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1、橡胶坝设计（现行橡胶坝技术规范SL227-98适用于5m及以下的袋式橡胶坝工程。坝高超过5m或特殊用途时应进行专门的技术论证和研究实验。）1工程规划1.1基本资料应搜集、整理、分析研究和掌握建坝地区的地形、气象、水文、工程地质、水文地质、内外交通、流域（或地区）水利综合利用规划、社会经济和环境评价等基本资料。1.2坝址选择应根据橡胶坝特点和运用要求，综合考虑地形、地质、水流、泥沙、环境影响等因素，经过技术经济比较后确定，选择坝址时应重视：（1）尽可能选在岩石坚硬完整或沉积紧密的地基上。（2）选择在水流平顺及河床岸坡稳定的河段。（3）河流建坝，坝址应尽量避免选在纵坡突然变缓的河段。（4）择应有利
2、于枢纽工程总体布置。1.3工程规模及枢纽布置1.3.1工程规模工程规模应根据水文水利计算研究确定1.3.2橡胶坝工程的构筑物 程由坝基土建工程、挡水坝体和控制与观测系统等构筑物组成，各构筑物名称如下图：（1）分别包括坝底板、边墩（墙）、中墩（多跨式）、上下游翼墙、上下游护坡、上游防渗铺盖或截渗墙、下游消力池、海漫等。其作用是将上游水流平稳而均匀地引入并流过橡胶坝，要保证水流过坝后不产生淘刷。固定橡胶坝袋的基础底板要能抵抗通过锚固传递到底板的推力，使坝体得到稳定。（2）挡水坝体。包括橡胶坝袋和锚固结构，用水（气）将坝袋充胀后即可起挡水作用，及调节水位和控制流量。（3）控制及观测系统。包括充胀坝体
3、的充排设备，安全观测装置等。充水式橡胶坝的冲排设备有控制室，蓄水池和集水井、管路、水泵、阀门等，充气式橡胶坝的冲排设备是用空气压缩机（鼓风机）代替水泵，不需要蓄水池。观测设备有压力表、水封管、U形管、水位计和水尺等。1.3.3构筑物布置原则橡胶坝的坝轴线，应与坝址处河段水流方向相垂直。土建、坝体、充排方式和安全观测系统的布局应科学合理、结构简单、安全可靠、运行方便、造型美观。（1）坝基底板高程，应根据地形、地质、水位、流量、泥沙、施工及检修条件等确定，在不影响河道泄洪情况下，底板高程应适当抬高，宜比上游河床平均高程高0.20.4m。坝底板厚度应满足充排水（气）管路及锚固结构布置要求。顺水流方向
4、的坝底板宽度应按照坝袋坍平宽度以及安装和检修的要求确定。说明：坝底板高程与运用要求及坝袋检修有密切的关系。坝底板高程定的低一些，可以加大泄流量，但坝袋高度增加，相应坝袋周长加长，坝袋检修条件差（坝袋维护修理包括：坝袋表面涂刷防老化涂层；必须及时清除袋体和坝袋坍落区底板上的砂石等杂物，排除河中危及坝袋安全的漂浮物）。因此，在不影响泄流情况下，特别是在山区推移质较严重的河道上，底板比河床略高较为有利，可防止过坝推移质泥沙随水流卷入坝袋底部从而减轻坝袋的磨损，坝底板高程比上游河床地形平均高程适当抬高0.20.4m。底板厚度常采用0.50.8m。底板宽度应满足坝袋坍落线的宽度要求，并与上下游留足安装检
5、修的通道。底板顺水流方向设永久缝，缝距根据具体情况确定。沉降缝有一定的宽度，以避免不均匀沉陷发生互相挤压。防渗段的沉降缝内必须设止水，以保证防渗段的连续性。底板前后两端需设齿墙，齿墙深度一般为0.52m。（2）坝袋设计高度应根据工程规划，满足综合用水要求确定。坝顶高程宜高于上游正常水位0.10.2m。说明：橡胶坝是薄壁柔性结构，由于坝袋内压力变化及坝上下游水位变化等原因，引起坝体变形，坝高也随着发生变化，在不同条件下，坝高概念是不一样的。根据建坝用途，运行中坝高可以随意调节，以满足需要。设计坝高，是指上游为设计水位，坝下游水位为零时的坝高。在设计坝高时的坝袋内压为设计内压。确定设计坝高时应考虑
