溫涼河橡膠壩設計及壩袋施工要點分析

徐建軍

（臨沂市水利工程處，山東 臨沂276000）

溫涼河橡膠壩工程位于山東省臨沂市沂水縣尹家峪境內，設計壩址處河道寬度約40 m，邊坡為1∶2 的梯形斷面。根據當地水文局記載：溫涼河汛期30 年一遇洪峰流量為538 m3/s，枯水期30 年一遇洪峰流量為32 m3/s。本次設計河道近期防洪標準為30 年一遇，遠期為50 年一遇。溫涼河橡膠壩工程由橡膠壩、泵房、交通橋等組成，是一項蓄泄兼顧的水利工程，設計投資245 萬元。

1 壩袋參數設計

1.1 壩袋材料及尺寸的確定

通過結合其他項目的成功經驗，溫涼河橡膠壩工程設計采用“二布三膠錦綸橡膠壩袋”，具體型號為JBD35-280-2，壩袋總厚度約為12 mm。根據本項目的蓄水量要求，設計壩高3.4 m，每幅壩袋長15 m，本橡膠壩由3 個壩袋組成[1]。

1.2 壩袋材料極限承受拉力的確定

溫涼河橡膠壩壩體高度確定為3.4 m，根據壩體極限承載工況（上游水深等于壩高，下游無水）計算壩袋極限承受拉力FT 為50.2 kN/m。之后設計的拉伸試樣寬度為52 mm，換算為壩袋極限拉力為2.61 kN。

為檢測壩袋材料極限抗拉能力，利用“WE-30 型萬能材料試驗機”進行測試，最大測量載荷50 kN，設計拉伸速度5 mm/min。對試驗材料進行硫化處理，且按照ASTM 標準裁剪為C 形啞鈴形狀。

1）試驗一：緯向試件拉伸試驗。壩體材料試件緯向拉伸試驗曲線見圖1。由1 圖可知：隨著y軸應力的逐漸增大，x 軸應變也逐漸增大，且增大幅度逐漸提高。由于計算得壩袋極限拉力為2.61 kN，所以在此重點對1～5 kN 范圍內壩袋材料的應力～應變數據進行分析，詳見表1。由表1可知：當荷載在2～3 kN 之間時，壩袋材料產生的應變在17.5%～22.9%，遠小于壩袋材料50%的極限變形量，因此材料在緯向上滿足使用要求[2]。

圖1 緯向拉伸試件應力～應變曲線

表1 溫涼河壩袋材料緯向應力～應變數據

2）試驗二：經向試件拉伸試驗。壩體材料試件經向拉伸試驗曲線見圖2。由圖2 可知：隨著y軸應力的逐漸增大，x 軸應變也逐漸增大，但增大幅度基本保持穩(wěn)定[3]。在此依然重點對1～5 kN 范圍內壩袋材料的應力～應變數據進行分析，見表2。由表2 可知：當荷載在2～3 kN 之間時，壩袋材料產生的應變在6.1%～7.8%，遠小于壩袋材料50%的極限變形量，因此材料在經向上滿足使用要求。

圖2 經向拉伸試件應力～應變曲線

表2 溫涼河壩袋材料經向應力～應變數據

1.3 壩袋壓力比的確定

壓力比a 是橡膠壩袋最重要的參數之一，直接決定了壩袋成本、材料數量、沖水設備及費用等。涉及到的參數包括壩袋內壓水頭H0、壩袋材料極限承受拉力FT、上游壩體截面曲線半徑R等。在此參考其他項目經驗，壓力比a 設計1.0、1.1、1.2、1.3、1.4、1.5 等6 個等級進行比選分析[4]。

在此建立坐標系，其中縱軸為R/H1，橫軸為壓力比a，通過計算擬合曲線如圖3 所示。由圖3可知：1）當壓力比a 處于1.2 以下時，R 值急劇增大，因此排除；2）當壓力比a 處于1.2～1.5 之間時，R 值基本保持穩(wěn)定，因此適合在這個區(qū)段選取壓力比。

圖3 壩體幾何半徑隨壓力比變化曲線

由于壓力比a 越低，相對來說經濟性越好，但也會導致壩袋極限受拉力降低，因此需要平衡壩體的經濟性和安全性。為此繪制壩高H1與FTa（對壩袋材料產生的環(huán)向拉力，設計安全系數k=4）關系曲線，隨著a 值增大，F(xiàn)Ta也增大，因此從安全性和經濟性綜合考慮，最終設計溫涼河橡膠壩袋壓力比a=1.2。

