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        五蓮潮白河橡膠壩工程設(shè)計

        2012-09-04 10:18:42李云勛付大慶王玉良
        山東水利 2012年7期
        關(guān)鍵詞:潮白河壩袋橡膠壩

        李云勛,付大慶,王玉良

        (1.濰坊市水利建筑設(shè)計研究院,山東 濰坊 261031;2.濰坊市峽山水庫管理局,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準高于20年一遇。潮白河在五蓮縣境內(nèi)總長13.575 km,中泓樁號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

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

        表1 橡膠壩規(guī)劃設(shè)計指標表

        2 橡膠壩壩袋和壩底板設(shè)計

        2.1 壩袋設(shè)計

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

        1)壩袋參數(shù)。經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟比較,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S1=5.747 m,壩袋下游壩面弧長S0=6.017 m;壩袋上游貼地長度n=3.913 m,壩袋下游貼地長度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L0=11.764 m;底墊片有效長度L=5.661 m。壩袋膠布型號選為J260240-2,壩袋徑向強度安全系數(shù)K=9.43>8,符合《橡膠壩技術(shù)規(guī)范》規(guī)定,滿足設(shè)計要求。

        2)壩袋錨固設(shè)計。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

        底板順水流方向的長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)定和基底壓力計算工況為設(shè)計工況,即上游水位與設(shè)計壩頂齊平、下游無水情況。取小底板1.0 m寬板條進行荷載計算,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

        3.1 邊墩設(shè)計

        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)計以邊墩臨水面無水的最不利工況進行穩(wěn)定驗算和應(yīng)力分析。通過計算得,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

        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

        4.1 消能防沖設(shè)計

        橡膠壩所在河道防洪標準為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。當溢流水深超過0.5 m時,即塌壩泄流,泄流能力按寬頂堰過流公式計算。

        橡膠壩流量系數(shù)介于寬頂堰與曲線實用堰之間,壩袋完全塌平時,可視作寬頂堰,流量系數(shù)m=0.33~0.36;壩袋充脹到設(shè)計高度時,可視作曲線實用堰,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)消能計算。橡膠壩消能計算分立壩溢流與塌壩泄洪兩種工況。消力池長度和深度計算如表3所示。

        表3 消力池長度和深度計算表

        通過計算得,海漫長度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。地基的滲徑長度大于其最小安全防滲長度,滲透穩(wěn)定則滿足要求。最小安全防滲長度為18 m,而橡膠壩實際設(shè)置滲徑長度為45.3 m,所以防滲設(shè)計滿足要求。

        5 結(jié)語

        潮白河橡膠壩所在河道屬于山區(qū)季節(jié)性河流,匯流時間短,地質(zhì)條件為厚砂礫層地基,因此對壩的穩(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。在運行過程中將繼續(xù)對其運行狀況、水流流態(tài)等做進一步的觀測和分析。

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