温凉河水源工程橡胶坝方案设计

邵泽斌

（费县水利工程保障中心，山东 费县 273400）

1 引言

挡水建筑物是水源工程建设的重要部分，挡水建筑的合理性、安全性对水源工程的安全、效益影响较大。因此，在工程设计阶段比选适宜的方案非常必要。橡胶坝是目前常用的挡水建筑物，施工简便、造价低，在多项工程中得到了应用了，积累丰富的经验。费县温凉河新时代水源工程建设旨在改善区域水资源短缺问题，促进当地经济发展，同时具有一定的防洪、生态效益。新时代水源工程建设需要充分考虑景观、造价等多个因素，工程重要性等级较高。

2 建筑物选型

2.1 橡胶坝方案

橡胶坝布置在主河槽内，总宽度121.20 m，单节净宽60 m，共2 节；橡胶坝坝底板高程93.50 m，坝高3.50 m，设计内压比1.30，橡胶坝顺水流方向总长度75 m（包括防冲槽），其中上游防冲槽长5 m；铺盖长10 m；坝底板长14 m；消力池陡坡段长7 m；消力池水平段长16 m；海漫长15 m；下游防冲槽长8 m。控制段部分由坝袋、底板及锚固系统、中边墩等部分组成，通过压板将坝袋锚固在钢筋混凝土底板及中墩、边墩的斜坡上，底板顶高程93.50 m，中墩立板厚1.20 m，墩顶高程97.50 m。橡胶坝上、下游连接段均采用C25 连锁式混凝土预制块护坡，充排水泵站及管理设施布置于左岸。

2.2 拦河闸方案

拦河闸总宽109.20 m，单孔净宽8 m，共12 孔，中墩、边墩立板厚1.20 m，顺水流方向长74.50 m（包括防冲槽），其中铺盖长15 m；闸室长13.50 m；消力池陡坡段长7 m；消力池水平段16 m，下游海漫15 m，下游防冲槽8 m。闸室底板顶高93.50 m，闸墩顶高104.50 m。两种方案对比见表1。

表1 建筑物型式方案优缺点对比表

综合比较建筑物在行洪要求、景观效果、阻水程度、施工、运行管理及工程投资等几方面的特征可知，橡胶坝虽然有坝袋寿命短、后期更换坝袋费用高、升坝塌坝时间相对较长等缺点，但在总体上优于拦河闸方案，因此设计最终选定方案Ⅰ，即橡胶坝方案作为此工程拦河建筑物的型式。

3 水位推求

设计水面线推求的河槽糙率，采用了已获山东省水利厅批复的《临沂市费县祊河左岸治理工程初步设计》中的成果，即河道主槽糙率n1=0.032，滩地糙率n2=0.065。

根据河道规划横断面资料，以下游温凉河入祊河口处（中泓桩号0+000）为起始断面，以该断面处的水位作为起始水位，根据不同流量，采用恒定非均匀流推算河道水面线。计算得到拟建坝址处20 年一遇设计洪水流量1 770 m3/s，洪水位100.62 m；坝址处50 年一遇设计洪水流量3 205 m3/s，洪水位103.66 m。

4 闸孔总净宽、特征洪水位的确定

坝址处河道主槽宽约60～100 m，河底高程93.10～94.30 m。左岸滩地高程95.50～96 m，右岸滩地高程96 m。将橡胶坝满河槽布置，拟定单孔净宽60 m，共2孔，总净宽120 m，坝址处左岸滩地宽24 m，右岸滩地宽25 m；橡胶坝泵站回填高地处于左岸滩地，紧靠堤防内侧布置，考虑其影响后的左岸实际滩地宽度为8 m。此次计算按照滩地过流情况进行，20年一遇洪水及50 年一遇洪水坝下水位分别为100.62 m，103.66 m，建筑物总净宽计算公式：

式中：B0闸孔净宽（m）；Q过闸流量（m3/s）；μ0综合流量系数；H0堰上水深（m）；hs下游水深（m）。

闸室总净宽计算结果见表2。

表2 橡胶坝总净宽计算结果（上下游水位差0.10 m）表

计算结果表明橡胶坝总净宽120 m 是合理的。考虑滩地过流，左岸橡胶坝泵站高地影响后，重新计算的上下游水位差分别为：20年一遇洪水过闸水位差0.12 m，50年一遇洪水过闸水位差0.19 m。

特征洪水位计算结果：P=5%工况下坝下游洪水位100.62 m、上、下游水位差0.12 m、建坝后上游洪水位100.74 m。P=2%工况下坝下游洪水位103.66 m、上、下游水位差0.19 m、建坝后上游洪水位103.85 m。

5 橡胶坝设计

5.1 坝袋设计

见图1，径向强度计算：

图1 坝袋设计图

式中：T径向强度，kN/m；γ水的容重；α内压比，α=1.30；H1设计坝高，H1=3.50 m。

经计算：T=49 kN/m。坝袋有效长度：L0=12.35 m；坝袋容积：坝袋单宽容积V=21.07 m3/m；一节坝袋容积V=1 264.20 m3；坝袋总容积V=2 528.40 m3。

橡胶坝底板顺水流向长度按下式计算。

单向坍落：

式中：Ld底板顺水向长度，m；L坝袋底垫片有效长度，m；L1、L2安、检通道，取1.50 m；L3贴地长度，m；L0有效周长，m。

经计算Ld=12.87 m，取14 m。

5.2 坝室稳定计算

坝室基础坐落在砾质粗砂上，基底摩擦系数采用0.30，承载力120 kPa。见图2。

计算工况与荷载：①正常蓄水期，需要考虑自重、坝袋水重、坝袋上游水重、静水压力、扬压力、浪压力等。②充水实验期，需要考虑自重、坝袋水重。③地震期，需要考虑自重、坝袋水重、坝袋上游水重、静水压力、扬压力、浪压力、地震荷载等。

计算公式：

图2 坝室稳定计算简图

式中：σmaxmin闸室基底应力；∑G 闸室全部竖向荷载（kN）；A闸基面积（m2）；∑M力矩（kN·m）；W截面矩（m3）；Kc抗滑安全系数；f 摩擦系数，取0.45；∑G、∑H所有竖向、水平向荷载之和。经计算橡胶坝坝室整体稳定满足要求。

6 结论

结合新时代水源工程的实际情况，选取橡胶坝、挡水闸进行比选，采用橡胶坝方案具有投资低、施工简便、景观效果好等优势，作为推荐方案。根据工程经验、规范要求，计算橡胶坝坝袋尺寸，同时对橡胶坝的安全性进行分析计算，结果表明：橡胶坝稳定性均满足相关规范要求。