6、坝袋坍肩和褶皱处溢水的影响。（3）坝长应与河（渠）宽度相适应，坍坝时应能满足河道行洪的要求。单跨坝长应满足坝袋制造、运输、安装、检修以及管理要求。说明：坝长的确定，应满足校核流量时上游水位不超过防洪限制水位，下游单宽泄流量不超过允许单宽泄流量。用调节坝高来控制单宽流量，以避免坝袋振动和下游河床的冲刷。单跨最大长度在100m以内为宜。对冰凌等漂浮物较多的河段，单跨在2030m为宜。多段式橡胶坝，坝长是指所有坝袋长度之和。（4）坝袋与两岸连接，应使过坝水流平顺。上、下游翼墙与岸墙两端应平顺连接，其顺水流方向的长度，应根据水流和地质条件确定，边墙顶高程应根据校核洪水位加安全超高确定。（5）多跨橡胶坝
7、应用中墩分开，距离由单跨长度确定。墩厚不小于0.5m，以便布置超压溢流管；墩高应大于坝顶溢流时的水头；墩长大于坝袋工作状态时的长度，但宜小于底板长度0.51.0m。（6）防渗排水布置，应根据坝基地质条件和坝上游与下游水位差等因素，结合底板，消能和两岸布置综合考虑，构成完整的防渗、排水系统。承受双向水头的橡胶坝，其防渗排水布置，应以水位差较大的一方为控制条件，合理选择双向布置形式。（7）消能防冲设施的布置，应根据地基情况、运行工况等因素确定。在枯水期流量较大河流上的橡胶坝工程，应考虑检修时的导流方式。坝袋充排控制设备及安全观测装置均应设在控制室内，控制室布置应考虑运行管理方便和操作人员安全。在严
8、寒或潮湿地区应有防冻、防潮措施。2工程设计2.1坝袋设计2.1.1坝袋设计内容坝袋设计包括坝袋结构形式、内压比（H0/H1），安全系数（K）的选定，袋壁周长（L0）、充胀容积（V）的计算，以及坝袋胶布结构设计与生产工艺。2.1.2坝袋设计的一般规定（1）作用在橡胶坝上的主要设计荷载为坝袋外的静水压力和坝袋内的充水（气）压力。（2）设计内压比值的选用应经技术经济比较后确定。充水橡胶坝内外压比值宜选用1.251.60；充气橡胶坝内外压比值宜选用0.751.10。（3）坝袋强度设计安全系数充水坝应不小于6.0，充气坝应不小于8.0。（4）坝袋袋壁承受的径向拉力应根据薄膜理论按平面问题计算（不产生弯矩
9、和剪力）。（5）不计算坝袋的自重和受力后伸长的影响。2.1.3坝袋设计计算2.1.3.1一般规定（1）坝袋设计计算应分为充水式与充气式橡胶坝两部分。计算内容宜包括：坝袋径向拉力，坝袋环向各部尺寸，坝袋单宽容积，坝袋堵头轮廓坐标等。（2）橡胶坝袋设计计算工况应为上游水深等于坝高，下游无水的情况。2.1.3.2充水式橡胶坝设计计算1）坝袋断面内力计算（1）坝袋径向拉力确定坝袋断面内力，须令整个断面或断面的任一部分都保持平衡，见下图。选择坐标系y轴通过坝顶C，铅直向上，x轴沿坝底，水平向右。沿y轴将断面切开，考察下游侧断面，在C点切口处有内力T，水平向左；在B点锚固处也有相同的拉力T，假设它的方向与
10、x轴成一角度，从x轴的全部作用力必须为零的条件得：则坝袋径向计算强度：式中 坝袋径向计算强度，；水的容重，；内压比，；内压水头，；设计坝高，。（2）坝袋纬向拉力坝袋纬向拉力（即垂直水流方向的拉力）：坝袋的中部在理论上拉力趋近于零。但由于受到两端岸墙（坡）锚固的约束和袋壁材料的变形，从模型试验测出坝袋纬向仍产生较小的拉力，一般不到径向拉力的一半。在采用岸墙锚固时，因两岸墙坡度的不同和边坡锚固线的布置形式不同，在靠近岸墙处的坝袋都会出现褶皱，产生斜向拉力。力的大小和方向各个部位不同，最大的纬向拉力接近径向拉力，故可按径、纬向拉力相等计算。而中部不受褶皱影响，不产生斜向拉力，从结构上要求按径向拉力的
