橡胶坝设计总说明.doc

设计总说明
一、工程概况
工程区位于河南省鹤壁市新区的淇河上，淇河发源于山西省陵川县棋子山，东流经河南辉县、林州、鹤壁市淇滨区、淇县及浚县，最后注入卫河。据国家地质部门实测记载，淇河形成于下澳陶统，距今已有五亿年的历史，是中国华北地区唯一未被污染的河流，被称为“北方漓江”。因主要流经河南鹤壁市，因此又被称为“鹤壁市的母亲河”。
鹤壁新区是豫北城市群中心，又是晋、冀、鲁、豫四省十市的经济协作区中心，具有承东启西、连南接北的有利条件，有利于发挥联络和辐射作用。
近几年鹤壁市在大力发展经济同时，兼顾生态环境治理，生态环境越来越好。该项目建成后，可在淇河上形成宽阔水面，蓄水成湖，波光潋滟，湖中泛舟，成为城市居民理想的休息、游乐场所。
二、建设缘由及依据
橡胶坝工程是在河道治理的基础上，为更好利用淇河水资源而修建的拦河坝工程，工程任务是修建橡胶坝两座，枯水期拦蓄水量，形成水面，提高城市居民生活质量及鹤壁市城市品位。
三、地质概况
工程区内出露地层比较简单，河段地层由第四系全新统、上更新统、中更新统、下更新统和上第三系中新统地层等组成，由新到老分层描述如下。
第①层，第四系全新统人工堆积（Q4r）：由于高速公路、高铁等工程建设，河道内砂砾石被开采用作建筑材料，当地村民在河道内局部卵石层上铺填壤土，再种植庄稼。人工堆积层一般厚0.3~ 0.5m。
第②层，第四系全新统冲积物（Q4al）：浅黄色，松散。主要成分为粉质粘土，厚0~2.0m左右，断续分布于河床左侧。
第③层，第四系上更新统冲积砂壤土（Q3al-2）：浅黄色，较密实，成分主要为砂壤土，局部为粉质粘土或粉砂，土质均一，手触砂感较强，抚摸沙粒脱落。该层厚0.5~6m，层底高程72.4~75.2m。分布于工程区河谷左右两岸。
第④层，第四系上更新统冲积砂卵石（Q3al-1）：浅灰色、杂色，密实，卵石成分主要为石英砂岩、灰岩等，呈亚圆状，磨圆较好，粒径一般3~7cm，最大粒径为18cm左右，含量60%~70%，充填物以粉细砂为主。厚9.0~15.5m左右，层底高程55.8~69.4m。分布于整个工程区。
左岸第④层中夹有一层粉砂，浅黄色，较密实，厚约4.5m。
第⑤层，上第三系中新统鹤壁组粉砂质泥岩或泥质粉砂岩（N2h）：浅棕色，泥质结构，层状构造，半成岩，岩芯一般呈柱状、短柱状。地层稳定连续，顶板高程55.8~69.4m，钻孔揭露最大厚度14.7m（未揭穿）。分布于整个工程区。
四、工程布置要点
（1）防洪标准
设计洪水标准为100年一遇。
（2）工程规模
京珠橡胶坝最大坝3.5m，根据《水利水电枢纽工程等级划分及洪水标准》（SL252－2000），橡胶坝工程等别为IV等，主要建筑物为IV级，次要建筑物为V级，临时建筑物为V级。
（3）工程总布置
橡胶坝位于桩号K5+522.81处，坝底板顶高程为69.80m，设计坝顶高程为73.30m，坝高3.5m，坝总长232m，分三跨，边跨长75.0m，中跨长76.0m，坝袋总长226m。三跨坝袋之间设置隔墩，隔墩厚1.5m；管理房位于橡胶坝左岸，尺寸为9m（宽）*12m（长）。
自上游到下游依次为铺盖段，坝底板段，连接段，消力池段及海漫段。
铺盖段长5.0m，厚0.3m，钢筋砼结构，铺盖顶高程为69.48m，与本次河道设计河底高程一致；坝底板为钢筋砼结构，宽13.0m，厚1.5m，前齿墙厚1.5m，深3.5m，后齿墙厚1.2m，深2.5m，坝底板顶高程为69.80m；连接段坡比为1:3，钢筋砼结构，长2.61m，厚0.6m；消力池长11.0m，池深0.8m，尾坎厚1.0m；海漫段长18.0m，结构材料为格宾石笼。
六、工程设计要点
（一）拦河橡胶坝设计
