1、第四章 攔蓄水（橡膠壩）工程設計4.1 基本資料根據河道總體規劃，在浦河河道上修建兩座橡膠壩，分別為仲官村橡膠壩和達蓮堡橡膠壩。現將兩橡膠壩的設計情況分述如下：1、 仲官村橡膠壩位于樁號處，該處的工程地質條件為：兩岸地面耕土層厚0.32m厚；粉土1.41.5m厚；礫砂層厚0.60.8m厚，該層的允許承載力30t/m2 。根據河道設計資料知，仲官村橡膠壩的底高程為66.00m,已達到第四層圓礫層，其承載力為36 t/m2，具有較好基礎特性。 地下水位較高，達66.4m。土壤采用濕容重18.6KN/m3，土壤的內摩擦角為=17º，比重G=2.72，含水率w=25.5%,壓縮系數a=0.4

2、7Mpa-1，壓縮模量Es=3.67Mpa，內聚力c=25Mpa.上游渠道設計流量為239.8m3/s。2、 達蓮堡橡膠壩位于樁號處，其工程地質條件為：兩岸地面耕土層厚0.30.5m厚；中砂0.53.5m厚；粉質粘土0.02.7m；圓礫層厚2.83.2m厚，該層的允許承載力16t/m2 ; 強風化花崗巖，該層的允許承載力50t/m2 。根據河道設計資料知，達蓮堡橡膠壩的底高程為61.05m,在第四層圓礫層。為了使工程長期發揮作用，將第四層土加固處理。 地下水位較高，達m。土壤采用濕容重18.6KN/m3，土壤的內摩擦角為=17º, 比重G=2.72，含水率w=25.5%,壓縮系數a=

3、0.47Mpa-1，壓縮模量Es=3.67Mpa，內聚力c=25Mpa。上游渠道設計流量為252.3m3/s。4.2工程總體布置(一)仲官村橡膠壩1、壩體段壩底板高程為66.00 m ，壩頂高程為69.50 m，橡膠壩高為2.5m，單跨。壩總長為40m，壩底板寬為8m，為鋼筋混凝土結構，考慮到采用的錨固型式，底板厚取為0.8m，下設 10 cm的C10混凝土墊層和20cm的粗沙墊層，底板下面前后各設一道齒墻以增強壩體抗滑穩定性，齒墻深2m。墻底板中間設瀝青木板沉陷縫2cm。兩側為鋼筋混凝土擋土墻，墻高3.5m。錨固槽為30*28cm,長為40m，兩個錨固槽中心距為3.9m.。2、上游防滲鋪蓋段

4、為減少水流對上游的沖刷，采用鋼筋混凝土的防滲鋪蓋，長15m，厚0.4m，上下層配12鋼筋，間距25cm。下設 10 cm的C10混凝土墊層和20cm的粗沙墊層。兩側為鋼筋混凝土擋土墻，墻高3.5m。下設齒墻，前齒深3m、后齒深1.5m，均為鋼筋混凝土結構。在順水方向7.5m處設橫縫，并設齒墻。3、下游陡坡與消能段鑒于總體規劃的要求，從壩底板高程起向下有3m的落差。從穩定的角度考慮，采用陡坡形式連接。陡坡坡比1：4，長17.2m，在中間處設分縫并設齒墻，陡坡開始處也設有齒墻，厚為0.6m。消能段長18m，起始處和中間處設分縫并設齒墻，厚為0.6m，消能段末端設高為1.4m、寬為0.5m的尾坎，尾

5、坎下設齒墻。 消力池水平段設直徑為6cm的排水孔，孔距1.5m，呈梅花狀排列，端頭用鋼絲綁扎兩層無紡布。混凝土標號為200#，面層和底層均配12鋼筋，間距25cm。下鋪設C10混凝土10cm和砂礫10cm。兩側為鋼筋混凝土擋土墻，墻高4.9m。 全長為35.7m，其中陡坡段17.2m，余為18.5m的水平段，厚為0.6m。均為鋼筋混凝土結構。4、下游海漫段為防止過壩水流的剩余能量沖刷河床，在消力池下設海漫工程。海漫總長為30m，分兩段布設。前段是長為10m的埋石混凝土海漫，厚為0.45m，下鋪20cm粗沙，并設3排排水孔，排水孔的規格和排列方式同消力池段；后段是長為20m的干砌石海漫，厚為0.

