2。（5）充坝水源橡胶坝上游靠右岸设一眼大口井，距铺盖上游端线20m，距右岸翼墙内壁20m，采用混凝土砌块修筑，内径10.0m，井深8.0m，采用井壁和井底进流形式补充水源。（6）坝袋设计坝袋采用充水式，根据已建橡胶坝的设计和运行经验，坝袋材料采用二布三胶锦纶帆布。（7）锚固系统设计坝袋采用螺栓压板式锚固。用双锚固线，坝底板上、下游各布置一条锚固线。锚固力可控，止水效果好，安装方便，是目前应用最为广泛的锚固型式。（8）坝基基础处理坝址处河床覆盖层厚约20m，其中河道表层为扰动层，多为人工采砂废弃料堆积的卵石层，无级配，厚约10m；下层为砾石层，密实度较大，透水性强，厚约10m；最下层为角闪斜长片麻岩，层厚浑厚。为提高橡胶坝基础地基承载力，减少沉降量，根据坝基实际地质条件，拟采用振动水冲法进行地基处理。振冲孔孔距2m，排距2m，平均深度12m。2.4河道防渗处理夹河滩橡胶坝主要任务是拦蓄上游河道径流，形成连续水面，在回水范围内，河床覆盖层厚约20m，为极强～强透水性，其中河道表层堆放大量的人工采砂废弃料，无级配，厚约10m；下层为第四系上更新统冲洪积（al+plQ3）的砾石，厚约10m。砾石层下部为太古界单塔子群白庙子组(Arb)的角闪斜长片麻岩，层厚浑厚。橡胶坝上游河槽进行疏浚以后，坝轴线处5年一遇洪水位为33.52m，橡胶坝蓄水水位为33.7m，在回水长度范围内，主河槽宽度约350m，河床宽度约550～1000m，河床底高程31.5～32.82m，滩地底高程31.7～36.5m，因此当橡胶坝蓄满水时，整个河床都将在水面覆盖之下，为保证橡胶坝蓄水能形成水面，防止渗漏，根据河道的实际地层条件，橡胶坝回水范围内的河道需要进行防渗处理。防渗处理措施考虑了两个方案，方案一为垂直防渗方案，在左侧滩地及两岸堤防堤脚处形成深约21m的连续混凝土防渗墙；方案二为水平防渗方案，在河道全断面铺设防渗材料。（一）垂直防渗方案由于地层自上而下为人工堆砌的卵石、原地层砾石和片麻岩，考虑基础覆盖层卵石含量和粒径偏大，因此垂直防渗选用混凝土防渗墙。混凝土防渗墙墙厚取为45cm，入岩深度不小于为0.5m，防渗墙深约21m，共布置为三段。第一段混凝土防渗墙布置在左岸滩地上，上游与左岸防洪堤混凝土墙连接，下游与橡胶坝上游铺盖混凝土防渗墙连接，防渗墙总长约670m；第二段布置在左岸防洪堤堤脚，上游延伸至夹河滩橡胶坝坝轴线（桩号7+836），下游与滩地混凝土防渗墙连接，防渗墙总长约950m；第三段布置在右岸防洪堤堤脚，上游延伸至夹河滩橡胶坝坝轴线（桩号7+836），下游与橡胶坝上游铺盖混凝土防渗墙连接，防渗墙总长约1250m。（二）水平防渗方案水平防渗采用全断面铺设防渗材料进行防渗处理。根据具体条件，防渗材料可选用土工膜和防水毯等材料。考虑到土工膜极易老化、使用寿命短，而且防渗面积大，施工质量难以保证，因此水平防渗材料选用钠基膨润土防水毯。橡胶坝左侧滩地新建厚30cm干砌石护坡，护坡总长约670m，坡比1:2.0，护坡顶高程34.0m，防渗材料沿护坡底铺设到高程34.0m。由于地下水顶托作用，并考虑到行洪时河道主槽流速较大，防渗材料上部需设防冲保护层，保护层从上至下依次为30cm厚干砌石、15cm厚砂砾石垫层、25cm厚粘性土、纳基膨润土防水毯和25cm厚粘性土。（三）方案比选水平防渗采用全断面铺设钠基膨润土防水毯，优点为夹封的膨润土遇水后膨胀能够形成致密的凝胶体，具有良好的防渗性、较强的抗穿刺能力及自愈能力，植物根系的穿透不影响防渗效果，其耐久性好，抗老化、抗腐蚀，生态环保，有利于动植物生长，并且施工工艺简单、快捷，工期较短；缺点为易受地下水顶托，需要设置保护层，工程量大，施工期间排水量较大，总投资大。