溫涼河橡膠壩基礎(chǔ)底板與防滲排水設(shè)計(jì)

孫士洪

（臨沂市水利工程處，山東 臨沂 276000）

溫涼河治理項(xiàng)目橡膠壩工程位于山東省臨沂沂水縣。溫涼河河道沉積主要為粉土、砂礫以及圓礫，沉積層厚度約為5.4 m，橡膠壩壩址段底部為花崗巖基底。設(shè)計(jì)單跨橡膠壩壩高2.5 m，壩體總長(zhǎng)和底部寬度分別為40.0 m、8.0 m，壩底采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。混凝土底板采用錨固方式，橡膠壩底板厚度設(shè)計(jì)為0.8 m。為增加橡膠壩壩體的穩(wěn)定性，在壩底板前后各設(shè)置一道深度為1.2 m的齒墻。錨固槽數(shù)量為2個(gè)，槽中心間隔為7.1 m，錨固槽長(zhǎng)×寬×深40.0 m×0.03 m×0.23 m。

1 橡膠壩基礎(chǔ)底板設(shè)計(jì)

1.1 底板設(shè)計(jì)

1）底板長(zhǎng)度Ld

式中：L0為橡膠壩壩袋有效周長(zhǎng)，取8.4 m；L1、L2分別為上下游交通道寬度，分別取經(jīng)驗(yàn)值1.5 m、2.0 m。經(jīng)計(jì)算橡膠壩基礎(chǔ)底板長(zhǎng)為8.0 m。

2）底板厚度。橡膠壩底板的厚度一般控制在0.3～0.8 m，其厚度需要滿(mǎn)足底板管道布設(shè)和設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)要求。如地區(qū)有防凍要求或者其他建設(shè)要求，亦可結(jié)合實(shí)際情況適當(dāng)增加底板厚度。本工程確定基礎(chǔ)底板厚度為0.8 m。

3）底板形式。橡膠壩底板有多種形式，包括平底板、折線(xiàn)底板、反拱底板等，需要結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行確定。考慮到橡膠壩建成后對(duì)水流的影響，且實(shí)際應(yīng)用需求，本工程橡膠壩底板采用平底式基礎(chǔ)底板。

4）地下輪廓線(xiàn)。該橡膠壩壩址段底部為花崗巖基底，基礎(chǔ)底板較為穩(wěn)固。橡膠壩建成后上下游水頭差不大，結(jié)合工程錨固槽建設(shè)需求，在橡膠壩底板上下游設(shè)置齒墻，齒墻深度為1.2 m。

1.2 底板應(yīng)力和穩(wěn)定驗(yàn)算

按照正常擋水情況下計(jì)算橡膠壩基本載荷情況，其受力情況如圖1所示。橡膠壩底板應(yīng)力計(jì)算按照彈性基礎(chǔ)梁法進(jìn)行[1-2]。橡膠壩底板長(zhǎng)度和寬度分別為40.0 m、8.0 m，中間設(shè)置一條基礎(chǔ)縫，縫的長(zhǎng)度為19.0 m。分析計(jì)算取1.0 m基礎(chǔ)單元長(zhǎng)度進(jìn)行分析。

圖1橡膠壩底板載荷及計(jì)算示意圖

1）按照受力計(jì)算圖可知，底板垂直方向所受載荷和水平方向所受載荷P1計(jì)算公式分別為：

式中：W1、W2、W3、W4分別為過(guò)壩水、壩體、底板、揚(yáng)壓力值，kN/m；γ為河水容重，N/m3；H為上游水深，m。

2）取橡膠壩底板上游端點(diǎn)，經(jīng)計(jì)算端點(diǎn)受力力矩為985.42 kN，力矩對(duì)底板中心的偏心距為-0.06 m。

3）地基反力平均系數(shù)計(jì)算公式：

式中：δmax、δmin分別為不同時(shí)期地基所受應(yīng)力的最大值和最小值，MPa；計(jì)算得到橡膠壩地基反力平均系數(shù)為1.09，小于安全允許3.0。所設(shè)計(jì)橡膠壩壩體抗滑穩(wěn)定性良好，地基受力情況比較理想，基地壓力在其承載能力范圍內(nèi)，綜合認(rèn)為橡膠壩壩體穩(wěn)定。

4）底板穩(wěn)定性。本工程橡膠壩底板中設(shè)置齒墻，其底板抗滑穩(wěn)性計(jì)算公式為：

式中：Kc為結(jié)構(gòu)的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)；f0為比例系數(shù)，取0.306。

按照基本組合，橡膠壩組合等級(jí)為3級(jí)，其抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)為1.25。而經(jīng)計(jì)算壩體結(jié)構(gòu)的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)為2.37，超過(guò)最低抗滑穩(wěn)定性系數(shù)，橡膠壩基礎(chǔ)底板抗滑穩(wěn)定性滿(mǎn)足要求。