6、40m,向下鋪設25cm的粗砂。兩側為鋼筋混凝土擋土墻，墻高3.5m。則平面尺寸為壩長40m，順河道方向總長為88.7m，其中上游鋪蓋段15m，壩體段8m，陡坡段與消能段35.7m，海漫段30m。上游鋪蓋、壩底板、消力池、海漫及擋土墻的沉降縫、止水縫位置見設計圖紙，止水縫處設止水。上游擋土墻設止水，下游擋土墻設排水孔。表4-1 仲官村橡膠壩主要工程特性項目名稱數據壩體壩頂高程68.50m底板高程66.00m底板厚度0.8m底板寬8m壩高2.5m壩長40m上游鋼筋混凝土鋪蓋高程66.00m厚度0.40m長度15m下游鋼筋混凝土陡坡與消能段高程61.60m池深1.4m池長18m陡坡長17.2m埋石

7、混凝土海漫高程63.00m厚度0.45m長度10m漿砌石海漫高程63.00m厚度0.40長度20m（二）達蓮堡橡膠壩1、壩體段壩底板高程為61.05 m ，壩頂高程為63.55 m，橡膠壩高為2.5m，單跨。壩總長為40m，壩底板寬為8m，為鋼筋混凝土結構，考慮到采用的錨固型式，底板厚取為0.8m，下設 10 cm的C10混凝土墊層和20cm的粗沙墊層，底板下面前后各設一道齒墻以增強壩體抗滑穩定性，齒墻深2m。墻底板中間設瀝青木板沉陷縫2cm。兩側為鋼筋混凝土擋土墻，墻高5m。錨固槽為30*28cm,長為40m，兩個錨固槽中心距為3.9m.。2、上游防滲鋪蓋段為減少水流對上游的沖刷，采用鋼筋混

8、凝土的防滲鋪蓋，長15m，厚0.4m，上下層配12鋼筋，間距25cm。下設 10 cm的C10混凝土墊層和20cm的粗沙墊層。兩側為鋼筋混凝土擋土墻，墻高3.5m。下設齒墻，前齒深3m、后齒深1.5m，均為鋼筋混凝土結構。在順水方向7.5m處設橫縫，并設齒墻。3、下游消能段壩下游設鋼筋混凝土結構的消力池，全長為14.8m。首段為長4.8m的1：4的陡坡，余為10m的水平段，厚為0.5m。消力池末端設高為0.5m、寬為0.5m的尾坎，尾坎下設齒墻。消力池水平段設直徑為6cm的排水孔5排，孔距1.5m，呈梅花狀排列，端頭用鋼絲綁扎兩層無紡布。混凝土標號為200#，面層和底層均配12鋼筋，間距25c

9、m。下鋪設C10混凝土10cm和砂礫10cm。兩側為鋼筋混凝土擋土墻，墻高4.9m。4、下游海漫段為防止過壩水流的剩余能量沖刷河床，在消力池下設海漫工程。海漫總長為20m，分兩段布設。前段是長為5m的埋石混凝土海漫，厚為0.45m，下鋪20cm粗沙，并設3排排水孔，排水孔的規格和排列方式同消力池段；后段是長為15m的漿砌石海漫，厚為0.40m,向下鋪設25cm的粗砂。兩側為鋼筋混凝土擋土墻，墻高6m。則平面尺寸為壩長40m，順河道方向總長為57.8m，其中上游鋪蓋段15m，壩體段8m，消力池段14.8m，海漫段20m。上游鋪蓋、壩底板、消力池、海漫的沉降縫、止水縫位置見設計圖紙，止水縫處設止水