垂直防渗采用混凝土防渗墙，优点为适用性广，实用性强，防渗性能可靠，耐久性好，施工质量也容易保证，在施工过程中不受地下水影响，工程量较小，总投资小；缺点为施工工艺较复杂，施工工期长，虽然投资较小，但基岩埋深未探明，存在不确定因素。3充排水系统青龙河夹河滩橡胶坝工程共设5个坝段，单个坝段长75m，设计坝高2.0m，充排水总量约2330m3。根据地形及交通情况，泵房布置在橡胶坝右岸。通过适宜的充排方式，动力设备及管路布置，使其达到升坝蓄水、坍坝泄洪的目的和要求，力求做到因地制宜，操作方便，兼顾经济合理，安全可靠。橡胶坝充水水源取自泵房上游侧大口井，井径10.0m，深8m。3.1坝袋充水系统（1）充水方式坝袋充水方式采用动力式，充水设备选择离心水泵。（2）动力设备选择①水泵设备根据《橡胶坝技术规范》（SL227-2017）在泵房内设置3台SLS200-250G型立式离心泵。考虑到大口井的水量有限，且充坝时间无严格要求，正常运行时，启动1台水泵逐一向5段坝袋充水。3台水泵可通过管路和阀门的合理配置及转换互为备用。SLS200-250G水泵性能参数表流量(m3/h)扬程(m)转(r/min)效率(％)必需汽蚀余量(NPSH)r(m)配套电机功率(kW)重量（kg）21022.21480784.0224053002036014②抽真空装置根据水泵的布置，水泵设置了抽真空装置，安装高程高于大口井水位，在水泵起动前，先开启真空泵。按单台水泵起动需要的抽气量，选择1台SZ-1型水环式真空泵，配套气水分离器等装置。③空压机设备为防止坝袋发生塌肩现象，在坝袋充水前，预先对坝肩充压缩空气。因此，选用1台型号为Z-0.36/7-B的空压机。（3）管路及阀门根据橡胶坝总体布置，共设置5条充水管路，分别连接5段坝袋。每段坝袋设置2个进水口。同时，为防止高速水流冲击坝袋，每个进水口设有水帽。系统管路上均采用电动蝶阀，装设了压力变送器，可通过计算机监控自动完成坝袋充排水的过程，提高了橡胶坝的自动化水平。3.2坝袋排水系统（1）排水方式坝袋排水方式汛期采用动力式，排水设备为离心水泵。非汛期可以水泵为主，自动流出为辅。（2）水泵设备选择考虑到坝袋充水系统运行时间较短，为节约资金，充分发挥设备的效率，可将充水系统转换为排水系统，从而达到排水的目的。坍坝时，水泵安装高程低于坝袋内水位，因此水泵起动前无需开启真空泵。（3）管路及阀门坝袋充排水系统共用1套充排水管路及充排水口。3.3管材水泵吸水管路、泵房内充排水管路，以及泵房外3m范围内的充排水管路均采用焊接钢管，其余采用承插铸铁管。除压缩空气管路采用无缝钢管外，DN100及其以下的管路全部采用水煤气管。泵房内焊接钢管连接采用法兰连接与焊接相结合的方式，泵房外钢管连接采用焊接方式。承插铸铁管采用橡胶圈接口连接。水煤气管连接采用法兰与螺纹相结合的方式。无缝钢管连接采用法兰与焊接相结合的方式。3.4辅助系统（1）渗漏排水为排出泵房内的渗漏水，设置2台QX6-18-075型潜水泵，1台工作，1台备用。通过浮球式液位开关自动控制水泵的启停。（2）通风设备为改善泵房内的运行环境，设置一台T35-11型轴流风机。