11、一半计算即可满足要求。2）坝袋断面周长计算坝袋有效周长计算的目的是确定各部的尺寸，绘制坝袋展开图，交制造厂加工生产。坝袋单宽容积计算是提供橡胶坝控制设备设计的基本依据。计算方法分为数解法、图解法和查表法。（1）数解法：可将充胀后的坝袋轮廓可分为四个部分：上游坝面曲线段长度，下游坝面曲线段长度，上游贴地段长度，下游贴地段长度，参见下图。采用单锚线锚固坝袋的有效周长（不包括锚固长度）为：采用双锚线锚固坝袋的有效周长（不包括锚固长度）为：采用双锚线锚固的底垫片有效长度（不包括锚固长度）为：各部分参数详细计算及坝袋单宽容积和坝袋横断面曲线坐标详见橡胶坝技术规范SL227-98(第20页)（2）图解法：
12、坝袋为薄壁结构，当袋壁受内水压力作用，袋壁产生环向拉力，其值为常数，即为坝袋计算的基本公式：公式推导：在坝袋上任一点,取微分弧。弧两端的内力均为（），为内外压力差（），不计坝袋自重根据平衡条件，得到将和的关系带入，其中为点的曲率半径，便推导出公式上游坝袋段=常数故，即上游坝段形状为一等曲率半径圆弧线。下游坝袋段，为变数。故，即随线性变化，故下游段形状为变曲率半径圆弧线。作图步骤：以点为圆心，为半径作出从坝顶至上游基础底板的圆弧线，即为上游坝袋壁长；下游段按坝高分为若干等分（为计算绘图方便，通常分为10等分），带入公式，求出各分段的变曲率半径，并认为各等分段内曲线的曲率半径为常数；根据计算出各分
13、段的曲率半径，从坝顶开始，依次连续逐段绘出圆弧线（先将延长至第一等分的中间，再按绘制出各段圆弧其结果较为准确）。将各段圆弧线连接起来与基础底板面线相交，即构成充胀后的坝袋形状，见下图。从图中可量得坝袋下游弧长和贴底长度，再加锚固长度，即为坝袋的加工周长。按照上述方法作图，从图中量得坝袋各部位的长度。用图解法较简单，与数解法比较，误差不超过3%，精度可以满足设计要求。（1）查表法：根据数解法的公式计算得出的充水式橡胶坝坝袋设计参数表，可供设计时直接查用。计算与时，只需把表中数乘以设计坝高的平方；其他各项把表中数字乘以设计坝高即为设计时的实用值。说明：坝袋堵头轮廓坐标。上游坝面为一等曲率半径的圆弧
14、线，下游坝面曲线按下表进行绘制。将坝高分成20等分，求出坝袋下游相应点的水平坐标值，列入表中。使用时只需把乘以设计坝高即为实用值。上游坝面曲线段坐标下游坝面曲线段坐标充水式橡胶坝下游坝面曲线坐标表查表法的特点是快而准确地求出坝袋的基本数值，减轻繁琐的计算，所以被广泛采用。充水式橡胶坝使用比较多，经验较为丰富。2.1.3.3充气式橡胶坝设计计算充气式橡胶坝袋设计的假定条件与充水橡胶坝基本相同。由于充胀介质是空气，充胀挡水时的坝形不同于充水式橡胶坝。1）坝袋断面内力计算坝袋径向拉力：当上游水位与坝顶齐平，下游无水时，如下图所示。坝袋内的气压与坝高成正比，即。式中 坝内气压，； 设计坝高，； 内压比
15、（袋内充气压力与相当于坝高的水柱压强之比）；水的容重，10。作用于坝顶B点的水平力T（即坝袋拉力或内应力）的大小，等于内压作用于下游面水平分力的一半，即为袋壁拉力公式。2）坝袋周长计算（1）数解法：可将充胀后的坝袋轮廓分成三个部分，上游坝面曲线段长度，下游坝面曲线段长度及坝袋贴地段长度。坝袋的有效周长（不包括锚固长度）为（2）查表格法查表法是根据推倒出的计算公式，通过电算程序进行计算。计算时是把坝高和坝长固定取作单位长度1，计算出为定值时，坝袋拉力（）、坝袋有效周长（）及单宽容积的数值。因此在计算与时，只须把表中数字乘以设计坝高的平方，其它各项把表中数字乘以坝高即为设计时的使用值。下游坝面为一