10、。上游擋土墻設止水，下游擋土墻設排水孔。表4-2 達蓮堡橡膠壩主要工程特性項目名稱數據壩體壩頂高程63.55m底板高程61.05m底板厚度0.8m底板寬8m壩高2.5m壩長40m上游鋼筋混凝土鋪蓋高程61.05m厚度0.40m長度15m下游鋼筋混凝土消力池高程59.85m池深0.7m池長14.8m埋石混凝土海漫高程60.55m厚度0.45m長度5m干砌石海漫高程60.55m厚度0.40長度15m4.3 橡膠壩體設計因兩橡膠壩壩體部分的尺寸和規模相同，故兩橡膠壩的壩袋和錨固設計敘述如下。綜合考慮有關資料，橡膠壩的壩袋采用堵頭式，錨固型式采用楔塊錨固，為了便于施工，采用外錨。4.3.1壩袋設計1、

11、按壩前水深達到設計高度2.5m，壩后無水的情況作為計算的控制條件。壩袋設計的主要設計指標和設計參數：壩高H1=2.5m； 內壓比H0/H1=1.5；壩袋內壓水頭H0=1.5H1=3.75m。2、根據橡膠壩技術規范，利用查表法得袋壁環向拉力T=3.125噸/米2 ； 壩袋上游段弧長S1=3.927m；壩袋下游段弧長S0=4.2142m； 上游壩袋貼底長n=2.5m；下游壩袋貼底長x0=1.0915m；壩袋單寬容積V0=9.002(m3，則壩袋充脹容積為V=9.002*40=360m3；上游袋壁段的曲率半徑R0=2.5m，在上游段其為一常數。下游袋壁的曲率半徑Ri=T/P=T/(H0-H),各段R

12、i的計算結果見下表1；下游壩面曲線段坐標見表2；3、壩袋有效周長L0采用雙錨的壩袋，分為壩袋有效周長LO和底墊片有效周長I0 兩部分。采用查表法計算出：LO=3.927+4.2142=8.1412m ；I0=2.5+1.0915=3.5915m壩袋和底墊片加工時，需加上錨固所需長度L，楔塊錨固所需長度為1.6m。則壩袋實際周長： 壩袋L=9.74m；底墊片I=5.19m4、壩袋強度安全系數K：根據工程的重要性和制造廠家的實際條件，選用壩袋膠布型號J180140-2,其徑向強度為360KN/m,緯向強度為280KN/m，則安全系數為K=360/31.25=11.52,按要求計算K值應大于4以上，

13、完全滿足強度要求。5、壩袋結構設計按橡膠壩技術指南壩袋膠布技術設計，選用二布三膠。內層膠厚為1mm，夾層膠厚為0.5mm，表層膠厚為2mm，骨架材料為錦綸帆布二層，單層厚為1.3mm，設計壩袋總厚度為6.1mm。堵頭膠布選用一布二膠，壩袋徑向強度為180KN/m，緯向強度為140KN/m。堵頭與壩袋的交角處，需加固處理。在壩袋與底墊片之間，應夾一層海綿止水膠，確保壩袋在安裝后，達到密封不漏水。表4-3 下游袋壁曲率半徑Ri計算結果序號Hi(m)Pi=(H0-H)（噸/米）T(噸/米)Ri=T/Pi(米)12.251.383.1252.2622.001.633.1251.9231.751.883

14、.1251.6641.502.133.1251.4751.252.383.1251.3161.002.633.1251.1970.752.883.1251.0980.503.133.1251.0090.253.383.1250,92100.003.633.1250.86注：Hi是等分點高度；H是每等分段中點高度，也是以Ri為半徑的圓弧段的起點。表4-4 下游壩面曲線段坐標X(米)1.0911.53171.69071.7951.86951.92021.95271.96921.97121.9595Y(米)00.1250.250.3750.50.6250.750.8751.001.1251.9341

15、.89471.8411.77171.6851.5781.44651.28251.0710.77401.251.3751.51.6251.751.8752.002.1252.252.3752.56、壩袋總面積F=9.74×40+9.002×2+0.9×40+0.7×40+0.9×3.6=474.84 m2； 底墊片總面積f=(3.59+1.8)×（40+1.8）=225.4m2 ，海綿止水膠厚10mm，要求寬為200mm，總長為41.8+41.8+10.4=94m4.3.2 錨固結構設計1、 錨固結構的選定，常用的錨固結構型式，大致有螺