4电气设计4.1设计依据（1）主要规程规范《泵站设计规范》（GB/T50265-2016）；《供配电系统设计规范》（GB50052-2016）；《建筑物防雷设计规范》（GB50057-2017）；《电力装置的继电保护和自动装置设计规范》（GB50062-2018）；《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》（DL/T620-2016）；《水利水电工程设计防火规范》（SL329-2016）；4.2电气一次（一）供电方式电源引自附近10k架空线路，经10kV电力电缆引至变压器，降压至0.4kV后，供水泵、空气压缩机等用电负荷用电。同时，备用1台柴油发电机组。（二）电气主接线橡胶坝电源引自附近10kV架空线路，经跌落式熔断器、KYN高压开关柜与160kVA变压器连接，降压至0.4kV后，经低压电缆供电至水泵电机、管理、生活等用电。（三）用电负荷及电动机启动方式主要用电负荷：离心泵电动机3台22kW；真空泵电动机1台11kW；空气压缩机电动机1台3kW；电动蝶阀电动机12台0.75kW；管理用房、泵房照明30kW。3台22kW的离心泵电动机采用软启动方式启动；其他采用直接启动方式启动；（四）无功功率补偿方式橡胶坝采用母线集中补偿，将电机功率因数由0.8补偿到0.95以上，电容器组安装在一台补偿柜中，总补偿容量为68kVar，补偿投切通过一只自动控制器控制各电容器自动投切。（五）电气设备选择①电力变压器主变压器选用1台SC10-160/10,10±5%/0.4kVDYn-11环氧树脂浇注干式电力变压器。②KYN28高压开关柜选用技术先进、结构新颖、防护等级高的KYN28型户内铠装型高压开关柜。③0.4kV低压配电柜选用技术先进，具有分断能力高、动热稳定性好、结构新颖、防护等级高的GCS型低压配电柜，选用GCS型低压补偿柜。④集中控制柜集中控制柜选择PK-10型⑤照明配电箱及动力配电箱照明配电箱均选用TLXIS型。⑥电缆0.4kV电力电缆选用ZVV22型阻燃聚氯乙烯绝缘聚乙烯护套电缆,控制电缆均选用KVVP型屏蔽控制电缆。（六）电气设备布置主要电气设备均选用室内性，将变压器、高低压配电柜，控制柜柴油发电机布置在各自的房间，高压熔断器、避雷器布置在户外终端杆上。（七）过电压保护、防雷接地为防止雷电波沿输电线路侵入损坏变压器及其他电气设备，本工程在10kV终端杆上装设了一组HY5WS-10型氧化锌避雷器。在低压侧进线柜安装电涌保护器。配电室屋顶设置避雷带，并与接地网可靠连接。所有机电设备及金属结构均需可靠接地,并与厂房钢筋混凝土底板中的主钢筋可靠连接，形成一完整的接地网。接地电阻值不应大于1Ω。（八）照明照明由交流380／220V电源供电。泵房照明灯具以卤素灯为主光源，同时辅以壁灯。其它房间采用双管荧光灯照明。照明网络电压采用380/220中性点接地的三相五线制系统。照明配线采用阻燃型铜芯导线，敷设方式为穿管暗敷设。4.3电气二次（一）测量、保护（1）测量与计量采用常规仪表测量,计量设在变压器高压侧。高压计量柜：装设电流表、有功电度表和无功电度表。变压器低压进线柜：装设数显式电流表；水泵配电柜：装设数显式电流表。低压补偿柜：装设数显式电流表、功率因数表。（2）继电保护①变压器保护变压器保护：在变压器高压侧装设高压熔断器作为短路保护。②0.4kV进线保护(主变低压侧)采用自动空气开关内部的长短延时过流以及失压等保护元件。③电动机保护离心泵选用软启动器实现过流、电机过载、电流三相不平衡、过/欠压、过热等保护；其他设备均采用自动空气开关内部的长短延时过流、过负荷以及失压等保护元件，保护电动机。