拦河橡胶坝布置长232m，坝高3.5m。
（1） 坝袋设计
京珠橡胶坝坝袋设计高度H1为3.5m，内压比取1.25，内压高度由《橡胶坝技术规范》（SL227－98）中公式α＝H0／H1计算，经计算，橡胶坝内压高度H0为4.38m。
坝高3.5m，坝袋长226m，坝袋有效周长1279cm，坝袋总面积3072m2,两端分别与堵头粘接，单个堵头面积为27.3m2。
坝袋拉力拉力为46KN/m。坝袋容积为5107.6m3。
坝袋型号：坝高3.5m，选用专业厂家按部颁标准生产的氯丁合成橡胶锦纶帆布坝袋，其型号采用JBD5.0-300-3型，坝袋胶布型号为J300300-3，经/纬强度为900/900kN/m，堵头采用两布三胶，堵头胶布型号为J300300-2。
坝袋强度安全系数K=16.6，符合规范大于6的规定。
坝袋采用上下游双线穿孔压板螺栓锚固。上下游锚固螺栓直径采用φ32，间距20cm；堵头锚固螺栓直径采用φ32，间距20cm。
（2）坝底板
坝底板采用钢筋砼底板，上下游设齿墙，C25砼现浇。底板宽度为13m，底板厚1.5m。上游齿墙深3.5m，下游齿墙深2.5m。
（二）控制室段及控制系统设计
（1）控制室段
橡胶坝共分三跨，在左岸设有橡胶坝控制室，控制时最下层为水泵室，水泵室内布置1台自吸泵和1台潜水排污泵，橡胶坝的充水通过下游深井取水，排水通过自吸泵和启闭一个或几个蝶阀来控制。
（2）控制系统
电气：京珠橡胶坝管理房外放置一套箱式变电站，管理房内放置一面水泵控制柜和一面低压配电柜。
1、箱式变电站一套。箱变内的装置如下：
1）主变压器一台，采用防火、免维护、体积小、噪声低、散热能力强的树脂绝缘干式变压器，变压器采用SC10系列，容量80kVA，接线组别为D,Yn11，阻抗电压为4％。
2）变压器高压侧采用XGN15-12型高压开关柜，柜内设置FN16A-12RD型负荷开关和XRNT1型高压熔断器保护。
3）变压器低压侧采用GGD型低压开关柜，柜内设置塑壳断路器，做变压器低压侧的过载、短路保护。
2、水泵控制柜一面。型号为GGD型，用以对水泵和深井泵进行控制。
3、低压配电柜一面。型号为GGD型，用以电源进线及对蝶阀等其它用电设备进行控制。
橡胶坝控制系统：橡胶坝共分三跨，在左岸设有橡胶坝控制室，控制时最下层为水泵室，水泵室内布置1台自吸泵和1台潜水排污泵，橡胶坝的充水通过下游深井取水，排水通过自吸泵和启闭一个或几个蝶阀来控制。橡胶坝的充、排水管路为φ630×8、φ820×9、φ1020×10钢管，每跨内布置φ325×8的水帽。
充坝：利用深井及自吸泵直接向坝袋充水，达到设计内压值所需时间：
边跨为10小时；中跨为5小时；同时充坝为15小时。
塌坝：塌坝排水时间：边跨为115.6分钟；中跨为102.5分钟；同时塌坝时间2小时左右。
（三）上游防渗工程设计
铺盖上游设钢筋砼厚0.3m。铺设高程69.48m，钢筋砼下面铺0.1米碎石垫层。坝底板前齿槽下采用高喷灌浆防渗墙。
（四）下游消能防冲工程设计
（1）橡胶坝控制运用办法
汛期根据天气预报和上游水文站洪水预报及时坍坝泄洪，大汛应严禁立坝，非汛期立坝蓄水，当坝顶溢流深超过0.1m时坍坝泄流，运行期间控制坝顶溢流水深不超过0.1m。
（2）消能防冲工程设计
坝下游消能防冲设施布置总长度31.61m，由陡坡段、消力池和海漫三部分组成。
陡坡段长2.61m，坡度1:3，始端与底板齐平，末端与消力池底板齐平， 采用60cm厚的C25钢筋混凝土，末端设C25砼齿墙，高1.0m，底宽60cm。
消力池段长11m，底板高程68.68m，底板底层为厚60cm的C25钢筋混凝土，底板设排水孔，下部设反滤层。
海漫段长18m，采用格宾石笼防护。