16、栓壓板錨固、楔塊擠壓錨固及膠囊充水錨固等。根據經濟及就地取材加工方便等條件，確定選用比較經濟耐久的楔塊擠壓錨固型式。2、 楔塊錨固設計（1）錨固槽 參照橡膠壩技術指南附錄四，有關楔塊錨固計算方法及經驗數據，選定為靴型錨固槽。其尺寸為：槽深280mm，槽寬300mm，凹槽深80mm。兩端側墻壩袋堵頭處的錨固槽的設計，為了改善壩袋堵頭與岸墻的受力狀態，將兩側的錨固槽寬縮小，上口寬度150mm，槽深280mm，凹槽深80mm。（2）楔塊 楔塊的斷面形狀為梯形。為了敘述方便，將楔塊分為A、B、C、D四種楔塊，其中C、D楔塊為側墻錨固楔塊，D楔塊為木制。各楔塊尺寸分述如下： A楔塊又稱前楔塊，上邊寬10

17、0mm，底邊寬160mm，高為270mm，楔塊長590mm，總需量132塊。另有2塊長為390mm的楔塊。B楔塊又稱后楔塊，上邊寬166mm，底邊寬115mm，高為230mm，楔塊長190mm，總需量300塊。C楔塊，上邊寬70mm，下邊寬130mm，高為270mm，楔塊長390mm，總需量18塊。D楔塊，上邊寬107mm，底邊寬56mm，高為230mm，楔塊長190mm，總需量36塊。在橡膠壩工程運用中，楔塊承受的是正壓力，可不必配筋，但在楔塊搬運及施工安裝中，需將前后楔塊斜面吻合貼緊，需用鐵錘擊打，其次A楔塊較B楔塊長，而B楔塊是間隔放上打緊，此時前楔塊受彎，為了不致破壞，故在楔塊中配有1

18、0的縱向鋼筋和10的鋼箍。(3)壓軸 常用的壓軸是圓木制造，比較費工。為提高工效，在保證使用的前提下，選用25的鋼管，長為4m，總需求量為17根。4.3.3 充排水系統設計 橡膠壩的充排水系統，是由水泵、水池、管道和閘閥組成。壩袋充水過程是用水泵抽井水入水池，打開閘閥，水通過管道進入并充起壩袋；需要壩袋坍平時，則將壩袋內的水排出。排水型式采用自排和強排相結合的辦法：自排是打開排水閥，壩袋內的水通過管道排入下游河道；強排是用水泵將水池內的水抽出，通過溢流口排入下游河道。1、 水池結構設計水池為長方形，寬為2.0m,長為2.8m,壁厚0.25m，高5.05m。水池與閘室相連，為鋼筋混凝土結構。配筋

19、土如設計圖紙示。2、 充排水管路設計充入橡膠壩的水源為井水。在壩軸線上游處打一口管井，出水量240m3/h。安裝250QJ230-2/1型潛水泵，配套電機YQS(U)200-22，將井水抽入水池中，靠水池與橡膠壩水位差，將水壓入壩袋并將其充起。充水時間為360/240=1.5小時。排水管出口設在消力池段。充水管用200PVC管，排水管用200鋼管。排水方式采用自排和強排相結合的方式。4.4 水工建筑物設計4.4.1 橡膠壩底板和防滲鋪蓋設計1、 設計條件 上游擋水位68.50m，下游水位與消力池坎高程相同為65.50m，以次為計算控制條件。2、 壩底壩長度及厚度計算（1） 參見橡膠壩技術指南基

20、礎底板長度由下式確定。 式中：L0壩袋有效周長；L1上游交通橋寬度，取為1.5m； L2下游交通橋寬度。計算結果：壩底板長度為8m.。壩底板厚度根據橡膠壩技術指南和采用的錨固型式取為0.8m。3、 防滲長度計算和鋪蓋尺寸選擇 根據水閘設計規范，擬定防滲長度。（1）達蓮堡橡膠壩 按勃萊法計算滲徑L=C×H=8×3=24m.式中C勃萊滲徑系數，中砂為8；H壩體承受的最大水頭差。L防滲長度，即壩基輪廓線防滲部分。整個工程滲徑長度從鋪蓋前沿到消力池坡腳處，其防滲長度為33m>24m即滲徑長度滿足要求。（2）仲官村橡膠壩 按勃萊法計算滲徑L=C×H=8×5.

