橡膠壩設(shè)計(jì)說明

橡膠壩設(shè)計(jì)說明濟(jì)寧市任城經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)市政工程中的蓼溝河橡膠壩工程摘要：世界反水壩日給我們重要啟示：修筑水壩既有積極的正面作用，也有消極的負(fù)面作用，水壩是有壽命的。水壩是河流健康生命的重要因素。應(yīng)該以的觀和可持續(xù)發(fā)展水利的新思路為指導(dǎo)，認(rèn)真水壩對(duì)維持河流健康生命的影響和作用，揚(yáng)長(zhǎng)避短、趨利避害，為實(shí)現(xiàn)維持河流健康生命的目標(biāo)服務(wù)。關(guān)鍵詞：水壩；河流生命；設(shè)計(jì)水壩AbstractTheWorldAnti-DamDaygivesusimportantinsight:theconstructionofdamsbothpositiveandpositiveeffect,andnegativethenegativeeffectofdamsislife.Healthylifeofriversanddamsareimportantfactors.Shouldbebasedontheconceptandnewideasforsustainabledevelopmentofwaterresourcesasaguide,carefullydamtomaintainthehealthylifeofriversandroletoadvantage,whileavoidingdisadvantages,toachievethegoalofmaintaininghealthylifeofriversandservice.Keywords:dam;riveroflife;designofdams目錄TOC\o"1-5"\h\z中文摘要、關(guān)鍵詞 1英文摘要、關(guān)鍵詞 1\o"CurrentDocument"目錄 2\o"CurrentDocument"1橡膠壩概述 3\o"CurrentDocument"2橡膠壩特點(diǎn) 3\o"CurrentDocument"3橡膠壩設(shè)計(jì)概況 4\o"CurrentDocument"4設(shè)計(jì)依據(jù)及規(guī)范 5\o"CurrentDocument"5材料 5\o"CurrentDocument"5.1鋼筋混凝土 5\o"CurrentDocument"5.2底墊片、密封材料、墊平片要求 6\o"CurrentDocument"6施工技術(shù)要求 6\o"CurrentDocument"6.1混凝土工程 6\o"CurrentDocument"6.2橡膠壩工程施工步驟 6\o"CurrentDocument"7其他要求 7\o"CurrentDocument"8橡膠壩設(shè)計(jì) 7\o"CurrentDocument"8.1橡膠壩泄洪能力計(jì)算 7\o"CurrentDocument"8.2橡膠壩袋優(yōu)化設(shè)計(jì) 78.3單向攔水橡膠壩的邊岸錨固型式設(shè)計(jì) 8結(jié)語 9參考文獻(xiàn) 10致謝辭 11橡膠壩概述橡膠壩，又稱橡膠水閘，是用高強(qiáng)度合成纖維織物做受力骨架，內(nèi)外涂敷橡膠作保護(hù)層，加工成膠布，再將其錨固于底板上成封閉狀的壩袋，通過充排管路用水（氣）將其充脹形成的袋式擋水壩。壩頂可以溢流，并可根據(jù)需要調(diào)節(jié)壩高，控制上游水位，以發(fā)揮灌溉、發(fā)電、航運(yùn)、防洪、擋潮等效益。橡膠壩屬薄壁柔性結(jié)構(gòu)，是隨著高分子合成材料的發(fā)展而出現(xiàn)的一種新型水工建筑物。1957年世界上首座橡膠壩誕生于美國(guó)洛杉磯，壩高1.52m，長(zhǎng)6.1m，壩袋膠布厚為3mm，強(qiáng)度為90kN/m。此后世界各國(guó)相繼開始興建橡膠壩。我國(guó)于1965年下半年開始進(jìn)行橡膠壩的研制建設(shè)工作，于 1966年6月建成我國(guó)第一座橡膠壩一一北京右安門橡膠壩，壩高 3.4m，壩頂長(zhǎng)37.6m，該橡膠壩曾兩次更換壩袋，至今運(yùn)行正常。橡膠壩自20世紀(jì)90年代以來在我國(guó)發(fā)展迅速。