摘要：本橡胶坝工程位于南充市西河流域，主要任务为防洪及河道景观雍水。根据对现有橡胶坝工程的调查以及参照《中小型水利水电工程典型设计图集》选录的已建项目统计情况，目前橡胶坝的坝高一般都是低于6米，并且大部分橡胶坝坝高均为3米左右，唯一一座达到6米的橡胶坝为选录的广西省冬笋橡胶坝，也是国内最高的橡胶坝。本工程西河橡胶坝坝高5.7米，接近目前国内最高的橡胶坝，作为高橡胶坝设计的案例可为类似工程的参照。
关键词：橡胶坝；雍水；坝高；
1 工程概况
西河是嘉陵江中游西安的一级支流，全长121 公里，总流域面积796 平方公里。根据主城区河段的各区段水位标高控制点要求，设置橡胶堤坝，满足泄洪和蓄水需求。同时，雍高水位后可以弱化驳岸裸露的情况，减小水位消弱区的影响，使河段景观达到最佳效果。根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》的规定，结合本工程工程规模及工程布置，橡胶坝工程等别为Ⅲ等中型工程，主要壅水和泄水建筑物等级为3级，次要建筑物为4级。橡胶坝的初步运行方式为保证橡胶坝正常运行和坝袋结构安全，橡胶坝在汛末充水起坝蓄水，在下一个汛期洪水来之前坍坝，以满足河道安全行洪要求。
2 工程布置
建筑物布置考虑便于建筑物布置和有利于下泄水流平顺归槽的原则，建坝位置选择河道顺直，水流条件优，地基基础条件好的岸段。橡胶坝底板采用钢筋混凝土结构，垂直水流向宽度30.5m，顺水流向宽度20m，底板同两岸采用1：2.5边坡顺接，底板厚度2m，顶高程260.30m。由于是单向挡水，下游侧考虑设置顺水流向20m长的消力池，池顶高程258.10m，池身1.9m，消力池底板同两岸采用1：1.5边坡顺接。橡胶坝轴线长度62m，在左岸设置抽排水泵房。建筑物布置相对简单紧凑。
3 建筑物设计
橡胶坝设计包括基础土建、坝袋、监测系统、安全水线以及控制系统。土建部分包括混凝土底板、消力池以及控制室。建筑物设计中主要考虑对坝袋结构设计、消能工及防护设计、及充排水系统进行了重点研究。
3.1 布置原则
a）工程布置应满足该河段防洪综合治理要求，防止河道下切；
b）根据工程区河堤现状，新修或加固堤防以保证城镇防洪安全要求；
c）结合防洪兼顾河道综合治理与城镇发展相协调，同时营造宽阔水域和水生态环境条件；
d）主要建筑物布置合理、紧凑，便于检修与维护；
e）主要建筑物设计应满足国家和行业现行规程、规范和标准；
f）橡胶坝布置应考虑坝袋安装、检修与维护的工作条件。
3.2 基础设计
图1 橡胶坝基础结构图
橡胶坝段基础混凝土部分主要为基础底板。依据《橡胶坝技术规范》中2.3.6规定，坝底板顶高程宜比上游河床地形平均高程适当提高0.2m～0.4m，因此本工程橡胶坝底板顶高程确定为高出原河床断面最低处以上0.3m，底板顺河向宽度为20m，满足坝袋坍平宽度以及安装和检修的要求。上、下游底板（连齿墙）厚度为3.5m，即深入河床约1.5m，满足不被水流淘刷的要求，中间底板最小厚度为2.0m。橡胶坝为单跨布置，两侧边墩顶宽均为1.0m，斜坡式基础，坡比为1：2.5，边墩顶高程较橡胶坝坝袋顶高程高0.5m。橡胶坝基础部分采用C20混凝土，上下游开挖坡比为1∶1.5，结构图见图1。
3.3 坝袋设计
本工程选用充水式坝袋，坝体布置采用单跨式，橡胶坝坝袋高度均为5.7m，依据《橡胶坝技术规范》中规定内压比选用1.27，橡胶坝段均采用双锚固线锚固结构，依据附录B对坝袋进行设计计算，并依据规范附录C选用胶布形式为两布三胶。橡胶坝基本参数见表1。
通过计算橡胶坝坝袋安全系数大于6.0，坝袋设计满足规范要求。
3.4 消能工及防护设计
橡胶坝坝后设消力池，与橡胶坝底板按1∶3斜坡衔接，后再接水平段。消力池底板高程较橡胶坝底板高程低1.5m，底板厚度1.0m，下部设置塑料孔，间距为2m×2m，直径为0.1m。根据《水闸设计规范》计算消力池的长度、深度、底板厚度等。
3.4.1水位计算
正常运行工况计算水位按橡胶坝正常运行时可能最大水头考虑，即上游水位为坝顶以上0.5m考虑，求得正常运行时的泄流流量，以此依据天然河道水位流量关系计算相对应下游水位。
依据《橡胶坝技术规范》附录A计算上游水位为坝顶以上0.5m时泄流流量，如下式：
通过以上公式计算求得消力池长度为20.25m，本次设计取为20.0m。
c）消力池厚度计算
消力池厚度采用《水闸设计规范》中抗冲公式计算，计算得到抗冲要求底板厚0.65m~0.87m，抗浮要求底板厚0.76m~0.90m，消力池底板厚取1.0m。
通过计算可知，消力池深度为1.9m，长度为20.0m，底板厚度为1.0m。
4 结语
橡胶坝是20世纪50年代末随着高分子合成材料工业的发展而出现的一种新型水工建筑物，自1957年世界上首座橡胶坝诞生于美国洛杉矶后，这个半个多世纪以来这种筑坝技术在世界范围内获得了长足的发展。虽然在橡胶坝的科研、设计、施工和管理上获得了丰富的实践经验，但受限于自身结构、运行稳定性及材料特性限制，高度大于5m的橡胶坝案例较少。本工程通过具体项目设计案例，为类似高橡胶坝提供了参照。当然，对于高橡胶坝工程设计和制造、运行期坝袋防震动、坝袋耐磨材料研究等还需要进一步完善。
参考文献
[1]湖南省水利水电勘测设计研究总院.中小型水利水电工程典型设计图集，挡水建筑物分册：橡胶坝与翻板坝[M].中国水利水电出版社，2007.
[2]中华人民共和国水利部.水闸设计规范（SL265-2001）[S].中国水利水电出版社，2001.
[3]中华人民共和国水利部.溢洪道设计规范（SL253-2000）[S].中国水利水电出版社，2000.
[4]中国水利水电科学研究院.橡胶坝技术规范（SL253-98）[S].中国水利水电出版社，1998.
论文作者:陈晨
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第22期
论文发表时间:2018/11/21
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