2 橡膠壩防滲排水設(shè)計(jì)

橡膠壩基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)做好防滲排水，壩底防滲排水設(shè)計(jì)需要結(jié)合地質(zhì)條件，兼顧上下游水位差、消能、岸邊構(gòu)筑物設(shè)置等因素，以保障整個(gè)橡膠壩防滲排水體系的完整性。

2.1 地下輪廓線(xiàn)

橡膠壩壩基滲流第一條流線(xiàn)主要是鋪蓋后板樁及壩體底板與地基接觸線(xiàn)的長(zhǎng)度。地下輪廓設(shè)計(jì)需要做好防排水工作，基礎(chǔ)底板上游需要設(shè)置防滲設(shè)施來(lái)延長(zhǎng)滲徑，降低滲透壓力和坡降；下游需要設(shè)置排水設(shè)施，以順利排出滲透水流，避免出現(xiàn)基礎(chǔ)滲透變形的情況。

2.2 上游鋪蓋

上游鋪蓋設(shè)計(jì)應(yīng)首先考慮工程防滲效果，同時(shí)兼顧工程造價(jià)方面因素。通常情況下，鋪蓋長(zhǎng)度設(shè)置為擋水高度的2～4倍或上下游水位差的3～8倍。如若橡膠壩基礎(chǔ)滲透系數(shù)較大，則需要適當(dāng)增加鋪蓋長(zhǎng)度，其值范圍為20～30 m。鋪蓋構(gòu)筑物所使用的材料多為混凝土、漿砌石或黏土，特殊情況亦可選用塑料和橡膠制品。本工程鋪蓋選用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，長(zhǎng)度和厚度分別為20 m、0.4 m。

2.3 海漫

本工程漿砌石結(jié)構(gòu)海漫長(zhǎng)度為50 m，厚度設(shè)置為0.4 m。干砌石海漫長(zhǎng)度設(shè)置為20 m，其下增設(shè)反濾層。同時(shí)為進(jìn)一步降低基礎(chǔ)滲透壓力，設(shè)計(jì)在漿砌石海漫段增加排水孔，排水孔數(shù)量為2個(gè)，可視情況適當(dāng)增加排水孔數(shù)量。

2.4 消力池

護(hù)坦位置應(yīng)低于基礎(chǔ)底板，與底板之間連接采用斜坡段，坡度控制為1∶4。消力池選用鋼筋混凝土或混凝土結(jié)構(gòu)，由于基礎(chǔ)地質(zhì)條件較好，消力池設(shè)計(jì)按照水工建筑物常規(guī)方法進(jìn)行計(jì)算。消力池深度為0.67 m，取0.7 m。消力池長(zhǎng)度為11.13 m，取12 m。

2.5 滲徑驗(yàn)算

土基防滲計(jì)算方法采用直線(xiàn)比例法，滲徑長(zhǎng)度計(jì)算選擇勃萊法。假設(shè)橡膠壩滲透水頭沿輪廓線(xiàn)衰減，且成一定的直線(xiàn)比例關(guān)系，其表達(dá)式為：

式中：L為地下輪廓線(xiàn)長(zhǎng)度，m；L為橡膠壩壩體所受最大水頭差，m；X為濕周，m。根據(jù)式（6）可計(jì)算得到橡膠壩底板相關(guān)點(diǎn)滲壓水頭，進(jìn)而掌握底板滲壓水頭分布情況。壩底基礎(chǔ)土質(zhì)不同，勃萊滲徑系數(shù)也會(huì)產(chǎn)生很大差異。本工程設(shè)計(jì)勃萊滲徑系數(shù)為8，計(jì)算地下輪廓線(xiàn)長(zhǎng)度為44 m。而整個(gè)橡膠壩工程滲徑路徑長(zhǎng)度為53.49 m，超過(guò)地下輪廓線(xiàn)長(zhǎng)度44 m。工程滲徑長(zhǎng)度符合要求，校驗(yàn)防滲結(jié)果滿(mǎn)足安全運(yùn)行要求。

3 結(jié)語(yǔ)

橡膠壩基礎(chǔ)底板穩(wěn)定性和防排水工作是橡膠壩設(shè)計(jì)重要環(huán)節(jié)，溫涼河橡膠壩工程采用平底式基礎(chǔ)底板，并需在底板上下游設(shè)置齒墻，防排水設(shè)施主要包括地下輪廓線(xiàn)、上游鋪蓋、海漫、消力池等。通過(guò)理論校驗(yàn)得到，橡膠壩基底受力較為均勻，壩體穩(wěn)定性良好，且防排水效果滿(mǎn)足安全運(yùn)行要求，可為類(lèi)似工程設(shè)計(jì)提供借鑒。