五莲潮白河橡胶坝工程设计

李云勋，付大庆，王玉良

（1.潍坊市水利建筑设计研究院，山东 潍坊 261031；2.潍坊市峡山水库管理局，山东 潍坊 261323）

潮白河位于五莲县东南部，主河道斜穿户部、叩官、潮河3乡镇，出县境入胶南市，直奔黄海。2008年，潮白河左堤自户部乡王家大村至潮河镇刘官庄村段以堤代路成为334省道的一段，堤顶拓宽到25.0 m，修建后的此段河道左堤防洪标准高于20年一遇。潮白河在五莲县境内总长13.575 km，中泓桩号20+740～34+315，现状河道平均干流比降为0.003 7。

1 橡胶坝规划指标

橡胶坝(中泓桩号24+400)采用双锚、枕式、充水式坝型，设计坝高3.5 m，双节坝袋。设计指标见表1。

表1 橡胶坝规划设计指标表

2 橡胶坝坝袋和坝底板设计

2.1 坝袋设计

橡胶坝共2节坝袋，单孔坝长50 m，坝高3.5 m。坝袋设计工况为上游正常水位与坝顶齐平、下游无水的情况。

1）坝袋参数。经技术经济比较，本工程坝袋内外压比α选用1.4。坝袋各参数值如下：坝袋径向压力T=55.13 kN/m；坝袋上游坝面弧长S1=5.747 m，坝袋下游坝面弧长S0=6.017 m；坝袋上游贴地长度n=3.913 m，坝袋下游贴地长度X0=1.748 m；坝袋上游坝面弧半径R=3.938 m；坝袋单宽容积V=19.02 m3/m；双锚坝袋有效周长L0=11.764 m；底垫片有效长度L=5.661 m。坝袋胶布型号选为J260240-2，坝袋径向强度安全系数K=9.43＞8，符合《橡胶坝技术规范》规定，满足设计要求。

2）坝袋锚固设计。枕式坝袋上、下游及两端头共设4条锚固线，均匀布置在底板上。坝袋锚固采用螺栓压板式，螺栓间距200 mm，材质为16锰钢，直径d≥30 mm，螺栓埋置深度Lm＞600 mm，且加弯钩。

2.2 底板设计

底板顺水流方向的长度是坝袋塌落宽度与上、下游坝袋的安装、检查、维修等所需宽度之和，Ld=L+L1+L2+2L3=10.72 m，本工程取11 m。

本工程底板厚0.6 m，采用C25混凝土浇筑，下设0.1 m厚的C10混凝土垫层。为减少过坝推移质随水流卷进坝袋底部磨损坝袋，底板高程高于铺盖0.2 m，出于防滑防渗的需要，底板上、下游均设齿墙。

坝袋稳定和基底压力计算工况为设计工况，即上游水位与设计坝顶齐平、下游无水情况。取小底板1.0 m宽板条进行荷载计算，得到底板抗滑稳定系数Kc=1.39＞[Kc]=1.25；底板抗浮系数 Kf=3.74＞[Kf]=1.1；最大基底压力Pmax＝39 kPa，最小基底压力Pmin=24.67 kPa，地基应力不均匀系数 η=1.58＜[η]=2.0，满足要求。

3 边墩和中墩设计

3.1 边墩设计

边墩横剖面型式为重力式挡土墙，墙高5.0 m，底宽5.49 m，顶宽1.0 m，边墩临水面、背水面均为铅垂直面。

边墩设计以边墩临水面无水的最不利工况进行稳定验算和应力分析。通过计算得，底板抗滑稳定系数 Kc=2.76＞[Kc]=1.25；最大基底压力 Pmax＝82.45 kPa，最小基底压力Pmin＝40.05 kPa，地基应力不均匀系数η=2.05＞[η]=2.0，此工况基本为施工工况，不均匀系数稍大。

3.2 中墩设计

中墩横剖面型式为重力式挡土墙，墙高5.0 m，底宽6.98 m，顶宽1.0 m。中墩的最不利工况为橡胶坝一孔塌坝泄洪，另一孔正常挡水，即坝袋充胀高度3.5 m。通过计算其抗滑稳定及基底应力得，抗滑稳定系数 Kc=1.74＞[Kc]=1.25；最大基底压力 Pmax＝49.9 kPa，最小基底压力Pmin＝36.7 kPa，地基应力不均匀系数η=1.36＜[η]=2.0，满足要求。

4 橡胶坝消能防冲和防渗设计

4.1 消能防冲设计

橡胶坝所在河道防洪标准为20年一遇，坝址处河流20年一遇洪水流量为640 m3/s，洪水位42.3 m。

1）河道情况。潮白河宽约140 m，其中主河槽宽约65 m，河底高程38.7 m，滩地宽约60 m，高程40.6～41.6 m，主河槽河床为中粗砂，滩地为中粗砂。

2）坝顶溢流水力计算。为减少坝袋频繁起落，允许坝顶在一定水深范围内溢流，溢流水深最大控制在0.5 m。当溢流水深超过0.5 m时，即塌坝泄流，泄流能力按宽顶堰过流公式计算。

橡胶坝流量系数介于宽顶堰与曲线实用堰之间，坝袋完全塌平时，可视作宽顶堰，流量系数m=0.33～0.36；坝袋充胀到设计高度时，可视作曲线实用堰，流量系数 m=0.36～0.45。

在上游水位42.9 m不变的情况下，不同坝高泄流量与下游水位的关系如表2。

表2 不同坝高泄流量与下游水位关系表

3）消能计算。橡胶坝消能计算分立坝溢流与塌坝泄洪两种工况。消力池长度和深度计算如表3所示。

表3 消力池长度和深度计算表

通过计算得，海漫长度Lk=22 m，下游海漫末端冲刷深度dm=2.5 m。

4.2 防渗工程

坝上游设置防渗铺盖，坝底板下设置水泥搅拌桩，消力池里布置排水设施。地基的渗径长度大于其最小安全防渗长度，渗透稳定则满足要求。最小安全防渗长度为18 m，而橡胶坝实际设置渗径长度为45.3 m，所以防渗设计满足要求。

5 结语

潮白河橡胶坝所在河道属于山区季节性河流，汇流时间短，地质条件为厚砂砾层地基，因此对坝的稳定、防渗、消能提出了不同的要求。目前，该坝即将投入使用并接受检验。在运行过程中将继续对其运行状况、水流流态等做进一步的观测和分析。