21、5=44m。整個工程滲徑長度從鋪蓋前沿到消力池坡腳處，其防滲長度為50m>44m。即滲徑長度滿足要求。4、 底板抗滑穩定計算按基礎輪廓底板寬8m，鋼筋混凝土底板厚0.8m進行穩定計算。采用表層抗滑穩定驗算公式 式中Kc計算抗滑穩定安全系數；f壩基地面與基土之間的摩擦系數，參照水閘設計規范，基礎為中砂，取f =0.45。 作用在壩底板上的全部向豎荷載之和（KN）。作用在壩底板上的全部水平荷載之和。Kc基礎底面容許抗滑穩定安全系數，由規范得知： 三級建筑Kc=1.25 。經計算砂山橡膠壩底板抗滑穩定安全系數 Kc=1.42>Kc=1.25且橡膠壩底板下設置了前后齒墻，更增加了抗滑性。4

22、、壩基底壓力計算，壩基底壓力的最大值與最小值Pmax、Pmin由下式確定： 式中：A壩底面積（m2），取單寬1m計算。B壩底面寬度。e偏心矩。 式中：底板上游端點b取矩之和。作用在壩底板上的全部豎向荷載之和（KN）。則壩基底壓力不均勻系數： 1.04<=2通過上述計算結果表明，壩底的抗滑穩定，基底壓力不均勻系數，均小于規范允許值，基底壓力均小于地基允許承載力，故壩體穩定。5、底板結構計算采用彈性地基梁法計算底板內力，然后進行配筋計算。由計算知壩底板可按構造配筋。見設計圖紙。6、上游防滲鋪蓋根據以上壩基防滲要求，經計算防滲鋪蓋長度為15m ，鋪蓋頂高程為66.00m，采用鋼筋混凝土結構，厚

23、0.4m。前齒設為3m，以滿足防滲要求。4.5 下游消力池工程設計4.5.1壩頂溢流水力計算對于有溢流要求的橡膠壩，溢流時嚴禁壩袋在共振區運行：溢流水深應按下游水深、溢流時壩高、將溢流水深控制在一定的范圍，為了減少壩袋頻繁起落和壩袋不發生共振，壩頂溢流水深最大控制在0.3m：當溢流水深超過0.3m，需壩頂單孔泄洪，在不同壩高的溢流量按下列公式計算： 式中：堰流側收縮系數淹沒系數m流量系數B單孔泄流橡膠壩寬40mh0計入行進流速水頭的堰頂水頭，m根據已建壩的經驗，堰流公式采用： 壩高2.5m時的允許過流量Q為11.06m3/s；坍壩后的最大流量227.1 m3/s。4.5.2陡坡與消力池 （一）

24、仲官村橡膠壩建在河道上的橡膠壩，一般都采用水躍消能。結合陡坡設計方法，確定坡比和設計流量。1、陡坡坡比的確定根據: 式中土壤的內摩擦角，取17° 陡坡的坡度取坡比1：42設計流量的確定計算設計流量Qd的方法如下：在橡膠壩坍落過程中，假定上游水位不變的情況下，選取多個流量分別求出其相應的躍后水深h2，并用它和下游水深h下比較，則（h2-h下）的最大值對應的流量即為設計流量。經多次試算，計算結果見表4-5。表4-5 設計流量的計算過程表壩高（m）Qd（m3/s）qd（m2/s）h2（m）h下（m）h2-h下（m）2.511.10.2770.830.40.432.048.21.2041.6

