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摘要：橡胶坝是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，具有结构简单、施工期短、工程造价低、寿命长、运行维修方便、抗震能力强等特点。本文以内蒙古某市河道景观工程为例，简述了充水式橡胶坝设计的技术要点及土建工程设计的技术要求，阐述了橡胶坝的泄洪能力、坝袋及其锚固计算方法，评述了橡胶坝的优缺点。
关键词：充水式橡胶坝；城市景观；设计；应用
目前, 橡胶坝在我国发展较快,其对改善该市整个投资环境等都起到十分重要的作用, 其防洪效益、环境效益、社会效益和经济效益均十分明显。
内蒙古某市河道景观工程，位于内蒙古南部，河道流域面积140.5 km2，流经市区内的沟道长35 km，沟道比降18.9‰，流域内总的地势为西高东低。根据工程布置需在河道上新建挡水坝8座；结构型式采用橡胶坝与翻板闸相结合。采用钢筋混凝土底板，永久挡水坝段为橡胶坝段，泄洪段采用翻板闸结构，坝段长度为180～400 m。1～8#挡水坝蓄水深度控制在0.5～2.5m，坝后瀑布5～10 m。
1．橡胶坝设计中的几个技术要点
（1）工程设计中，设计内外压比α值的选用应经技术比较后确定。对于充水坝袋，其α值应在1.25~1.6范围内。
（2）坝袋强度设计安全系数≥6，坝袋壁承受的径向拉力应根据薄膜理论按平面问题计算。
（3）锚固结构分为绑槽锚固、螺栓锚固和压板锚固。经过综合比较后，选用锚栓压板式双锚固。
2．橡胶坝充胀介质的选择
橡胶坝充胀介质一般有三种，即水、气、水气混合，各自具有优缺点。针对本工程采用充水式橡胶坝。
3．橡胶坝泄洪能力计算
橡胶坝泄洪能力，可按堰流基本公式计算：
（1）
式中：Q为过坝流量（m3/s）；σ为淹没系数；m为流量系数；ε为侧收缩系数；B为溢流断面的平均宽度（m）；h0为计入流速水头的堰上总水头（m）；
；（2）
对于双锚固充水橡胶坝的流量系数
（3）
（4）
式中H0为坝袋内压水头（m）；H为运行时坝袋充胀的实际高度（m）；H1为设计坝高（m）； 为坝上游水深（m）； 为坝上游水深（m）。
坝内压比1.5，设计坝高2.5m，最大内压水头3.75m，因此得出，坝上最大水深为0.32m，采用上述计算公式，计算得出橡胶坝的单宽流量。
4．充水式橡胶坝坝袋的设计计算
本工程坝袋下游与跌水连接，下游近似为无水条件。计算坝袋的各参数。
（5）
式中：T为坝袋径向计算强度，KN/m；γ为水的容重，KN/m³；α为内压比； 为内压水头 为设计坝高。
采用雙锚线锚固坝袋的有效周长（不包括锚固长度）为：
（6）
采用双锚线锚固的底垫片有效长度（不包括锚固长度）为：
（7）
查SL227-98规范中的表B.2.2-1，得到坝袋各项设计参数如表1。
表1 充水式坝袋设计参数表
α T S1 S X0 n R V
1.5 31.25 3.927 4.215 1.092 2.5 2.5 9.002
根据以上参数，分别代入公式（6）、公式（7）得到 =8.142m， =3.592m。
5．锚固构件的设计计算
5.1锚固结构的确定
由于北方的河流泥沙较多，并且本工程所处的河道上没有基流，平时无水，而汛期洪水来临时含沙量较大，考虑到坝袋的摩损和震动影响，设计采用双线锚固，根据坝高、坝顶溢流、安全及施工等因素，确定使用螺栓压板式锚固中的穿孔锚固。
5.2锚固构件计算
