溫涼河水源工程橡膠壩方案設(shè)計

邵澤斌

（費縣水利工程保障中心，山東 費縣 273400）

1 引言

擋水建筑物是水源工程建設(shè)的重要部分，擋水建筑的合理性、安全性對水源工程的安全、效益影響較大。因此，在工程設(shè)計階段比選適宜的方案非常必要。橡膠壩是目前常用的擋水建筑物，施工簡便、造價低，在多項工程中得到了應(yīng)用了，積累豐富的經(jīng)驗。費縣溫涼河新時代水源工程建設(shè)旨在改善區(qū)域水資源短缺問題，促進當?shù)亟?jīng)濟發(fā)展，同時具有一定的防洪、生態(tài)效益。新時代水源工程建設(shè)需要充分考慮景觀、造價等多個因素，工程重要性等級較高。

2 建筑物選型

2.1 橡膠壩方案

橡膠壩布置在主河槽內(nèi)，總寬度121.20 m，單節(jié)凈寬60 m，共2 節(jié)；橡膠壩壩底板高程93.50 m，壩高3.50 m，設(shè)計內(nèi)壓比1.30，橡膠壩順水流方向總長度75 m（包括防沖槽），其中上游防沖槽長5 m；鋪蓋長10 m；壩底板長14 m；消力池陡坡段長7 m；消力池水平段長16 m；海漫長15 m；下游防沖槽長8 m。控制段部分由壩袋、底板及錨固系統(tǒng)、中邊墩等部分組成，通過壓板將壩袋錨固在鋼筋混凝土底板及中墩、邊墩的斜坡上，底板頂高程93.50 m，中墩立板厚1.20 m，墩頂高程97.50 m。橡膠壩上、下游連接段均采用C25 連鎖式混凝土預(yù)制塊護坡，充排水泵站及管理設(shè)施布置于左岸。

2.2 攔河閘方案

攔河閘總寬109.20 m，單孔凈寬8 m，共12 孔，中墩、邊墩立板厚1.20 m，順水流方向長74.50 m（包括防沖槽），其中鋪蓋長15 m；閘室長13.50 m；消力池陡坡段長7 m；消力池水平段16 m，下游海漫15 m，下游防沖槽8 m。閘室底板頂高93.50 m，閘墩頂高104.50 m。兩種方案對比見表1。

表1 建筑物型式方案優(yōu)缺點對比表

綜合比較建筑物在行洪要求、景觀效果、阻水程度、施工、運行管理及工程投資等幾方面的特征可知，橡膠壩雖然有壩袋壽命短、后期更換壩袋費用高、升壩塌壩時間相對較長等缺點，但在總體上優(yōu)于攔河閘方案，因此設(shè)計最終選定方案Ⅰ，即橡膠壩方案作為此工程攔河建筑物的型式。

3 水位推求

設(shè)計水面線推求的河槽糙率，采用了已獲山東省水利廳批復(fù)的《臨沂市費縣祊河左岸治理工程初步設(shè)計》中的成果，即河道主槽糙率n1=0.032，灘地糙率n2=0.065。

根據(jù)河道規(guī)劃橫斷面資料，以下游溫涼河入祊河口處（中泓樁號0+000）為起始斷面，以該斷面處的水位作為起始水位，根據(jù)不同流量，采用恒定非均勻流推算河道水面線。計算得到擬建壩址處20 年一遇設(shè)計洪水流量1 770 m3/s，洪水位100.62 m；壩址處50 年一遇設(shè)計洪水流量3 205 m3/s，洪水位103.66 m。

4 閘孔總凈寬、特征洪水位的確定

壩址處河道主槽寬約60～100 m，河底高程93.10～94.30 m。左岸灘地高程95.50～96 m，右岸灘地高程96 m。將橡膠壩滿河槽布置，擬定單孔凈寬60 m，共2孔，總凈寬120 m，壩址處左岸灘地寬24 m，右岸灘地寬25 m；橡膠壩泵站回填高地處于左岸灘地，緊靠堤防內(nèi)側(cè)布置，考慮其影響后的左岸實際灘地寬度為8 m。此次計算按照灘地過流情況進行，20年一遇洪水及50 年一遇洪水壩下水位分別為100.62 m，103.66 m，建筑物總凈寬計算公式：

式中：B0閘孔凈寬（m）；Q過閘流量（m3/s）；μ0綜合流量系數(shù)；H0堰上水深（m）；hs下游水深（m）。

閘室總凈寬計算結(jié)果見表2。

表2 橡膠壩總凈寬計算結(jié)果（上下游水位差0.10 m）表

計算結(jié)果表明橡膠壩總凈寬120 m 是合理的?？紤]灘地過流，左岸橡膠壩泵站高地影響后，重新計算的上下游水位差分別為：20年一遇洪水過閘水位差0.12 m，50年一遇洪水過閘水位差0.19 m。

特征洪水位計算結(jié)果：P=5%工況下壩下游洪水位100.62 m、上、下游水位差0.12 m、建壩后上游洪水位100.74 m。P=2%工況下壩下游洪水位103.66 m、上、下游水位差0.19 m、建壩后上游洪水位103.85 m。

5 橡膠壩設(shè)計

5.1 壩袋設(shè)計

見圖1，徑向強度計算：

圖1 壩袋設(shè)計圖

式中：T徑向強度，kN/m；γ水的容重；α內(nèi)壓比，α=1.30；H1設(shè)計壩高，H1=3.50 m。

經(jīng)計算：T=49 kN/m。壩袋有效長度：L0=12.35 m；壩袋容積：壩袋單寬容積V=21.07 m3/m；一節(jié)壩袋容積V=1 264.20 m3；壩袋總?cè)莘eV=2 528.40 m3。

橡膠壩底板順水流向長度按下式計算。

單向坍落：

式中：Ld底板順水向長度，m；L壩袋底墊片有效長度，m；L1、L2安、檢通道，取1.50 m；L3貼地長度，m；L0有效周長，m。

經(jīng)計算Ld=12.87 m，取14 m。

5.2 壩室穩(wěn)定計算

壩室基礎(chǔ)坐落在礫質(zhì)粗砂上，基底摩擦系數(shù)采用0.30，承載力120 kPa。見圖2。

計算工況與荷載：①正常蓄水期，需要考慮自重、壩袋水重、壩袋上游水重、靜水壓力、揚壓力、浪壓力等。②充水實驗期，需要考慮自重、壩袋水重。③地震期，需要考慮自重、壩袋水重、壩袋上游水重、靜水壓力、揚壓力、浪壓力、地震荷載等。

計算公式：

圖2 壩室穩(wěn)定計算簡圖

式中：σmaxmin閘室基底應(yīng)力；∑G 閘室全部豎向荷載（kN）；A閘基面積（m2）；∑M力矩（kN·m）；W截面矩（m3）；Kc抗滑安全系數(shù)；f 摩擦系數(shù)，取0.45；∑G、∑H所有豎向、水平向荷載之和。經(jīng)計算橡膠壩壩室整體穩(wěn)定滿足要求。

6 結(jié)論

結(jié)合新時代水源工程的實際情況，選取橡膠壩、擋水閘進行比選，采用橡膠壩方案具有投資低、施工簡便、景觀效果好等優(yōu)勢，作為推薦方案。根據(jù)工程經(jīng)驗、規(guī)范要求，計算橡膠壩壩袋尺寸，同時對橡膠壩的安全性進行分析計算，結(jié)果表明：橡膠壩穩(wěn)定性均滿足相關(guān)規(guī)范要求。