五蓮潮白河橡膠壩工程設(shè)計(jì)

李云勛，付大慶，王玉良

（1.濰坊市水利建筑設(shè)計(jì)研究院，山東 濰坊 261031；2.濰坊市峽山水庫(kù)管理局，山東 濰坊 261323）

潮白河位于五蓮縣東南部，主河道斜穿戶部、叩官、潮河3鄉(xiāng)鎮(zhèn)，出縣境入膠南市，直奔黃海。2008年，潮白河左堤自戶部鄉(xiāng)王家大村至潮河鎮(zhèn)劉官莊村段以堤代路成為334省道的一段，堤頂拓寬到25.0 m，修建后的此段河道左堤防洪標(biāo)準(zhǔn)高于20年一遇。潮白河在五蓮縣境內(nèi)總長(zhǎng)13.575 km，中泓樁號(hào)20+740～34+315，現(xiàn)狀河道平均干流比降為0.003 7。

1 橡膠壩規(guī)劃指標(biāo)

橡膠壩(中泓樁號(hào)24+400)采用雙錨、枕式、充水式壩型，設(shè)計(jì)壩高3.5 m，雙節(jié)壩袋。設(shè)計(jì)指標(biāo)見表1。

表1 橡膠壩規(guī)劃設(shè)計(jì)指標(biāo)表

2 橡膠壩壩袋和壩底板設(shè)計(jì)

2.1 壩袋設(shè)計(jì)

橡膠壩共2節(jié)壩袋，單孔壩長(zhǎng)50 m，壩高3.5 m。壩袋設(shè)計(jì)工況為上游正常水位與壩頂齊平、下游無(wú)水的情況。

1）壩袋參數(shù)。經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，本工程壩袋內(nèi)外壓比α選用1.4。壩袋各參數(shù)值如下：壩袋徑向壓力T=55.13 kN/m；壩袋上游壩面弧長(zhǎng)S1=5.747 m，壩袋下游壩面弧長(zhǎng)S0=6.017 m；壩袋上游貼地長(zhǎng)度n=3.913 m，壩袋下游貼地長(zhǎng)度X0=1.748 m；壩袋上游壩面弧半徑R=3.938 m；壩袋單寬容積V=19.02 m3/m；雙錨壩袋有效周長(zhǎng)L0=11.764 m；底墊片有效長(zhǎng)度L=5.661 m。壩袋膠布型號(hào)選為J260240-2，壩袋徑向強(qiáng)度安全系數(shù)K=9.43＞8，符合《橡膠壩技術(shù)規(guī)范》規(guī)定，滿足設(shè)計(jì)要求。

2）壩袋錨固設(shè)計(jì)。枕式壩袋上、下游及兩端頭共設(shè)4條錨固線，均勻布置在底板上。壩袋錨固采用螺栓壓板式，螺栓間距200 mm，材質(zhì)為16錳鋼，直徑d≥30 mm，螺栓埋置深度Lm＞600 mm，且加彎鉤。

2.2 底板設(shè)計(jì)

底板順?biāo)鞣较虻拈L(zhǎng)度是壩袋塌落寬度與上、下游壩袋的安裝、檢查、維修等所需寬度之和，Ld=L+L1+L2+2L3=10.72 m，本工程取11 m。

本工程底板厚0.6 m，采用C25混凝土澆筑，下設(shè)0.1 m厚的C10混凝土墊層。為減少過壩推移質(zhì)隨水流卷進(jìn)壩袋底部磨損壩袋，底板高程高于鋪蓋0.2 m，出于防滑防滲的需要，底板上、下游均設(shè)齒墻。

壩袋穩(wěn)定和基底壓力計(jì)算工況為設(shè)計(jì)工況，即上游水位與設(shè)計(jì)壩頂齊平、下游無(wú)水情況。取小底板1.0 m寬板條進(jìn)行荷載計(jì)算，得到底板抗滑穩(wěn)定系數(shù)Kc=1.39＞[Kc]=1.25；底板抗浮系數(shù) Kf=3.74＞[Kf]=1.1；最大基底壓力Pmax＝39 kPa，最小基底壓力Pmin=24.67 kPa，地基應(yīng)力不均勻系數(shù) η=1.58＜[η]=2.0，滿足要求。