從1966年到1993年近三十年中全國(guó)僅建成橡膠壩366座，而據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，截至2006年10月，我國(guó)的橡膠壩已建成約2000座，近年來更是以每年新建300座左右的速度發(fā)展。國(guó)內(nèi)橡膠壩目前最高6m，單跨最長(zhǎng)176m，多跨最長(zhǎng)1135m，建于1980年的西藏羊八井橡膠壩海拔4300多米，為我國(guó)海拔最高的橡膠壩。橡膠壩在我國(guó)分布廣泛，西到新疆維吾爾自治區(qū)石河子市（44°17'N，86°02，E），東到黑龍江省雞西市梨樹區(qū)（45°05，N，130°41，E） ，北到黑龍江省大興安嶺林區(qū)加格達(dá)奇（50°24'N，124°07'E），南到海南省五指山市（18°46'N，109°30'E），遍布我國(guó)大陸所有的省、自治區(qū)和直轄市。此外，香港特別行政區(qū)截止 1999年已建成橡膠壩20座，臺(tái)灣省也建有橡膠壩鋼閘門。橡膠壩主要適用于低水頭、大跨度的閘壩工程，如用于水庫溢洪道上作為閘門或活動(dòng)溢流堰，以增加水庫庫容及發(fā)電水頭；用于河道上作為低水頭、大跨度的滾水壩或溢流堰，可以不用常規(guī)閘的啟閉機(jī)、工作橋等；用于渠系上作為進(jìn)水閘、分水閘、節(jié)制閘，能夠方便地 蓄水和調(diào)節(jié)水位和流量；用于沿海岸作防浪堤或擋潮閘，由于不受海水浸蝕和海生生物的影 響，比金屬閘門效果好；用于跨度較大的孔口船閘的上、下游閘門；用于施工圍堰或活動(dòng)圍堰，橡膠活動(dòng)圍堰高度可升可降，并且可從堰頂溢流，不需取土筑堰可保持河道清潔，節(jié)省 勞力并縮短工期；用于城區(qū)園林工程，采用彩色壩袋，造型優(yōu)美，線條流暢，可為城市建設(shè) 增添一道優(yōu)美的風(fēng)景。橡膠壩特點(diǎn)2.1造價(jià)低可減少投資30%?70%，可節(jié)省鋼材30%?50%，水泥50%左右，木材60%以上。2.2施工期短壩袋只需3天?15天即可安裝完畢，多數(shù)橡膠壩工程當(dāng)年施工當(dāng)年受益。2.3壩體強(qiáng)度高能抵抗地震、波浪等沖擊，且止水效果好，跨度大，汛期不阻水，可用于城區(qū)園林美化。1957年世界上首座橡膠壩誕生于美國(guó)洛杉磯， 壩高1.52m，長(zhǎng)6.1m，壩袋膠布厚為3mm，強(qiáng)度為90kN/m。2.4維修少，管理方便橡膠壩袋的使用壽命一般為15?25年。橡膠壩設(shè)計(jì)概況3.1本工程為濟(jì)寧市任城經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)市政工程中的蓼溝河橡膠壩工程分項(xiàng)，工程內(nèi)容包括橡膠壩2座及其配套充排水泵房。2座橡膠壩均為設(shè)計(jì)壩高2.5m，壩軸線長(zhǎng)度33m.橡膠壩具體位置、河道斷面及其水位等設(shè)計(jì)參數(shù)均根據(jù)蓼溝河景工程觀改造規(guī)劃確定。3.2本工程場(chǎng)地設(shè)計(jì)標(biāo)高采用1956年黃海高程系。圖中尺寸以毫米計(jì)。3.3工程地質(zhì)情況3.3.1建設(shè)地區(qū)的抗震設(shè)防烈度6度，設(shè)計(jì)地震分組為第二組，設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0.05g，場(chǎng)地類別為二類；3.3.2建設(shè)場(chǎng)地地層分布較穩(wěn)定，表層為填土，為抗震不利地段。3.4本工程為現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)抗震等級(jí)為三級(jí)，設(shè)計(jì)使用年限為50年，工作環(huán)境類別為二(員。