（五）坝址处泄流能力验算
（1）计算条件
京珠橡胶坝位于淇河下游，河道防洪标准为100年一遇。根据水文资料，100年一遇设计洪峰流量为3822m3/s。
（2）设计情况下河道过水能力核算
按满槽验算河道过水能力，堰顶高程69.8m，故按照宽顶堰进行泄流能力校核，验算堤顶高程是否满足行洪要求。

式中：Q——过坝流量，m3/s；
ε——侧收缩系数；
σ——淹没系数；
m——流量系数；
B——溢流断面的平均宽度， m；
H——计入行近流速的堰顶水头(m)。
（3）结论
通过计算得：
下泄流量为3823.2m3/s时，坝底板上水深为5.13m，因此，主河槽可安全下泄流量100年一遇设计洪峰流量3822 m3/s，故建坝后不会降低原河道的防洪标准。
七、施工
（1）施工条件
工程位于新规划的鹤壁市综合服务功能区核心位置，是未来鹤壁市新区的重点发展建设方向，工程距离鹤壁市中心约3km，有多条现有道路通往新区河段，京珠橡胶坝上游300m有鹤壁至淇县公路通过，河道上游右岸新建有8～10m宽沿河大道，沥青路面；工程的对外交通条件很好。
工程所需主要建筑材料，如水泥、钢材、木材、油料等在鹤壁市建材市场就近购买。
根据本工程特点，将橡胶坝水源经过相应处理后，用于生产用水和生活用水。
本工程附近较大村庄均有电网通过，施工期间考虑从高村橡胶坝管理处变电站引线至施工区，解决施工期用电。
工程位于鹤壁市新区，当地通信条件齐全，施工时各施工区可充分利用现有的地方通信资源，采用有线和无线相结合的通信方式。
（2）施工导流
施工导流设计主要考虑主体工程拦河橡胶坝施工，其余配套工程可参照其导流方式布置。
导流标准：本工程属四等，临时建筑物为5级，导流围堰洪水标准采用5年一遇。
导流程序、建筑物布置、结构型式：淇河橡胶坝工程在河道里进行，尤其是在主河槽施工，施工导流及施工围堰工作量较大。橡胶坝施工导流采用分段围堰法，分2期施工导流；围堰采用土石围堰。围堰高程根据水位～流量关系曲线，考虑安全加高等因素确定。
一期导流：先围左岸，修建上、下游围堰和纵向围堰，利用左岸束窄河床过流，进行左岸两个坝段的施工。
二期导流：进行右岸河床截流，修建二期上、下游围堰，纵向围堰与一期已建成的闸墩结合，利用已完成的橡胶坝基座过流，完成右岸一个坝段的施工。
（3）施工期排水
1）初期排水
初期排水主要为围堰闭气后进行基坑初期排水，包括基坑积水、基础和堰体渗水、围堰接头漏水、降雨汇水等。一期初期排水总量约为1.3万m3，按3天排干计算，初期排水强度约180m3/h。二期初期排水总量约为1.1万m3，按3天排干计算，初期排水强度约152m3/h。
2）经常性排水
基坑经常性排水包括基础和围堰渗水、降雨汇水及施工废水等。围堰堰体采用土工膜防渗，堰基采用土工膜形式的防渗铺盖防渗，通过对围堰及基础进行渗流计算分析，一期最大排水强度约为92m3/h，二期最大排水强度约为87m3/h。
（4）主要工程施工
1）基坑开挖及回填