根据技术规范要求，螺栓间距取0.25m。
压板式锚固每根螺栓承受的荷载可按下式计算：
（8）
式中 为每根螺栓承受的荷载； 为单位长度螺栓计算荷载，kN/m； 为螺栓力及扭转力的影响系数，一般取1.75；n为1米长度内螺栓根数。
螺栓直径可按下式计算：
（9）
式中d为螺栓直径，cm；[σ]为螺栓允许拉应力，N/cm2。
锚栓采用M27粗纹螺栓，锚固长度取580mm。考虑充分利用锚栓与混凝土的粘结力，并与混凝土中的钢筋焊接后，浇筑混凝土。
压板强度按下式计算：
（10）
（11）
式中M为坝袋拉力作用在压板上产生的弯矩，n•cm；L为力臂，cm； 为安全系数，一般取3； 为抗弯截面系数，cm3。
经过计算，压板采用M40，规格采用长×宽×高=998×105×47mm，垫板规格采用长×宽×高=996×140×10mm，安装长度为1000mm，压板之间留出2mm的空隙，垫板之间留出4mm的空隙，压板与垫板错开安装。
6．橡胶坝的优、缺点
橡胶坝是一种结构简单，节约材料，造价低、施工简单，用工少，工期短，运行维修方便，抗震能力强的新型水工建筑物。据统计，橡胶坝与同规模的其它惯用闸坝相比，可节省钢材30%～70%，水泥30%～60%，木材60%，投资节省30%～70%，特别是在某些流量变幅大，河床地质条件差，以及上游淹没损失大的河流上，橡胶坝更有较好的适应性；缺点是，坝袋的耐久性和可靠性有待于进一步提高，特别是我国北方高寒地区，坝袋的耐寒和抗冰凌问题有待进一步研究。
【参考文献】
[1] SL 227—98，橡胶坝技术规范
[2]周森康. 关于充水橡胶坝设计的基本原理和公式[ J] . 合肥工业大学学报, 1981, ( 1) : 67～76.
作者简介：
徐芬1977年，女，籍贯，湖北。现供职单位：葛洲坝集团股份有限公司勘测设计院。学历本科，学位，工学学士。研究方向，水利水电工程出生年
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。
关键词：充水式橡胶坝；城市景观；设计；应用
目前, 橡胶坝在我国发展较快,其对改善该市整个投资环境等都起到十分重要的作用, 其防洪效益、环境效益、社会效益和经济效益均十分明显。
内蒙古某市河道景观工程，位于内蒙古南部，河道流域面积140.5 km2，流经市区内的沟道长35 km，沟道比降18.9‰，流域内总的地势为西高东低。根据工程布置需在河道上新建挡水坝8座；结构型式采用橡胶坝与翻板闸相结合。采用钢筋混凝土底板，永久挡水坝段为橡胶坝段，泄洪段采用翻板闸结构，坝段长度为180～400 m。1～8#挡水坝蓄水深度控制在0.5～2.5m，坝后瀑布5～10 m。
1．橡胶坝设计中的几个技术要点
（1）工程设计中，设计内外压比α值的选用应经技术比较后确定。对于充水坝袋，其α值应在1.25~1.6范围内。
（2）坝袋强度设计安全系数≥6，坝袋壁承受的径向拉力应根据薄膜理论按平面问题计算。
（3）锚固结构分为绑槽锚固、螺栓锚固和压板锚固。经过综合比较后，选用锚栓压板式双锚固。
2．橡胶坝充胀介质的选择
橡胶坝充胀介质一般有三种，即水、气、水气混合，各自具有优缺点。针对本工程采用充水式橡胶坝。
3．橡胶坝泄洪能力计算
橡胶坝泄洪能力，可按堰流基本公式计算：
（1）
式中：Q为过坝流量（m3/s）；σ为淹没系数；m为流量系数；ε为侧收缩系数；B为溢流断面的平均宽度（m）；h0为计入流速水头的堰上总水头（m）；
；（2）
