橡胶坝设计

第一章绪论

橡胶坝是用高强合成纤维织物做受力骨架，内外涂敷合成橡胶作粘结保护层，加工成胶布，按要求的尺寸，锚固在基础底板上，用水或气的压力充胀起来，形成挡水坝。不需要挡水时，泄空坝内的水或气，恢复原有河渠的过流断面。

橡胶坝主要适用于低水头、大跨度的闸坝工程，如用于水库溢洪道上作为闸门或活动溢流堰，以增加水库库容及发电水头；用于河道上作为低水头、大跨度的滚水坝或溢流堰，可以不用常规闸的启闭机、工作桥等；用于渠系上作为进水闸、分水闸、节制闸，能够方便地蓄水和调节水位和流量；用于沿海岸作防浪堤或挡潮闸，由于不受海水浸蚀和海生生物的影响，比金属闸门效果好；用于跨度较大的孔口船闸的上、下游闸门；用于施工围堰或活动围堰，橡胶活动围堰高度可升可降，并且可从堰顶溢流，不需取土筑堰可保持河道清洁，节省劳力并缩短工期；用于城区园林工程，采用彩色坝袋，造型优美，线条流畅，可为城市建设增添一道优美的风景。

第二章工程设计

2.1工程规划

柴关橡胶坝工程是拟建于北沙河上的一处集农田灌溉、水产养殖于一体的综合利用水利工程，工程建成以后，不仅能有利的促进当地农村经济发展，而且对自然、生态、社会环境的改善产生了积极的影响。柴关橡胶坝工程建成后可使柴关灌区农田的灌溉保证率由60%提高到95%。

2.1.1基本资料

（1）流域概况

北沙河发源于山西省灵丘县境内，从行唐县入境，汇支流曲河、郜河后横穿新乐县全境，向东入保定市定州。是大清河南支主要来水支流之一。干流在曲阳县建有大型水库王快水库，支流郜河、曲河分别建有大型水库口头水库和中型水库红领巾水库，隶属于大清河水系。大清河水系位于海河流域中部，发源于西部太行山区，经独流减河及海河干流入海，跨山西、河北、北京、天津4省市。河北省面积34683 km2，人口1607万人，耕地143.4万hm2。

（2）水文气象

本区的地下水主要为第四系覆盖层中的孔隙水和基岩裂隙水两种，皆直接或间接补给自大气降水。由于本区降水量多集中在6~7月，且蒸发量大于降水量。同时汇流面积较小，因此地下水含量不大。根据水化学特性分析，地下水属于重碳酸钙镁型水，不含侵蚀性。PH植为7.3~9.0，具碱性，总硬度为8.4~7.8，属软水，判别河水对混凝土无侵蚀性。

根据当地水资源调查与水利区划综合报告，该区属温带半干旱大陆性季风气候，四季分明：冬季受西伯利亚大陆性气团控制，寒冷少雨雪；春季北风盛行，较冷蒸发大；夏季受海洋性气团和太行山地形影响，降鱼集中；秋季一般秋高气爽，降雨稀少。多年平均气温为平原13.2℃丘陵12.2℃、山区42.7℃、极端最低气温-21.4℃。无霜期为平原206天、丘陵197天、山区176天。平均降水量为：平原538.2mm、丘陵525.7mm、山区756.7mm；一般年份77%的降水集中在夏季，多雨年一般相差1~2倍，最大为4倍；降水强度较大，一般情况下在西部山区一次暴雨量即超过300mm。年均蒸发量为水面1000mm，陆面350mm，最大风速为18m/s，最大冻土深度54cm。

（3）工程地质

本区主要是地层岩性为三叠系上统和侏罗系下统砂页岩，上伏第四系地层。坝址车为坚硬粉质黏土，各项参数指标为：凝聚力=60.0 kpa；内摩擦角=19；天然孔隙比=0.69；天然容重=20.3。河床4.0~6.0m以下均为基岩，基岩仅在局部地段出露。本区地层平缓，构造简单，是华北陆台上较稳定的部位，新构造运动差异性小，以大面积缓慢抬升为主，地震基本烈度为6度。

区内地层中粗砂岩产状为：走向0～25 º。倾向W 或NW，倾角2～8º。断裂构造不发育，仅有小规模的断层分布，节理裂隙呈“棋盘格式”状发育，走向NW64 º及NE40 º，陡倾角。节理张开宽度大小不均，一般约为0.2～0.6cm，最大可达2～3m。

（4）地形地貌

柴关橡胶坝工程处于太行山东麓，河道左岸多为山体，右岸以河滩地为主，前期河道治理已在部分河段修建了堤防，主河槽为U型断面，坝址处上下游经前期治理，河道断面近似为梯形，底宽为92m，边坡为1：2.5，两岸堤防高程为

80.3m。

（6）工程等级及设计标准

根据中华人民共和国行业标准SL252-2000《水利水电工程等别划分及洪水标准》、SL265-2001《水闸设计规范》，本橡胶坝工程定为四等工程，橡胶坝、控制室分别为4级建筑物。

根据国家《防洪标准》（GB50201-94），本河段设计防洪标准为20年一遇，校核洪水标准为50年一遇。橡胶坝采用同标准，即设计标准为20年一遇洪水，校核标准为50年一遇，坝址处设计洪峰流量为Q P=5%=442m3/s，校核洪峰流量为Q P=2%=1190m3/s。

（6）施工条件

坝址紧邻省道，对外交通方便。工程所用的水泥、砂、石子等材料以当地材料供应为主，所用的块石，可在附近的山谷中采集。两岸的山体多为震旦系石英砂岩，致密坚硬，力学强度高，储量丰富，完全可满足本工程所需。施工用水用电可就近从柴槽或阳关接10KV高压线至施工现场。

2.1.2坝址选择

橡胶坝坝址的选择应根据橡胶坝的特点及运用方式要求综合考虑地形.地质.水文.气象.泥沙.管理和其它因素，经过技术经济比较后确定。

（1）坝址应选择在坚硬紧密的天然土基上，虽然橡胶坝重量比其它闸坝轻，且地基受力均匀，但坝址仍然尽量选在坚硬紧密的天然土基上。如果必须做人工处理地基时，其坚硬密实程度也应达到设计要求，否则将影响坝体安全。

（2）坝址应选择在水流平顺及河岸岸坡稳定的河段，不应选在河流水流条件发生突然变化的河段。这不仅避免发生波状水跃和折冲水流，防止有害的冲刷和淤积，而且使过坝水流平稳，减轻坝袋振动及磨损延长坝袋使用寿命。据调查和实际工程观测在河道弯道附近的橡胶坝，过坝水流很不平稳，坝袋易发生振动，加剧坝袋磨损，影响坝袋使用寿命。

如果在河床岸坡不稳定的河段建坝，将增加维护费用。由于坝址选点不当而被拆除的坝袋已有不少。运用实践表明，水流条件是影响坝袋振动的主要诱因，振动又是使坝袋磨损破坏的主要原因。因此，橡胶坝应建于平直河段处，即在坝址选择时，必须在坝址上下游均有一定长度的平直段，以保证过坝水流平稳，防