25、70.850.821.867.31.6831.950.960.981.31243.0922.581.381.191.01634.0652.951.651.30.52355.8713.52.151.340.03157.8863.982.51.47 從上表可以看出（h2-h下）的最大值1.47對應的流量即為設計流量Qd =315m3/s，單寬設計流量qd=7.886 m2/s。3、消力塘塘深計算采用的公式如下： d=h2-（h下+Z）式中 水躍淹沒系數，取=1.05； q 單寬流量(m2/s)； 流速系數，可近似取1.0； Fr1躍遷斷面的水流佛勞德數， 臨界水深 利用水力學附圖查表確定躍后水深h

26、2。 d=1.05×3.98-(2.5+0.279)=1.4m 取d=1.4m 4、消力塘長度L L=4.5h2=4.5*3.98=17.91m 取L=18m消能塘底板厚度取為0.6m，消能塘底板高程為61.60m，橡膠壩底板高程66.00m。陡坡段長17.2m，以1：4的陡坡，將消能塘與壩底板連接，以下18m為水平段，尾坎高1.4m,下設0.5m深的齒墻。陡坡與消能塘采用鋼筋混凝土結構，混凝土標號為200#，面層和底層均配12鋼筋，間距25cm：在消能塘水平段內設排水孔，孔徑6cm，孔距1.5m，呈梅花形排列，管端用鋼絲綁扎兩層無紡布。（二）達蓮堡橡膠壩達蓮堡橡膠壩的陡坡與消能塘的

27、設計方法同仲官村橡膠壩。計算結果如下： 塘深d=0.7m，消能塘水平段長L=9.5m。消能塘底板厚度取為0.5m，消能塘底板高程為59.85m，橡膠壩底板高程61.05m。陡坡段長4.8m，以1：4的陡坡，將消能塘與壩底板連接，以下9.5m為水平段，尾坎高0.7m,下設0.5m深的齒墻。陡坡與消能塘采用鋼筋混凝土結構，混凝土標號為200#，面層和底層均配12鋼筋，間距25cm：在消能塘水平段內設排水孔，孔徑6cm，孔距1.5m，呈梅花形排列，管端用鋼絲綁扎兩層無紡布。4.5.3海漫工程設計（一）仲官村橡膠壩過壩水流經消能塘水躍消能后，為了避免剩余的水流能量，回淘消能塘底板和沖刷下游河床。故在消

28、力池以下應設置海漫工程.海漫工程設計的長度取為30m,海漫厚度取為0.40.5m 。為了增加抗沖能力，前10m 采用埋石混凝土厚為0.45m ，下鋪20cm的粗沙。內設排水孔，孔徑6cm ，間距1.5m,呈梅花狀排列；后20m 為干砌石，下鋪25cm的粗沙。（二）達蓮堡橡膠壩過壩水流經消能塘水躍消能后，為了避免剩余的水流能量，回淘消能塘底板和沖刷下游河床。故在消力池以下應設置海漫工程.海漫工程設計的長度取為20m,海漫厚度取為0.40.5m 。為了增加抗沖能力，前5m 采用埋石混凝土厚為0.45m ，下鋪20cm的粗沙。內設排水孔，孔徑6cm ，間距1.5m,呈梅花狀排列；后15m 為干砌石，

29、下鋪25cm的粗沙。4.5.4 邊墻設計邊墻采用懸臂式鋼筋混凝土擋土墻，混凝土標號為200# 。邊墻截面形式分為兩種。按擋土高度 3.54.9m 、水位2m 荷載設計。土壓力采用郎金土壓強計算:P主動土壓強（T / m2）填土內摩擦角，取=30or填土容重取=1.7T/m3y計算點在表面以下的深度（m）因邊墻與壩底板、鋪蓋或消力池相接，故不可能發生滑動破壞，所以不進行抗滑穩定計算。因懸臂擋土墻較輕，地基為中砂，承載較大，地基承載力滿足要求。邊墻抗傾覆穩定計算和配筋計算結果見下表4-5。表4-6 邊墻抗傾覆穩定計算和配筋計算結果擋土高度H （m）穩定力矩M（T-m）傾倒力矩M （T-m）抗傾倒安全系數 K最大彎距 （T-m）受力筋面積A（cm） 4.9 124.8 28.14 4.43 21.23 25.3 3.532.64 8.11 4.00 6.16 11.34.6 工程