对于双锚固充水橡胶坝的流量系数
（3）
（4）
式中H0为坝袋内压水头（m）；H为运行时坝袋充胀的实际高度（m）；H1为设计坝高（m）； 为坝上游水深（m）； 为坝上游水深（m）。
坝内压比1.5，设计坝高2.5m，最大内压水头3.75m，因此得出，坝上最大水深为0.32m，采用上述计算公式，计算得出橡胶坝的单宽流量。
4．充水式橡胶坝坝袋的设计计算
本工程坝袋下游与跌水连接，下游近似为无水条件。计算坝袋的各参数。
（5）
式中：T为坝袋径向计算强度，KN/m；γ为水的容重，KN/m³；α为内压比； 为内压水头 为设计坝高。
采用雙锚线锚固坝袋的有效周长（不包括锚固长度）为：
（6）
采用双锚线锚固的底垫片有效长度（不包括锚固长度）为：
（7）
查SL227-98规范中的表B.2.2-1，得到坝袋各项设计参数如表1。
表1 充水式坝袋设计参数表
α T S1 S X0 n R V
1.5 31.25 3.927 4.215 1.092 2.5 2.5 9.002
根据以上参数，分别代入公式（6）、公式（7）得到 =8.142m， =3.592m。
5．锚固构件的设计计算
5.1锚固结构的确定
由于北方的河流泥沙较多，并且本工程所处的河道上没有基流，平时无水，而汛期洪水来临时含沙量较大，考虑到坝袋的摩损和震动影响，设计采用双线锚固，根据坝高、坝顶溢流、安全及施工等因素，确定使用螺栓压板式锚固中的穿孔锚固。
5.2锚固构件计算
根据技术规范要求，螺栓间距取0.25m。
压板式锚固每根螺栓承受的荷载可按下式计算：
（8）
式中 为每根螺栓承受的荷载； 为单位长度螺栓计算荷载，kN/m； 为螺栓力及扭转力的影响系数，一般取1.75；n为1米长度内螺栓根数。
螺栓直径可按下式计算：
（9）
式中d为螺栓直径，cm；[σ]为螺栓允许拉应力，N/cm2。
锚栓采用M27粗纹螺栓，锚固长度取580mm。考虑充分利用锚栓与混凝土的粘结力，并与混凝土中的钢筋焊接后，浇筑混凝土。
压板强度按下式计算：
（10）
（11）
式中M为坝袋拉力作用在压板上产生的弯矩，n•cm；L为力臂，cm； 为安全系数，一般取3； 为抗弯截面系数，cm3。
经过计算，压板采用M40，规格采用长×宽×高=998×105×47mm，垫板规格采用长×宽×高=996×140×10mm，安装长度为1000mm，压板之间留出2mm的空隙，垫板之间留出4mm的空隙，压板与垫板错开安装。
6．橡胶坝的优、缺点
橡胶坝是一种结构简单，节约材料，造价低、施工简单，用工少，工期短，运行维修方便，抗震能力强的新型水工建筑物。据统计，橡胶坝与同规模的其它惯用闸坝相比，可节省钢材30%～70%，水泥30%～60%，木材60%，投资节省30%～70%，特别是在某些流量变幅大，河床地质条件差，以及上游淹没损失大的河流上，橡胶坝更有较好的适应性；缺点是，坝袋的耐久性和可靠性有待于进一步提高，特别是我国北方高寒地区，坝袋的耐寒和抗冰凌问题有待进一步研究。
【参考文献】
[1] SL 227—98，橡胶坝技术规范
[2]周森康. 关于充水橡胶坝设计的基本原理和公式[ J] . 合肥工业大学学报, 1981, ( 1) : 67～76.
作者简介：
徐芬1977年，女，籍贯，湖北。现供职单位：葛洲坝集团股份有限公司勘测设计院。学历本科，学位，工学学士。研究方向，水利水电工程出生年
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。