3 邊墩和中墩設(shè)計(jì)

3.1 邊墩設(shè)計(jì)

邊墩橫剖面型式為重力式擋土墻，墻高5.0 m，底寬5.49 m，頂寬1.0 m，邊墩臨水面、背水面均為鉛垂直面。

邊墩設(shè)計(jì)以邊墩臨水面無(wú)水的最不利工況進(jìn)行穩(wěn)定驗(yàn)算和應(yīng)力分析。通過計(jì)算得，底板抗滑穩(wěn)定系數(shù) Kc=2.76＞[Kc]=1.25；最大基底壓力 Pmax＝82.45 kPa，最小基底壓力Pmin＝40.05 kPa，地基應(yīng)力不均勻系數(shù)η=2.05＞[η]=2.0，此工況基本為施工工況，不均勻系數(shù)稍大。

3.2 中墩設(shè)計(jì)

中墩橫剖面型式為重力式擋土墻，墻高5.0 m，底寬6.98 m，頂寬1.0 m。中墩的最不利工況為橡膠壩一孔塌壩泄洪，另一孔正常擋水，即壩袋充脹高度3.5 m。通過計(jì)算其抗滑穩(wěn)定及基底應(yīng)力得，抗滑穩(wěn)定系數(shù) Kc=1.74＞[Kc]=1.25；最大基底壓力 Pmax＝49.9 kPa，最小基底壓力Pmin＝36.7 kPa，地基應(yīng)力不均勻系數(shù)η=1.36＜[η]=2.0，滿足要求。

4 橡膠壩消能防沖和防滲設(shè)計(jì)

4.1 消能防沖設(shè)計(jì)

橡膠壩所在河道防洪標(biāo)準(zhǔn)為20年一遇，壩址處河流20年一遇洪水流量為640 m3/s，洪水位42.3 m。

1）河道情況。潮白河寬約140 m，其中主河槽寬約65 m，河底高程38.7 m，灘地寬約60 m，高程40.6～41.6 m，主河槽河床為中粗砂，灘地為中粗砂。

2）壩頂溢流水力計(jì)算。為減少壩袋頻繁起落，允許壩頂在一定水深范圍內(nèi)溢流，溢流水深最大控制在0.5 m。當(dāng)溢流水深超過0.5 m時(shí)，即塌壩泄流，泄流能力按寬頂堰過流公式計(jì)算。

橡膠壩流量系數(shù)介于寬頂堰與曲線實(shí)用堰之間，壩袋完全塌平時(shí)，可視作寬頂堰，流量系數(shù)m=0.33～0.36；壩袋充脹到設(shè)計(jì)高度時(shí)，可視作曲線實(shí)用堰，流量系數(shù) m=0.36～0.45。

在上游水位42.9 m不變的情況下，不同壩高泄流量與下游水位的關(guān)系如表2。

表2 不同壩高泄流量與下游水位關(guān)系表

3）消能計(jì)算。橡膠壩消能計(jì)算分立壩溢流與塌壩泄洪兩種工況。消力池長(zhǎng)度和深度計(jì)算如表3所示。

表3 消力池長(zhǎng)度和深度計(jì)算表

通過計(jì)算得，海漫長(zhǎng)度Lk=22 m，下游海漫末端沖刷深度dm=2.5 m。

4.2 防滲工程

壩上游設(shè)置防滲鋪蓋，壩底板下設(shè)置水泥攪拌樁，消力池里布置排水設(shè)施。地基的滲徑長(zhǎng)度大于其最小安全防滲長(zhǎng)度，滲透穩(wěn)定則滿足要求。最小安全防滲長(zhǎng)度為18 m，而橡膠壩實(shí)際設(shè)置滲徑長(zhǎng)度為45.3 m，所以防滲設(shè)計(jì)滿足要求。

5 結(jié)語(yǔ)

潮白河橡膠壩所在河道屬于山區(qū)季節(jié)性河流，匯流時(shí)間短，地質(zhì)條件為厚砂礫層地基，因此對(duì)壩的穩(wěn)定、防滲、消能提出了不同的要求。目前，該壩即將投入使用并接受檢驗(yàn)。在運(yùn)行過程中將繼續(xù)對(duì)其運(yùn)行狀況、水流流態(tài)等做進(jìn)一步的觀測(cè)和分析。