3.5根據(jù)地勘報(bào)告，本構(gòu)筑物基礎(chǔ)應(yīng)坐落第3層粉土上，地基承載力特征值為fak=110KPa.4設(shè)計(jì)依據(jù)及標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范4.1《任城經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)蓼溝河景觀改造規(guī)劃》4.2《蓼溝河橡膠壩工程巖土工程勘察報(bào)告書》4.3《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50010-2002)4.4《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50011-2001)4.5《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》(2006版)(GB50009-2001)4.6《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50007-2002)4.7《給排水工程構(gòu)筑物設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50069-2002）4.8《橡膠壩技術(shù)規(guī)范》（SL227-98）4.9《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50003-2001）4.10《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》（GB50204-2002）5材料5.1鋼筋混凝土5.1.1混凝土部分1） C30（水灰比不大于0.50，水泥標(biāo)號(hào)不低于32.5），應(yīng)采用普通硅酸鹽水泥，抗?jié)B等級(jí)為S8?；炷恋膲A含量最大值應(yīng)符合〈混凝土堿含限值標(biāo)準(zhǔn)〉CECS53的規(guī)定，并應(yīng)嚴(yán)格控制氯離子含量：混凝土中氯離子含量分別不超過膠結(jié)構(gòu)材料用量的0.1%。墊層C15。2） 鋼材：Q235B。所有金屬構(gòu)件均需先除銹，外露部分應(yīng)刷防銹漆二道。3） 焊條：HPB235采用E43；HRB335采用E504） 混凝土添加劑：池體混凝土應(yīng)摻加抗裂防水劑，外加劑性能應(yīng)符合〈混凝土外加劑應(yīng)用技術(shù)規(guī)范〉〈GBJ118〉的規(guī)定。應(yīng)由廠家商提供外加劑摻量、配比及技術(shù)保證。5） 橡膠止水帶、聚硫密封膏的物理力學(xué)性能應(yīng)符合〈給排水技術(shù)工程構(gòu)筑物變形縫設(shè)計(jì)規(guī)程〉CECS117:2000規(guī)定的指標(biāo)。5.1.2橡膠壩壩帶部分1） 壩袋膠料必須滿足下列基本要求：a） 耐大氣老化、耐腐蝕、耐磨損、耐水性好。b） 有足夠的強(qiáng)度。c） 壩袋使用的膠料達(dá)到或超過有關(guān)的規(guī)定。2） 膠布的層膠厚度必須滿足其防滲、抗磨和耐久性，厚度。3） 壩袋膠采用棉綸帆布，壩袋膠布必須滿足如下性能：a） 有足夠的抗拉強(qiáng)度和抗撕裂性能。b） 柔曲性、耐疲勞性、耐水侵泡及耐久性好。c） 與橡膠具有良好的粘合性能。d） 重量輕、加工工藝成熟。4） 廠家應(yīng)有橡膠壩袋的生產(chǎn)許可證：壩袋出廠前應(yīng)按設(shè)計(jì)合合同規(guī)定要求，依據(jù)壩袋生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢驗(yàn)，附有產(chǎn)品合格證和保修單并提供具有法律效力的檢驗(yàn)報(bào)告。5） 橡膠壩袋安裝時(shí)，應(yīng)由技術(shù)人員負(fù)責(zé)現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)指導(dǎo)，必須對(duì)壩袋外觀質(zhì)量進(jìn)行檢查，有破損出負(fù)責(zé)修補(bǔ)處理。6）壩袋搭接出粘著強(qiáng)度應(yīng)大于膠布本身強(qiáng)度。5.2底墊片、密封材料、墊平片5.2.1底墊片應(yīng)由廠家按設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行制作，出廠前必須檢查其尺寸并畫出錨固線和錨固中心線；應(yīng)在醒目位置標(biāo)出上下游標(biāo)記。5.2.2墊平片宜采用與壩袋相同厚度或稍厚一些的橡膠片。6施工技術(shù)要求6.1混凝土工程6.1.1主鋼筋混凝土保護(hù)層厚度：走道板、池壁35,梁、地板40。