（二）控制系统集中监控设置在低压配电室内，在低压配电屏上安装操作按钮，操作人员可以通过柜（箱）内按钮操作离心泵、电磁阀、电动蝶阀等设备的启停控制；电流、电压的信号监测；其他信号监测等，并通过控制电缆至远方监控中心，完成信号传输。5消防5.1设计依据和设计原则设备、器材选择经消防检测部门检验合格的产品，且安全可靠，使用方便，技术先进，经济合理。重点部位是泵房充排设备、电气设备、电缆等。5.2消防范围依据设计原则，消防范围主要包括：柴油发电机室、变压器、建筑物中的泵房、低压配电室、管理用房等附属建筑物。5.3泵房消防泵房的火灾危险性类别为戊类，耐火等级为三级。在泵房内放置2只手提式磷酸铵盐灭火器，泵房通地面楼梯处设置安全出口标志。5.4电气设备消防（1）高低压配电室、变压器室、柴油发电机室、控制室、管理用房高低压配电室、变压器室、柴油发电机室、控制室、管理用房火灾危险类别为丁类，耐火等级为二级，按中危险级配置，共配置10只手提式磷酸铵盐灭火器。须设安全出口，防火门为向疏散方向开启的丙级防火门。（2）电缆通道消防设施采用阻燃电缆及防火涂料；电缆分支处、穿越墙壁楼板孔洞以及进出电气装置出入口，均在一定范围内喷刷防火涂料。穿越配电室及其它建筑物外墙处以及电缆分支处，均设防火隔断。6设计估算6.1编制说明（一）基础价格（1）人工预算单价工长4.91元/工时，高级工4.56元/工时，中级工3.87元/工时，初级工2.11元/工时。（2）材料预算价格①主要材料及次要材料油料、水泥、木材、钢筋等材料自卢龙县采购，价格采用当地信息价格与询价相结合的方式确定。汽油、柴油、钢筋、水泥限价计入工程单价，限价标准为：汽油3600元/t、柴油3500元/t、钢筋3000元/t、水泥300元/t，预算价与限价的材料价差列在工程单价中税金之前。次要材料根据当地建筑材料市场价格信息综合分析取定。②砂石料单价砂子、碎石、块石按50元/m3的规定基价计算，超过（或不足）部分计取税金后列入工程单价。③混凝土材料单价混凝土材料单价根据水利部水总[2002]116号文件发布的《水利建筑工程概算定额(下册)》附录7“混凝土、砂浆配合比及材料用量表”计算。④施工机械台时费施工机械台时费按照《水利工程施工机械台时费定额》计算，台时费中人工费按中级工计算。（二）工程单价费率建筑、安装工程单价费率序号项目计算基础费率%一其他直接费1建筑工程直接费3.52安装工程直接费4.2二现场经费1土方工程直接费42石方工程直接费63模板工程直接费64混凝土浇筑工程直接费65钻灌及锚固工程直接费76其他工程直接费57安装工程人工费45三间接费1土方工程直接工程费42石方工程直接工程费63模板工程直接工程费64混凝土浇筑工程直接工程费45钻灌及锚固工程直接工程费76其他工程直接工程费57安装工程人工费50四企业利润直接工程费＋间接费7五税金直接工程费＋间接费＋利润3.22(三)建筑工程（1）主体建筑工程，按工程量乘以工程单价计算。（2）其他建筑工程，按主体建筑工程的1%计算。（四）机电设备及安装工程设备综合运杂费按设备费的6.14%计算。（五）施工临时工程（1）施工临时道路，按10万元/km计算。（2）施工仓库，按200元/m2计算。（3）办公、生活及文化福利建筑投资，按一至四部分建安工作量的1.5%计算。（4）其他施工临时工程，按一至四部分建安工作量的1%计算。（六）独立费用（1）建设管理费①建设单位开办费，按一至四部分建安工作量的0.5%计算。②建设单位人员经常费，按一至四部分建安工作量的1.2%计算。③工程