淇河1#橡胶坝设计

周志美王剑王沁怡赵玥

（1.抚州港辉水利建筑有限公司 江西抚州 344000 2.江西省水利科学研究院 江西南昌 330029 3.河海大学 江苏南京 210000 4.江西水利职业学院 江西南昌 330013）

1 橡胶坝简介

橡胶坝是利用高强度合成纤维或钢丝作为受力骨架涂敷橡胶制成胶布，锚固在基础上形成封闭式袋状形成的水工建筑物，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。具有造价低、施工工期短、抗震性能好、造型美观等优点。故而，橡胶坝在城市河道景观工程中获得了广泛的应用。

2 工程地质

2.1 地形地貌

淇河1#工程坝址处于丘陵地带，其地势起伏不大，呈西高东低形势，海拔高程两岸104～124m，河底99.5～100.5m，基本为河流侵蚀堆积地貌，河谷多呈不对称的“v”字型，侧向侵蚀为主，河曲发育，河口宽200m左右（含滩地），两岸岸坡陡缓不对称，沿途变化大，岸上无堤防。

2.2 地质构造

该段淇河位于新华夏系太行山断层带，处在青羊口断层和汤东断层之间的汤阴地垫中间部位。青羊口断层位于淇河淇河Ⅰ桥溢流堰西约5km处，因其离坝较远，故影响不大，可不考虑该断层对溢流堰和库区的影响。沿淇河新区河床主要出露的地层，大多是第四系卵砾石层，中部夹有透镜状中粗砂，亦可见薄层半胶结状砾岩，厚度变化大。

3 工程规模及布置

3.1 工程规模

本橡胶坝工程由拦河坝段和控制室段组成。拦河坝段包括橡胶坝段和固定堰段，橡胶坝共布置2跨，最大坝高4.0m，橡胶坝段总长103.8m，固定堰段总长64m，控制室段长6.2m。根据规范规定，并考虑工程重要性，该工程为三等工程，其主要建筑物为3级，次要建筑物为4级，临时性建筑物为5级。

3.2 工程总布置

本橡胶坝工程包括拦河橡胶坝段和控制室段组成。拦河坝总长167.8m，其中橡胶坝段长103.8m，固定堰段长64m。橡胶坝共布置2跨，坝高4.0m，每跨长50m，中墩厚1.4m，边墩厚度为1.2m。两岸滩地布置固定堰两跨，总长64m，左岸段长20m，右岸段长为44m。上游防渗铺盖长25m，下游消力池主槽段长23m，深1.6m，海漫长度15m。控制室段布置在大堤内侧，沿大堤轴线方向长6m，沿坝轴线方向长度6.2m。

4 坝体设计

橡胶坝坝高4.0m，采用堵头枕式单袋双锚固充水式坝袋。坝袋材料为氯丁合成橡胶锦纶帆布三布四胶，堵头为两布三胶。坝底板采用现浇C25钢筋混凝土平底板，上下游设齿墙。底板长度（顺水流方向）为14.0m，底板厚度为1.2m，上游齿墙深度为4m，下游齿墙深度为3m，齿墙底宽为1.2m，座于砂卵石层上。

4.1 内压比α选取

橡胶坝内压比α通常取值1.25～1.5之间，本工程设计中就α为1.25、1.35、1.45三种情况进行了计算比较后，决定α值采用1.25。

4.2 坝袋有效周长及底垫片有效长度

按《橡胶坝技术规范》（SL 227—98）计算结果如下：

坝袋有效周长L0=S1+S=1463cm；

坝袋底垫片有效长度l0=n+X0=825cm；

坝袋底垫片考虑锚固长度后实际长度为L0+64=889cm；

坝袋实际周长为L0+83=1546cm（锚固长2×41.5cm）；

单宽坝袋面积15.23m2，堵头面积29.45m2；

单宽底垫片面积9.64m2；

4.3 坝袋拉力

坝袋拉力分径向拉力和纬向拉力。径向拉力在设计情况下，按下式计算：

T=0.5γ（H0H1-0.5H12）

式中：H1——设计坝高（m），H1=5.0m；

H0——坝袋内压力水头（m），H0=1.3×5.0=6.5m；

γ——水的容重（10kN/m3）。

经计算，T=58.8（kN/m）

坝袋纬向拉力计算较为复杂。当坝袋充胀后，由于锚固线的约束，各部位的受力情况不同。试验表明，袋壁的最大纬向拉力均较径向拉力小，坝袋中段的纬向拉力可取径向拉力的50%；两端附近折皱区，受力情况比较复杂，可按径向拉力的100%计算。

4.4 坝袋容积及安全系数

根据坝高H1及设计内压比α，经计算，坝高4.0m时坝袋单宽容积V0为 29.45m3。

根据坝袋胶布材料加工制成胶布时强度损失一般达15%～25%左右，取20%计算安全系数。4m坝高安全系数K=540×0.8/58.8=7.35＞6符合规范规定，坝袋强度大于6，符合规范要求。

5 防渗及消能防冲设计

5.1 防渗设计

坝前铺盖采用二布一膜土工防渗布铺盖。铺设长度为25m，铺盖上游设混凝土防冲齿墙，齿墙深1.5m，底宽0.7m。防渗布上面铺一层厚5cm的粗砂，防渗布下铺垫30cm厚粘土，基底砂卵石及粘土垫层均应整平压实，以保证防渗布受力均匀。防渗布上游端压混凝土板，宽1m、厚0.3m，铺盖上混凝土压条，采用C15混凝土，压条断面20cm×20cm，纵横间距均为2m网格状，铺盖上覆盖厚0.8m的砂卵石保护层。防渗布铺盖与坝底板、导流墙及两岸齿墙连接均采用压板螺栓连接，螺栓直径16mm，间距50cm。两布一膜复合布中间膜厚0.4mm，两侧无防布均为200g/m2，土工布接缝处拼接带宽10cm，宜优先采用热熔挤压焊接法拼接。

5.2 消能防冲设计

下游消能防冲工程主要有消力池陡坡段、消力池水平段和海漫段三部分组成。根据计算确定消力池长23m，深度为1.6m。消力池陡坡段长9.0m，消力池陡坡段采用60cm厚现浇C25钢筋混凝土结构，并设10cm厚C15混凝土垫层，坡度为1：3。消力池底板采用现浇C25钢筋混凝土结构，底板厚60cm，下设为10cm厚C15混凝土垫层，池底设d=5cm排水孔，呈梅花型布置，纵横向间距为2m，排水孔进口设反滤层，消力池末端设尾坎，消力池底板及挡土墙每15m设一道闭孔低发聚乙烯泡沫板伸缩缝。

海漫段，底层采用0.5m厚的铅丝笼块石，末端3.5m范围内为厚1.5m的双层铅丝笼块石，铅丝笼表面现浇C20混凝土15cm厚。

6 结语

本文就淇河1#橡胶坝设计过程进行介绍，明确橡胶坝坝体设计过程。提出防渗及消能防冲设计方案，保证工程设计质量，并为相似工程提供参考。设计过程严把质量关，让本工程实实在在造福人民。