淠河橡胶坝（中坝）工程结构复核计算分析

淠河橡胶坝（中坝）工程结构复核计算分析

赵以国 吴 琼

（安徽省（水利部淮委）水利科学研究院 蚌埠 233000水利部淮河水利委员会 蚌埠 233001）

【摘 要】橡胶坝工程对于山区河道水资源的利用及防洪具有重要作用，但对已建橡胶坝工程进行安全评价工作目前开展较少。本文对橡胶坝安全评价中的结构复核方法进行了介绍，并对复核结果进行了分析。

【关键词】橡胶坝 结构稳定 坝袋强度 抗震稳定性

1 概述

淠河橡胶坝（中坝）工程位于安徽省六安市城区新安大桥下游300m处，是六安市城区段淠河水域梯级开发治理规划的重要组成部分。橡胶坝（中坝）于2008年9月28日开始建设，2009年4月23日正式蓄水。工程等别为Ⅲ等，主要建筑物级别为3级，次要建筑物级别为4级，地震设计烈度为7度。

橡胶坝（中坝）坝体总长520m，共设6跨，单跨长86m，中墩厚0.8m，共设5个。坝底板顶面高程31.50m。坝袋净高4.5m，顶面高程36.00m，设计挡水位36.00m。坝底板为钢筋混凝土结构，顺水流向长14m，厚1.0m，下设前后齿墙。坝底板垂直水流方向分封间距13.3m。中墩为钢筋混凝土直墙，底部宽7.0m，墙顶高程36.50m。将中墩及边墩端部用1∶10边坡抬高31cm，以消除塌肩现象。为减小堵头与墩墙之间的摩擦力，侧面用1∶2水泥砂浆抹平压光。

边墙为钢筋混凝土悬臂结构，前齿兼作坝底板，墩底总宽7.4m，顶部高程36.50m，边墩顺水流向长14m。坝上游设钢筋混凝土防渗铺盖。铺盖顺水流向长15m，厚0.4m。铺盖顶面高程由29.00m抬升至31.00m。坝底板下设厚1.7m的粘土，坝底板前端设水泥搅拌桩，桩径0.8m，搭接形成悬挂帷幕。铺盖上游设抛石防冲槽，深1.5m，上部为0.5m厚铅丝笼抛石护面。

消力池深1m，长28.2m，以1∶3斜坡与坝底板连接，长7.5m，下接消力池底板，长20m，池底高程29.00m，末端设0.7m宽的尾坎，坎顶高程30.00m。消力池底板厚0.65m，设直径15cm的PVC管排水孔，梅花形布置。消力池后接海漫长36m，前24m为浆砌石结构，后12m为干砌石结构。海漫后接抛石防冲槽，深1.5m，上口宽10m，底宽2.45m。上下游翼墙均为钢筋混凝土扶壁式，圆弧形布置，墙高由9m渐变至3m。

为复核该坝结构的现状稳定性，本文对该橡胶坝工程进行了坝底板稳定性、翼墙稳定性及坝袋的稳定性复核计算，并对复核结果进行了分析。

2 坝底板稳定计算

坝体顺水流向断面如图1所示。

根据规划资料，结合工程实际运用情况，此次复核计算荷载组合见表1。

按《橡胶坝工程技术规范》（GB/T50979-2014）4.5.6条规定，坝底板、边墩、中墩的稳定计算可按《水闸设计规范》（SL265-2001）的有关规定执行，应满足以下要求：在各种计算情况下，平均基底应力不大于地基允许承载力，最大基底应力不大于地基允许承载力的1.2倍；基底应力的最大值与最小值之比，基本组合不大于2.00，特殊组合不大于2.50；沿基底面的抗滑稳定安全系数，基本组合不小于1.25，特殊组合（地震情况）不小于1.05。

图1 坝体断面图（单位：m）

表1 荷载组合表

荷载组合水重工况正常挡水枯水期地震自重36.00 无水 √无水 无水 √36.00 无水 √水位（m）上游 下游基本组合特殊组合√√√静水压力 扬压力 地震荷载√√----√√√