鋼筋錨固長(zhǎng)度：HPB235級(jí)30d，HRB335級(jí)35d;搭接長(zhǎng)度：HPB235級(jí)35d，HRB235級(jí)40d。鋼筋搭接（焊接）接頭相互錯(cuò)開，同一截面內(nèi)鋼筋搭接接頭數(shù)量不應(yīng)大于總數(shù)量的25%（焊接接頭50%）。6.1.2混凝土施工時(shí)，應(yīng)盡量使頂板、底板與池壁連續(xù)澆筑。如需留施工縫時(shí)，施工縫應(yīng)設(shè)在底板頂以上600處，并設(shè)鍍鋅鋼板止水帶300X3，鋼板止水施工時(shí)，鋼板止水帶大樣圖如附圖所示。6.1.3混凝土應(yīng)做好基坑降排水及度汛措施，施工間，地下水位應(yīng)控制在底板以下0.5米以下。6.1.4施工時(shí)應(yīng)根據(jù)具體要求設(shè)置馬凳及拉結(jié)筋，鋼筋規(guī)格及間距由施工方自定。6.1.5本工程圖紙應(yīng)將預(yù)留洞，預(yù)埋管道、預(yù)埋件的位置核對(duì)無誤后方可進(jìn)行具體施工，嚴(yán)禁混凝土澆筑后鑿洞補(bǔ)埋。6.2橡膠壩工程施工步驟6.2.1在底板上分別標(biāo)出壩軸線、中心線。6.2.2底墊片就位（指雙錨固壩袋）；在底墊片分別標(biāo)出中心線和錨固線。6.2.3在伸入壩袋內(nèi)的充排水（氣）管、測(cè)壓管和超壓溢流管等管口四周的底墊片上，宜粘上一層橡膠片作補(bǔ)強(qiáng)處理。6.2.4在底墊片上畫出水冒、測(cè)壓管和超壓溢流管位置，復(fù)測(cè)無誤后在各管口處挖空并固定。6.2.5止水海棉（止水布）可粘在底墊上相應(yīng)位置上。6.2.6壩袋錨固順序，端部為固定式的，按先下游，后上游，最后岸墻的順序進(jìn)行。從壩袋底板中心線開始向兩側(cè)同時(shí)進(jìn)行安裝。錨固岸墻時(shí)，先將膠布掛起，撐平，再從下部往上部錨固。采用堵頭式錨固的，宜先安裝兩側(cè)堵頭裙腳，后錨固下游和上游。但無論采用何種錨固型式，兩側(cè)岸墻拐角處，袋布要折疊、理順、墊平，不得剪口補(bǔ)強(qiáng)處理。7其他要求7.1本工程的實(shí)施與蓼溝河景觀改造工程緊合，河道上下游應(yīng)平順銜接，必要時(shí)通知設(shè)計(jì)單位及時(shí)調(diào)整相關(guān)設(shè)計(jì)。7.2未經(jīng)事宜，本工程施工應(yīng)嚴(yán)格按照國(guó)家執(zhí)行有關(guān)規(guī)范進(jìn)行，確保工程質(zhì)量。8橡膠壩設(shè)計(jì)8.1橡膠壩泄洪能力計(jì)算《橡膠壩技術(shù)規(guī)范》附錄A中對(duì)橡膠壩泄洪能力，可按堰流基本公式計(jì)算：Q二￡6mB2gh3/2本式只適用于縱斷面為矩形斷面的橡膠壩:式中ho為計(jì)入行進(jìn)流速水頭的堰頂水頭。問題是橡膠壩在泄洪時(shí)，壩袋不可能完全坍平于底板上。其一是壩袋內(nèi)的水不能全部放完抽凈，其二是橡膠壩自身有一個(gè)折疊厚度，按橡膠壩袋厚度一般為6—16mm考慮，其最小折疊厚度應(yīng)在0.1一0.2m左右（指折疊處最小折彎半圓直徑），加之壩袋內(nèi)剩余水體，故在計(jì)算ho時(shí)相應(yīng)減去0.1一0.3m較為合理，符合實(shí)際泄洪運(yùn)行條件。 °其次是流量系數(shù)m計(jì)算取值問題，如上所述壩袋在泄洪時(shí)不可能完全坍平，而且據(jù)有關(guān)實(shí)驗(yàn)表明壩袋泄洪時(shí)，壩袋在水底有較強(qiáng)的脈動(dòng)現(xiàn)象，破壞了壩頂溢流流態(tài)，影響減少泄洪流量。故此建議在流量系數(shù)m計(jì)算取值時(shí)應(yīng)取偏小值較為適宜。側(cè)收縮系數(shù)￡是與邊界條件有關(guān)的側(cè)收縮流量影響系數(shù)，這對(duì)邊岸是直墻式，水平布置是圓弧式或八字墻式的寬頂堰流計(jì)算是適用的。但對(duì)于坡岸式錨固橡膠壩仍用寬頂堰流公式計(jì)算泄洪能力已不適宜，而且側(cè)收縮系數(shù)不易定量計(jì)算。故此建議單跨攔河坡岸式橡膠壩泄洪能力計(jì)算，采用明渠均勻流公式計(jì)算，但要同樣考慮坍壩最小折疊厚度對(duì)過水?dāng)嗝娴臏p小影響。