温凉河橡胶坝基础底板与防渗排水设计

孙士洪

（临沂市水利工程处，山东 临沂 276000）

温凉河治理项目橡胶坝工程位于山东省临沂沂水县。温凉河河道沉积主要为粉土、砂砾以及圆砾，沉积层厚度约为5.4 m，橡胶坝坝址段底部为花岗岩基底。设计单跨橡胶坝坝高2.5 m，坝体总长和底部宽度分别为40.0 m、8.0 m，坝底采用钢筋混凝土结构。混凝土底板采用锚固方式，橡胶坝底板厚度设计为0.8 m。为增加橡胶坝坝体的稳定性，在坝底板前后各设置一道深度为1.2 m的齿墙。锚固槽数量为2个，槽中心间隔为7.1 m，锚固槽长×宽×深40.0 m×0.03 m×0.23 m。

1 橡胶坝基础底板设计

1.1 底板设计

1）底板长度Ld

式中：L0为橡胶坝坝袋有效周长，取8.4 m；L1、L2分别为上下游交通道宽度，分别取经验值1.5 m、2.0 m。经计算橡胶坝基础底板长为8.0 m。

2）底板厚度。橡胶坝底板的厚度一般控制在0.3～0.8 m，其厚度需要满足底板管道布设和设计结构要求。如地区有防冻要求或者其他建设要求，亦可结合实际情况适当增加底板厚度。本工程确定基础底板厚度为0.8 m。

3）底板形式。橡胶坝底板有多种形式，包括平底板、折线底板、反拱底板等，需要结合实际情况进行确定。考虑到橡胶坝建成后对水流的影响，且实际应用需求，本工程橡胶坝底板采用平底式基础底板。

4）地下轮廓线。该橡胶坝坝址段底部为花岗岩基底，基础底板较为稳固。橡胶坝建成后上下游水头差不大，结合工程锚固槽建设需求，在橡胶坝底板上下游设置齿墙，齿墙深度为1.2 m。

1.2 底板应力和稳定验算

按照正常挡水情况下计算橡胶坝基本载荷情况，其受力情况如图1所示。橡胶坝底板应力计算按照弹性基础梁法进行[1-2]。橡胶坝底板长度和宽度分别为40.0 m、8.0 m，中间设置一条基础缝，缝的长度为19.0 m。分析计算取1.0 m基础单元长度进行分析。

图1橡胶坝底板载荷及计算示意图

1）按照受力计算图可知，底板垂直方向所受载荷和水平方向所受载荷P1计算公式分别为：

式中：W1、W2、W3、W4分别为过坝水、坝体、底板、扬压力值，kN/m；γ为河水容重，N/m3；H为上游水深，m。

2）取橡胶坝底板上游端点，经计算端点受力力矩为985.42 kN，力矩对底板中心的偏心距为-0.06 m。

3）地基反力平均系数计算公式：

式中：δmax、δmin分别为不同时期地基所受应力的最大值和最小值，MPa；计算得到橡胶坝地基反力平均系数为1.09，小于安全允许3.0。所设计橡胶坝坝体抗滑稳定性良好，地基受力情况比较理想，基地压力在其承载能力范围内，综合认为橡胶坝坝体稳定。

4）底板稳定性。本工程橡胶坝底板中设置齿墙，其底板抗滑稳性计算公式为：

式中：Kc为结构的抗滑稳定安全系数；f0为比例系数，取0.306。

按照基本组合，橡胶坝组合等级为3级，其抗滑稳定安全系数为1.25。而经计算坝体结构的抗滑稳定安全系数为2.37，超过最低抗滑稳定性系数，橡胶坝基础底板抗滑稳定性满足要求。

2 橡胶坝防渗排水设计

橡胶坝基础结构设计应做好防渗排水，坝底防渗排水设计需要结合地质条件，兼顾上下游水位差、消能、岸边构筑物设置等因素，以保障整个橡胶坝防渗排水体系的完整性。

2.1 地下轮廓线

橡胶坝坝基渗流第一条流线主要是铺盖后板桩及坝体底板与地基接触线的长度。地下轮廓设计需要做好防排水工作，基础底板上游需要设置防渗设施来延长渗径，降低渗透压力和坡降；下游需要设置排水设施，以顺利排出渗透水流，避免出现基础渗透变形的情况。

2.2 上游铺盖

上游铺盖设计应首先考虑工程防渗效果，同时兼顾工程造价方面因素。通常情况下，铺盖长度设置为挡水高度的2～4倍或上下游水位差的3～8倍。如若橡胶坝基础渗透系数较大，则需要适当增加铺盖长度，其值范围为20～30 m。铺盖构筑物所使用的材料多为混凝土、浆砌石或黏土，特殊情况亦可选用塑料和橡胶制品。本工程铺盖选用钢筋混凝土结构，长度和厚度分别为20 m、0.4 m。

2.3 海漫

本工程浆砌石结构海漫长度为50 m，厚度设置为0.4 m。干砌石海漫长度设置为20 m，其下增设反滤层。同时为进一步降低基础渗透压力，设计在浆砌石海漫段增加排水孔，排水孔数量为2个，可视情况适当增加排水孔数量。

2.4 消力池

护坦位置应低于基础底板，与底板之间连接采用斜坡段，坡度控制为1∶4。消力池选用钢筋混凝土或混凝土结构，由于基础地质条件较好，消力池设计按照水工建筑物常规方法进行计算。消力池深度为0.67 m，取0.7 m。消力池长度为11.13 m，取12 m。

2.5 渗径验算

土基防渗计算方法采用直线比例法，渗径长度计算选择勃莱法。假设橡胶坝渗透水头沿轮廓线衰减，且成一定的直线比例关系，其表达式为：

式中：L为地下轮廓线长度，m；L为橡胶坝坝体所受最大水头差，m；X为湿周，m。根据式（6）可计算得到橡胶坝底板相关点渗压水头，进而掌握底板渗压水头分布情况。坝底基础土质不同，勃莱渗径系数也会产生很大差异。本工程设计勃莱渗径系数为8，计算地下轮廓线长度为44 m。而整个橡胶坝工程渗径路径长度为53.49 m，超过地下轮廓线长度44 m。工程渗径长度符合要求，校验防渗结果满足安全运行要求。

3 结语

橡胶坝基础底板稳定性和防排水工作是橡胶坝设计重要环节，温凉河橡胶坝工程采用平底式基础底板，并需在底板上下游设置齿墙，防排水设施主要包括地下轮廓线、上游铺盖、海漫、消力池等。通过理论校验得到，橡胶坝基底受力较为均匀，坝体稳定性良好，且防排水效果满足安全运行要求，可为类似工程设计提供借鉴。