2 橡膠壩錨固系統(tǒng)設計

2.1 上、下游錨固力計算

上游壩袋在水力作用下呈現(xiàn)向下偏移的圓弧形，拉力FT在水平和垂直方向分力分別為FTx、FTy，錨栓錨固力為Fm，其計算公式如下[5]。

式中：μ1為底墊片和底板間的靜摩擦系數；μ2為補強膠布與壓板間的靜摩擦系數。

經計算，F(xiàn)m=37.6 kN。

下游正壓板主要承受的是上游水體沖擊力和壩體自身慣性力，F(xiàn)n計算公式如下。

經計算，F(xiàn)n=28.6 kN。由此可見上游錨固力大于下游錨固力。

2.2 螺栓及壓板參數確定

結合其他項目經驗，本項目設計螺栓最宜間距為0.25 m，為簡化計算，本項目認為每個螺栓受力一致，其中拴緊力和扭轉力的影響系數設置為1.75。螺栓直徑設計為36 mm，壓板厚22 mm，墊板厚8 mm。所有錨桿構件均為普通鋼材質，要求外涂防銹材料。

3 壩袋安裝施工要點

3.1 基礎底板處理

1）橡膠壩袋易受銳利物體損壞，因此要求對壩底板與壩墩范圍內混凝土局部有凹凸、棱角要用磨光機打磨掉，認真清除錨固槽周圍及壩袋塌落范圍內的混凝土殘渣、鐵絲及木塊等一切雜物。

2）橡膠壩中、邊墩表面所有對拉螺栓、鐵絲等進行打磨處理，中邊墩打磨光滑后刷涂丙乳水泥砂漿，丙乳水泥砂漿要嚴格按照配比，刷涂均勻，以減少壩袋與墩墻的摩擦。

3）混凝土表面孔洞和低凹處用水泥砂漿抹平壓實，再用砂輪打磨平整。人工清理錨固槽、墊板表面殘留砂漿、混凝土等附著物。同時用砂輪將錨固槽內側混凝土棱角及壩底板伸縮縫打磨平整。

3.2 錨固件處理和安裝

1）檢查預埋螺栓、錨固槽位置、尺寸，清除預埋螺栓上雜物，并用扳牙將螺紋部位扳一遍，檢查螺栓、板有無變形、銹蝕，孔距是否符合設計要求，并用砂輪將邊刺磨掉。

2）安裝前，在混凝土底板上標出壩軸線、中心線，根據底墊片就位線將其展開，四周大小均勻后，在底墊片上分別標出上下游錨固線。底墊片采用人工鋪展，應順直、平展，使墊片上的錨固線與錨固槽內螺栓中心線重合，且展開不能有褶皺，兩端距壩墩與兩邊距錨固槽尺寸要一致。

3）在底墊片上打孔，根據現(xiàn)場的實際螺栓位置，將誤差分給每個螺栓間距，定出每個對應螺栓孔位置，在墊片上劃線，用手電鉆進行打孔，且所打孔洞應比螺栓稍小，確保其密封效果。

3.3 壩袋鋪設

1）壩袋鋪設順序為：下游→上游→邊墻，從底板中心線開始，向兩側同時進行，采用人工配合機械的方法。根據壩袋尺寸定出壓板線及鉆孔中心線，量出壩底板和壩袋長度、寬度，確定出長度、寬度總長誤差。

2）壩袋螺栓孔的定位打孔自兩端開始，將總長誤差均分到每個螺距，避免誤差集中在一小段內，引起壩袋皺折。按照從下游到上游順序將壩袋套放在螺栓上。壩袋堵頭拐角處，斜坡上的壩袋采用拉鏈葫蘆牽引，用橡膠片墊平袋布折疊、皺折處。

3）壩袋錨固應按照“先中間，后兩邊，上下游同時進行，最后兩邊堵頭”的原則。螺帽的緊固不應過緊，也不應過松，兼顧應力集中和密閉不緊密情況。緊固壓板螺帽時先用風炮套筒上螺帽，緊固后再用特制工具制作的套筒，使用人力將每一個螺帽緊固好。

4 結 語

溫涼河橡膠壩工程投入使用后，各項參數均達到設計標準，橡膠壩安全穩(wěn)定運行，說明前期的設計工作合理，可以為相關工程提供參考。