8.2橡膠壩袋優(yōu)化設(shè)計(jì)橡膠壩設(shè)計(jì)中最主要的工作之一是，選取合適的內(nèi)外壓比值，計(jì)算確定壩袋在設(shè)計(jì)運(yùn)行條件下的拉力值，也就是進(jìn)行壩袋徑向強(qiáng)度計(jì)算。這里要同時(shí)考慮內(nèi)外壓比的大小、與壩袋拉力、有效周長(zhǎng)、壩袋造價(jià)之間的關(guān)系。內(nèi)外壓比越大，壩袋徑向拉力越大，但壩袋有效周長(zhǎng)也相應(yīng)減小，這就是說內(nèi)外壓比與壩袋徑向拉力、壩袋厚度大小成正比，而與壩袋有效周長(zhǎng)成反比。而壩袋厚度，有效周長(zhǎng)是壩袋造價(jià)的主要控制條件。所以這里存在一個(gè)如何選取內(nèi)外壓比，使壩袋既能滿足強(qiáng)度規(guī)范要求，又能使壩袋造價(jià)最小的優(yōu)化設(shè)計(jì)問題。由于充水式橡膠壩徑向拉力、有效周長(zhǎng)計(jì)算是多變量函數(shù)關(guān)系，而且壩袋各種型號(hào)厚度、造價(jià)對(duì)不同的廠家有不同的數(shù)值，所以不能直接用微分求導(dǎo)計(jì)算出優(yōu)化設(shè)計(jì)取值點(diǎn)。按照《橡膠壩技術(shù)規(guī)范》附錄B,充水式橡膠壩設(shè)計(jì)計(jì)算，壩袋徑向計(jì)算強(qiáng)度公式如下：T=1/2y（a—1/2）H12式中T—壩袋徑向計(jì)算強(qiáng)度，KN/mY—水的容重，KN/m3a一內(nèi)壓比，H0/H1H0內(nèi)壓水頭，mH1——設(shè)計(jì)壩高，m若采用雙錨線壩袋的有效周長(zhǎng)（不包括錨固長(zhǎng)度）為L(zhǎng)0=S1+S式中L。一一壩袋有效周長(zhǎng)，m °1°S1——上游壩面曲線長(zhǎng)度，mS——下游壩面曲線長(zhǎng)度，m本文舉例壩高H=3.5m，雙錨線錨固橡膠壩為例，利用數(shù)解法列表計(jì)算在不1同的內(nèi)外壓比值時(shí)，其徑向拉力T，有效周長(zhǎng)L。，壩袋每米造價(jià)等綜合指標(biāo)進(jìn)行分析。H1=3.5m,雙錨線錨固壩袋綜合指標(biāo)分析表內(nèi)外壓比aTKN/m1S1mSmL0mK=6KT（KN/m）擬選壩袋型號(hào)1.242.876.916.5213.43257.3J140140-21.349.06.156.212.35294.0J160160-21.455.15.756.0211.77330.8J180180-21.561.35.505.911.4367.5J200180-21.667.45.335.8211.15404.3J220220-2內(nèi)外壓比a強(qiáng)度KN/m實(shí)際K值壩袋厚mm參考價(jià)元/m2每米造價(jià)元/m備注經(jīng)緯1.22802806.536.53054096.151.33203206.536.53153890.251.43603606.537.03303884.11.54003606.537.53503990.01.64404406.537.53704125.5從上表中可以看出內(nèi)外壓比值為1.4時(shí)，壩袋每米造價(jià)3884.1元為最小，故為壩袋優(yōu)化設(shè)計(jì)取值點(diǎn)。另外建議4.5m以上壩高內(nèi)外壓比值宜在1.8以下，這是因?yàn)檫^大的內(nèi)外壓比值時(shí)壩袋徑向拉力明顯增大，從而要求壩袋厚度加大，每米造價(jià)也將顯著加大，不符合優(yōu)化設(shè)計(jì)原則，同時(shí)也給壩袋的制造安裝帶來一系列難度。8.3單向攔水橡膠壩的邊岸錨固型式設(shè)計(jì)當(dāng)壩體縱斷面為梯形布置，采用坡岸式雙錨線錨固時(shí)，一般上游坡岸錨固線做成向下游傾斜的直線，下游坡岸錨固線仍沿河底錨固線順岸坡爬升至橫向封口錨固高程。從理論分析可知在坡岸段每一斷面壩高均為變值，壩袋設(shè)計(jì)參數(shù)也隨之變化，直至壩頂高程處（兩端壩高可取設(shè)計(jì)壩高的1.1-1.2倍）。此處壩高H=0，但壩袋其它參數(shù)不可能取0，問題是該段壩袋錨固型式和寬度怎樣設(shè)計(jì)1才能使壩袋充水時(shí)外形曲線整齊美觀，又能使壩袋面積最小節(jié)約造價(jià)。經(jīng)小模型實(shí)驗(yàn)分析，建議坡岸式雙錨線均做成向下游傾斜直