橡膠壩錨固堵頭的設(shè)計(jì)

鄧俊鋒

(江西省靖安縣水務(wù)局，江西 宜春 330600)

1 工程概況

潦河是修河水系的主要支流，分南潦河、北潦河，其中北潦河又分南北兩支，北潦南支全長114.5 km，流域面積709.0 km2。城東橡膠壩工程位于靖安縣城東邊解放堰下游190 .0 m處河道上，是一座以旅游為主兼顧發(fā)電和灌溉的水利樞紐工程。大壩袋頂高程59.1 m，袋底高程56.6 m，頂寬7.5 m。壩袋高2.5 m，擋水高度為4.0 m。壩袋全長143.0 m，分3段，每段長47.0 m。壩址以10 a一遇的防洪標(biāo)準(zhǔn)設(shè)防，設(shè)計(jì)洪峰流量1160.0 m3/s。大壩布置在河床中央，占據(jù)整個(gè)河床，凈寬141.0 m，分三孔每孔47.0 m，下游布置消力池和海漫，上游布置護(hù)坦。右岸壩段采用重力式擋土側(cè)墻及刺墻與右岸老防洪堤相接。左側(cè)布置沖沙閘，閘前設(shè)鋪蓋，閘后接消力池。下游導(dǎo)墻長度為8.4 m，閘底齒墻和閘后消力池結(jié)構(gòu)同橡膠壩。

壩袋設(shè)計(jì)采用彩色充水式壩袋，內(nèi)壓比為α=1.45，袋布型號為JBD2.5-140-2，采用二布三膠結(jié)構(gòu)，堵頭為一布兩膠，壩袋抗扯斷強(qiáng)度為360.0 kN/cm，采用螺栓壓板式雙線錨固。每段壩袋設(shè)2個(gè)進(jìn)(排)水支管控制充排。壩后接1∶4坡(平距8.4 m)至消力池，消力池長11.0 m，寬140.0 m，深0.5 m，即河床全段面消能。壩袋充排水泵房布置在左岸發(fā)電廠房內(nèi)，由廠房發(fā)電機(jī)層安設(shè)樓梯進(jìn)入。

2 設(shè)計(jì)錨固結(jié)構(gòu)和錨固線的布置形式

橡膠壩錨固需要承受壩袋的壓力，并且還要有良好的密封性，使橡膠壩擋水作用可以充分發(fā)揮出來。錨固堵頭作為橡膠壩的一個(gè)重要構(gòu)件，對橡膠壩運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性均有比較大的影響[1]。

錨固堵頭布置在橡膠壩底板錨固槽中，使用螺栓平壓板穿孔的形式進(jìn)行錨固。螺栓使用M27螺栓，螺栓的間隔距離為200 mm，螺栓的長度為900 mm。為了防止壩袋充水擋水過程中，因?yàn)殄^固力出現(xiàn)凈滑動(dòng)摩擦破壞壩袋，橡膠壩袋會被夾在抗磨片、墊平片、底墊片、止水海綿之間，安裝好錨固結(jié)構(gòu)后，澆筑M10水泥砂漿填充到錨固槽中，使用橡膠片作為錨固結(jié)構(gòu)的抗磨片、墊平片、底墊片，在底墊片上粘貼止水海綿進(jìn)行止水和密封。為了避免錨固槽中填充的水泥砂漿磨損壩袋，需要在下游側(cè)布置抗磨片。為了將M27螺栓固定好，使用ρ20鋼筋對錨固段進(jìn)行加固，上壓板和下壓板錨固長度為60.4 m，錨固堵頭側(cè)為8.2 m，為曲線形。上壓板、下壓板和螺栓都選用鋼板。結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 橡膠壩錨固結(jié)構(gòu)圖

3 螺栓壓板錨固設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)錨固堵頭時(shí)，要綜合考慮螺栓的間距、螺栓的直徑、螺栓的長度、壓板等。在設(shè)計(jì)螺栓壓板錨固時(shí)，要求壓板重量不宜過大，長度不宜過長，壩體兩端邊墻的壓板螺栓數(shù)量為四個(gè)[2]。

3.1 計(jì)算螺栓直徑

在工程結(jié)構(gòu)中，螺栓主要發(fā)揮連接壩體和壩袋的作用，并且還充分發(fā)揮了自連板壩袋拉力的作用。由于壩體內(nèi)部的水流動(dòng)會產(chǎn)生比較大的摩擦力，導(dǎo)致壩體壩帶從錨固板上被抽去。為了避免壩帶被抽去，擰緊螺絲后，要求具有足夠鎖緊力。由于鎖緊力很難控制，需要使用材料力學(xué)公式對螺栓的受力情況進(jìn)行計(jì)算，根據(jù)地腳螺栓，對螺栓的長度進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算見式(1)：

(1)

式中：P0為螺栓設(shè)計(jì)拉力， N/cm；K為安全系數(shù)，K=3.0；T為壩袋徑向拉力， N/cm；L為上壓板寬度，cm；l為上壓板端頭和螺栓中心的距離，cm；f為止水海綿膠片和壩袋膠布之間的摩擦系數(shù)；f1為上壓板和壩袋膠布之間的摩擦系數(shù)。

按照《橡膠壩技術(shù)規(guī)范》(SL 227—1998)規(guī)范要求對壩袋徑向強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算[3]。計(jì)算見式(2)：

(2)

式中：a為壩袋內(nèi)外壓比，a=H0/H1；設(shè)計(jì)壩袋高度為H1，cm；H0為壩袋內(nèi)水壓力，Pa；γ為水的容重,g/cm3。

經(jīng)過對比后a取值為1.3，基礎(chǔ)底板和壩袋徑向拉力的夾角為θ，單位為°，在此次設(shè)計(jì)中：式(1)中θ=75.5°，上壓板的寬度L為2l，對公式進(jìn)行簡化后得到式(3)：

