五蓮潮白河橡膠壩工程設計

李云勛，付大慶，王玉良

（1.濰坊市水利建筑設計研究院，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鄉鎮，出縣境入膠南市，直奔黃海。2008年，潮白河左堤自戶部鄉王家大村至潮河鎮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總長13.575 km，中泓樁號20+740～34+315，現狀河道平均干流比降為0.003 7。

1 橡膠壩規劃指標

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

表1 橡膠壩規劃設計指標表

2 橡膠壩壩袋和壩底板設計

2.1 壩袋設計

橡膠壩共2節壩袋，單孔壩長50 m，壩高3.5 m。壩袋設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。經技術經濟比較，本工程壩袋內外壓比α選用1.4。壩袋各參數值如下：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K=9.43＞8，符合《橡膠壩技術規范》規定，滿足設計要求。

2）壩袋錨固設計。枕式壩袋上、下游及兩端頭共設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0.1 m厚的C10混凝土墊層。為減少過壩推移質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、下游均設齒墻。

壩袋穩定和基底壓力計算工況為設計工況，即上游水位與設計壩頂齊平、下游無水情況。取小底板1.0 m寬板條進行荷載計算，得到底板抗滑穩定系數Kc=1.39＞[Kc]=1.25；底板抗浮系數 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，地基應力不均勻系數 η=1.58＜[η]=2.0，滿足要求。

3 邊墩和中墩設計

3.1 邊墩設計

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。

邊墩設計以邊墩臨水面無水的最不利工況進行穩定驗算和應力分析。通過計算得，底板抗滑穩定系數 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，地基應力不均勻系數η=2.05＞[η]=2.0，此工況基本為施工工況，不均勻系數稍大。

3.2 中墩設計

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。通過計算其抗滑穩定及基底應力得，抗滑穩定系數 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，地基應力不均勻系數η=1.36＜[η]=2.0，滿足要求。

4 橡膠壩消能防沖和防滲設計

4.1 消能防沖設計

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m=0.33～0.36；壩袋充脹到設計高度時，可視作曲線實用堰，流量系數 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系如表2。

表2 不同壩高泄流量與下游水位關系表

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

壩上游設置防滲鋪蓋，壩底板下設置水泥攪拌樁，消力池里布置排水設施。地基的滲徑長度大于其最小安全防滲長度，滲透穩定則滿足要求。最小安全防滲長度為18 m，而橡膠壩實際設置滲徑長度為45.3 m，所以防滲設計滿足要求。

5 結語

潮白河橡膠壩所在河道屬于山區季節性河流，匯流時間短，地質條件為厚砂礫層地基，因此對壩的穩定、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對其運行狀況、水流流態等做進一步的觀測和分析。