图2 翼墙典型断面图（单位：m）

表2 坝底板稳定复核计算成果表

荷载组合 工况 Pmax/kPa Pmin/kPa基本组合 正常挡水 55.7 32.4 Pmax/Pmin Kc1.72 1.55枯水期 62.4 48.1 55.2 1.30 -特殊组合 地震 58.9 36.5 47.7 1.61 1.41（Pmax+Pmin）/2/kPa 44.1

表3 翼墙稳定复核计算成果表

荷载组合 工况 Pmax/kPa Pmin/kPa基本组合 正常挡水 79.2 55.6 Pmax/Pmin Kc1.43 2.32枯水期 164.6 130.8 147.7 1.26 2.09特殊组合 地震 83.3 60.5 71.9 1.38 2.40（Pmax+Pmin）/2/kPa 67.4

表4 坝袋径向强度安全系数复核计算成果表

内外压比径向强度安全系数225 2.78 1.3 4.5 81.0 234 2.89设计坝高/m 1.3 4.5径向计算强度/kN/m 81.0径向实测强度/kN/m

基底应力按（1）式计算：

式中：P—基底应力的最大值或最小值（kPa）；

∑G—全部竖向荷载（kN）；

∑M—全部竖向和水平向荷载对于基础底面垂直水流方向的形心轴的力矩（kN·m）；

A—基底面的面积（m2）；

W—基底面对于该基底面垂直水流方向的形心轴的截面矩（m3）。

沿基底面的抗滑稳定安全系数按（2）式计算：

式中：Kc—沿基底面的抗滑稳定安全系数；

f—基底面与地基之间的摩擦系数，按《水闸设计规范》（SL265－2001）7.3.10条规定取 0.25；

∑H—全部水平向荷载（kN）；

坝底板稳定复核结果见表2。

计算表明，3种工况下，坝底板基底应力最大值为62.4kPa，小于地基允许承载力150kPa；基底应力最大值与最小值之比均小于规范允许值，抗滑稳定安全系数均大于规范允许值。坝底板稳定满足规范要求。

3 翼墙稳定计算

典型断面如图2所示。

翼墙稳定按公式（2）计算，计算工况同表1。

各工况下的稳定计算结果见表3。

计算表明，3种工况下，翼墙平均基底应力最大值为147.7kPa，小于地基允许承载力150kPa；最大基底应力为164.6kPa，小于地基允许承载力的1.2倍180kPa；基底应力最大值与最小值之比均小于规范允许值，抗滑稳定安全系数均大于规范允许值。翼墙稳定满足规范要求。

4 坝袋强度复核计算

4.1 基本资料

坝袋水平长度共计516m，型号为JBD4.5-300-3，采用三布四胶，胶布型号为J300260-3，径向强度设计值900kN/m，纬向强度设计值780kN/m，堵头径纬向强度设计值均不小于450kN/m。

现场截取坝袋样品，在试验室测得的坝袋径向强度分别为225kN/m、234kN/m。4.2坝袋安全系数复核

根据《橡胶坝工程技术规范》（GB/T50979-2014）附录B，坝袋径向计算强度可按下式计算：

式中：T—坝袋径向计算强度（kN/m）；

γ—水的重度（kN/m3）；

α—坝袋内外压比；

H0—坝袋内压水头（m）；

H1—设计坝高（m）。

坝袋径向强度安全系数复核成果见表4。

经计算，坝袋径向强度安全系数分别为2.78、2.89，均小于6.0，不满足现行规范要求。

5 结论

根据上述计算结果，该工程坝底板稳定性、翼墙整体稳定满足现行规范要求；坝袋安全系数不满足现行规范要求。

坝袋安全系数不满足现行规范的原因是该橡胶坝升降频率高，据统计至2009年运行以来已升降300多次；再则由于坝袋堵头与墩墙的频繁摩擦所致■