(3)

經(jīng)過計(jì)算，使用30倍螺栓直徑長度作為螺栓錨固預(yù)埋，然后使用雙螺母加固。

3.2 設(shè)計(jì)壓板

為了保證壓板強(qiáng)度可以達(dá)到要求，壓板使用16槽鋼。設(shè)計(jì)螺栓壓板錨固長度為1 m，并且在槽鋼中每間隔兩個(gè)螺栓孔焊結(jié)加強(qiáng)肋板。加強(qiáng)肋板的厚度為10 mm，為了提高壓板的整體性，頂部要和槽鋼保持平齊[4]。如圖2所示。

圖2 加強(qiáng)肋板焊接示意圖

3.3 壩袋錨固槽的施工技術(shù)

在進(jìn)行錨固槽施工時(shí)，要求錨固槽中預(yù)埋螺栓表面具有良好的平整度，預(yù)埋尺寸要準(zhǔn)確。為了達(dá)到以上要求，橡膠壩使用預(yù)留二期混凝土澆筑錨固槽的方法進(jìn)行施工。在施工時(shí)，除了要考慮結(jié)構(gòu)的整體性，還要考慮施工的便利性。為了保證預(yù)埋螺栓尺寸可以達(dá)到要求，使用寬度為20 cm，厚度為8 mm的鋼板進(jìn)行焊接。將鉆孔尺寸在鋼板上進(jìn)行放樣，預(yù)埋螺栓按照設(shè)計(jì)外露的尺寸在鋼板上進(jìn)行垂直焊接[5]。再使用鋼筋支架在二期混凝土槽中對鋼板進(jìn)行固定。在澆筑二期混凝土?xí)r，使用小型振動(dòng)棒進(jìn)行澆筑，并且不要碰到預(yù)埋物。在混凝土初凝之前，再次對預(yù)埋螺栓尺寸進(jìn)行核對，及時(shí)糾正遇到的問題。

4 錨固安裝橡膠壩袋

(1)首先清理干凈壩底的雜物，查看管道中的雜物是否清理干凈，尤其是小碎石、小元頂?shù)扔泻ξ镔|(zhì)，以免損壞底部墊片，使壩袋中出現(xiàn)漏水的情況。

(2)在底板上鋪設(shè)墊片，鋪設(shè)完成后，使用混凝土壓軸對上游和下游進(jìn)行臨時(shí)固定，按照設(shè)計(jì)要求，使用錨栓對兩端進(jìn)行固定，并進(jìn)行開孔，將進(jìn)水口的水帽安裝好[6]。

(3)鋪設(shè)壩袋膠布。安裝好底墊膠片后，就可以在下游底板和底墊膠片上平鋪壩袋膠布。以底板中線和壩袋中線重合為準(zhǔn)。

(4)將錨固線劃出。錨固好壩袋后，按照設(shè)計(jì)壩袋周長，將錨固線劃出。先劃出上游和下游，然后劃出兩邊墻的錨固線，提高安裝效率。

(5)錨固壩袋。上述工作完成后就可以對壩袋進(jìn)行錨固。在錨固壩袋時(shí)，要先對上游進(jìn)行錨固，再對下游進(jìn)行錨固，最后對邊墻進(jìn)行錨固。在對底板進(jìn)行錨固時(shí)，要從壩軸的中心線開始錨固。使用橡膠找平片鋪設(shè)在錨固槽的最底層，然后在墊片上鋪設(shè)壩袋。底墊片和壩袋之間布置水綿膠片，并在其上部和下部使用氯丁膠將底墊片和壩帶進(jìn)行粘結(jié)。完成以上工作后，反折壩帶端頭，并將補(bǔ)強(qiáng)膠片放置到其上方。壩帶、補(bǔ)強(qiáng)膠片、止水海綿膠片、找平墊片均按照螺栓位置鉆孔。為了保證錨固受力的均勻性，在補(bǔ)強(qiáng)膠片的上方設(shè)置兩道直徑為8 mm的通常鋼筋，鋼筋布置好后，使用16槽鋼壓板放置到上方。如圖3所示。

圖3 鋼筋放置圖

(6)錨固完成后使用黃油涂抹螺栓上部有絲部分，然后放上墊片和首個(gè)螺母，將螺母擰緊。

5 充水試驗(yàn)

擰緊首個(gè)螺母后，進(jìn)行壩袋充水試驗(yàn)，查看壩帶充水后壩帶周圍是否存在漏水。對于出現(xiàn)漏水的位置，要做好標(biāo)記，并放水后進(jìn)行處理。壩帶充滿水以后放置一天，然后進(jìn)行放水，對各個(gè)螺母進(jìn)行檢查，將第二個(gè)螺母安裝好，并順次安裝好其他的螺母。安裝完螺母后，用瀝青澆到槽鋼中的螺母和螺栓上，并使用塑料布覆蓋在上面，確保將來對壩袋進(jìn)行更換時(shí)，螺栓依然可以使用。最后使用比例為1∶2的水泥砂漿錨固好抹平并封死錨固槽剩下的位置[7]。

6 結(jié) 論

實(shí)踐證明，使用上述方案進(jìn)行施工，壩袋拉力較為均勻，未出現(xiàn)溢流，也不起褶皺，經(jīng)緯線上的拉力基本上都是主拉力，可以使材料的強(qiáng)度充分發(fā)揮出來。橡膠壩施工安全度高、控制靈活，結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便，維修技術(shù)簡單，施工期短，工程造價(jià)低，壩袋壽命長，維護(hù)費(fèi)用低，外型美觀，屬于理想方案。