坝基开挖从两岸向中坝段分段进行。坝基开挖分两部分进行，一部分为沟槽开挖，另一部分为一般开挖。一般开挖采用1m3反铲挖土机挖装，推土机配合3m3装载机运500m至弃渣区。上游齿墙基础开挖，用人工开挖，推土机推运至弃碴区，边坡用人工开挖整平。供排水管道沟槽及下游齿墙均采用人工开挖，土砂料用推土机推运至弃碴区。基础开挖严禁超欠挖。
由8t自卸汽车从卵石料场运输至填筑部位，铺筑采用74KW推土机按设计厚度摊平，10t振动碾压实，与建筑物结合部位采用2.8KW蛙式夯实机夯实。回填至设计高程后，采用强夯处理。
2）橡胶坝主坝段施工
坝基回填至设计高程后，人工开挖上下游齿墙，待基础验收合格后，及时浇筑混凝土垫层。上下游齿墙底部垫层浇筑比设计断面宽10cm，先浇底部垫层，再浇边坡混凝土垫层和顶部混凝土垫层。边坡混凝土垫层浇筑时，因设计边坡较陡，应保持开挖边坡湿润，用人工拍实，垫层混凝土拌制时，适当减少加水量，能在坡面铺筑后人工拍平密实为易。
立模采用标准定型组合钢模板，采用槽钢和支架钢管支撑加固，模板内侧用φ12钢筋拉条加固，确保立模尺寸准确。
混凝土浇筑按分缝跳块浇筑，根据现场情况采用后退法浇筑，混凝土浇筑层厚度不大于40cm，采用台阶式浇筑方法，混凝土运输由汽车装料罐运到基坑，由设在上下游的50t履带吊车吊运入仓，人工平仓，插入式振捣器振捣。由于坝基预埋件较多，因此砼浇筑过程中必须小心操作，浇筑过程中在砼沿埋件两侧交错震捣，避免埋件错位。平仓时不得将砼直接倾倒在埋件上，尤其是橡胶止水带，要确保水平设置，避免扭曲、折叠。浇筑过程中测量人员要随时检测上下游锚线的平面位置和高程，确保准确无误，浇筑完成后应及时对面板进行抹面，用铁抹子赶平压光，二遍成活，确保底胶片与砼接触面平整光滑。砼浇筑完毕后12～24h后洒水养护,养护时间一般不少于14d。
坝基用振动碾压实，再进行砼施工，并埋设管道，以机械施工为主。橡胶坝挡墙、基础、控制室等采用现浇砼，使用750L及350L拌和机现场生产砼，翻斗车运至工作面，人工入仓，插入式振捣器配合平板式振捣器进行振捣。施工应严格遵循《水工砼施工规范》（DL/T 5144-2001）。砼施工中注意沉降缝的设置，填缝材料应提前准备。砼浇注完成后要注意保养，防止裂缝产生。翼墙模板采用标准组合钢模，采用型钢与方木进行加固，并每隔1~1.5m设φ14对拉螺栓。砼由砼拌和站拌和，工程车或手推车运到浇筑点，履带吊吊运入仓，插入式振捣器振捣密实；砼浇筑时分层进行，分层厚度宜控制在40cm左右。砼浇筑完成后要求及时进行养护，养护采用湿麻袋覆盖并经常浇水保持湿润。
3）控制室施工
控制室施工与坝体施工可同时进行，也可稍落后于坝体施工，在控制室施工中应注意管道的埋设，保证与坝体预埋管道的平顺连接。泵房砼模板采用组合钢模板，部分位置采用木模进行镶拼，现浇屋面板及梁板采用满堂脚手架支撑，钢管间距根据上部荷载进行计算确定，一般控制在1m左右。
砼由坝左岸的砼拌和站进行拌和，工程车进行水平运输，采用手推车运输，井字架进行提升。钢筋在钢筋加工厂加工成型，人工运到现场进行绑扎，屋面钢筋施工时应采用短钢筋设立撑脚，撑脚间距1~1.5m。砼入仓后采用人工进行平仓，插入式或平板振捣器振捣密实。
4）防渗铺盖和海漫段施工
坝前蓄水区要进行防渗处理，消力池后设海漫段。工程施工时与河道修整结合进行。由于工作区域面积较大可采取分段施工的方法，建议顺水流方向50m为一分段区。
上游铺盖采用20cm后钢筋砼浇筑，下游海漫宾格网材料采用10#铅丝，骨架材料采用10#铅丝。块石料的运输以机械为主、人工为辅，石料砌筑及编网、绑扎为人工作业。橡胶坝土建工程完成后，进行坝袋安装。
5）高喷灌浆施工
高喷灌浆施工分为四个程序：造孔、试喷和下喷杆、喷射灌浆和喷射结束静压灌浆。钻机造孔质量控制指标：（1）定孔：钻孔孔位与设计孔位误差不得大于50mm；（2）钻孔：孔深小于30m时，钻孔偏斜率不应超过1%；（3）孔口径：钻孔孔径应大于喷射管外径20mm以上；(4)钻进：机体要平稳、牢固，每钻进5m测量机体、立轴垂直一次；(5)先导孔：应选取部分高喷孔作为先导孔，采取芯样，核对地层，需要时可作动力触探实验。先导孔的深度应超过设计墙底深度0.3m，间距可为30m左右；（6）钻孔深度：钻孔的有效深度应超过设计墙底深度0.3m。灌浆施工应严格遵守《水电水利工程高压喷射灌浆技术规范》(DL/T5200-2004)。
6）坝袋安装
安装前将坝袋底板、锚固槽及垫板清扫干净，并且用水冲洗，凉干后铺设底板片，再安装水帽。水帽处的底垫片应开孔。将底垫片和法兰垫片夹在供排水管进口法兰与水帽法兰之间，打入螺栓并装螺帽压紧。底垫片应伸展，其四周锚固处应按螺栓位置钻孔并套入锚固螺栓，然后将止水胶条打孔，也套入锚固螺栓并摊铺平整。吊送坝袋入仓并展开，先将坝袋两端锚固脚就位，套入锚固螺栓孔，用压板固定牢，再将坝袋下游锚固脚就位压牢，然后安装人员从上游侧进入坝袋内，运入并安装导水胶管。坝袋内安装工作全部完成后，应进行仔细检查，无误后方可封闭坝袋。将坝袋上游侧锚固脚孔各自套入对应的锚固螺栓，安装压板固定。
八、工程特性表
详见“鹤壁市淇河河道工程京珠橡胶坝水面工程特性表”（1）、（2）。
鹤壁市淇河河道工程京珠橡胶坝水面工程特性表(1)
序号及名称
单位
数量
备注
1.坝体工程

坝型

锦纶橡胶枕式双锚固单袋充水式橡胶坝
坝高
m
3.5

坝顶高程
m
73.3

坝底板顶高程
m
69.8

坝袋长
m
226

坝袋材料

氯丁合成橡胶锦纶帆布坝袋(二布三胶)
锚固型式

螺栓双线锚固
坝底板型式

C25钢筋混凝土平底板上下游深齿墙
底板厚度
m
1.5

底板长度
m
13

齿墙深度(两边跨)
m
3.5

2．坝基防渗

防渗型式

高喷灌浆防渗墙
深度
m

深入弱透水层以下2m
3．坝下消能防冲

型式

消力池、海漫
材料

C25钢筋砼、宾格石笼
长度
m
11、18

序号及名称
单位
数量
备注
4．控制系统

控制室

1
坝左端
控制室面积
m×m

下层水泵房108m2,上层操作管理室108m2
控制系统电源

电网10KV线
接线变压器
台
一台
SC10-100/10，100kVA
深井泵
台
一台
350QJ320-22/2-30kW
水泵
台
一台
200TXW450-10
充坝时间
h
15

坍坝时间
h
2

淇橡胶坝水面工程特性表(2)
7