16、等曲线半径的圆弧线。上游坝面曲线的绘制，首先将坝高分成20等分，计算出坝袋上游相应点的水平坐标值，列入表中。使用时只须把表中数字乘以设计坝高即为实际值。充气式橡胶坝上游坝面曲线表（3）图解计算法图解计算法与充水橡胶坝的计算方法相似，先求出上、下游坝面的曲率半径，然后作图，量出袋壁曲线的长度。坝下游面曲线：由于下游无水，只承受内压力，因此其曲线为半圆形（这与充水坝袋相反）。坝上游面曲线：由于上游水位平坝顶，坝面既承受外水压力，又承受内压力，其曲线为一变曲率曲线。由内外压力差分段求出各段弧长，各段的半径为具体作图步骤如下：根据内外压力差分段求出上游面各段的半径。以为圆心，为半径绘出下游面半圆曲线。
17、绘制出上游面曲线，仍以为圆心，为半径，将弧延长交于上游面第一等分中点处，在延长线上量取半径；以点1为圆心作BC弧交于第二等分中点C处，在的延长线上量取半径；再以点2为圆心作CD弧交于第三等分点D处，按以上方法顺序绘制出坝袋上游面曲线外形，即可量出整个坝形周长。在计算各段的半径中，有无穷大和负值出现，负值呈反弧，而无穷大则是正负半径的转换段。2.1.3构造要求橡胶坝袋应满足下列构造要求：1）在胶布加工条件许可的情况下，应尽量选用布幅较大的帆布；2）坝袋胶布的帆布层数不宜超过三层；3）坝袋胶布各层胶的厚度宜参照表C.0.2选取；表C.0.2胶层厚度外覆盖胶夹层胶内覆盖胶大于2.5mm0.30.5m
18、m大于2.0mm1）在有推移质的河道上，坝袋宜考虑缓冲垫层设计；2）坝袋胶布布幅间的搭接强度应大于坝袋纬向设计强度。搭接方法应与胶布设计厂家商定，搭接强度须经试验验证，并应保证坝袋锚固安装有良好的止水效果。在坝体纵断面为矩形布置，且选用堵头结构时，可选用平搭接或无搭接坝袋。1）充水橡胶坝坝顶须设排气阀。2）充水橡胶坝应设安全溢流装置。充气橡胶坝应设压力监测设备监测充气压力。3）坝袋与底板的连接可采用双锚线锚固或单锚线锚固，充水坝宜优先采用双锚线锚固，充气坝宜优先采用单锚线锚固。4）采用双线锚固的橡胶坝应设底垫片，底垫片应不漏水并具有一定的抗拉强度。5）坝体纵断面为矩形布置时，宜优先采用坝袋岸墙
19、无锚固的堵头式结构。6）坝体纵断面为梯形布置时，两端坝顶以略高于设计坝高为宜，两端坝高可取设计坝高的1.11.2倍。2.2锚固结构锚固结构设计包括锚固线的布置、锚固结构形式选择、锚固构件设计构造和锚固结构强度试验研究。2.2.1锚固线的布置锚固线的布置可分为单锚固线和双锚固线两种。单锚固线是将坝袋胶布安装锚固在基础底板上，只有底板上游一条锚固线，其锚线短，固件较少，安装简便，密封和防水性能好。但坝袋周长较长（包括坝袋底部的贴地长度），多费坝袋胶布。由于单锚固线仅在上游锚固，坝袋可动范围大，对坝袋防振防磨不利，尤其是当坝顶溢流时，在下游坝脚处产生负压，将泥沙吸进坝袋底部，造成坝袋磨损。双锚固线是
20、两条锚固线将坝袋胶布分别锚固于四周，锚固线长，锚固件多，安装工作量大，相应处理密封的工作量也大，但坝袋四周被锚固，坝袋可动范围，对坝袋防振防磨有利。由于在上、下游锚固线间的贴地段可用纯胶布代替坝袋胶布防渗，从而节省坝袋胶布约三分之一，可降低坝袋的造价，在实际工程中普片采用。双向挡水的橡胶坝只能采用对称双锚固线布置。锚固线的布置可分为基础底板和边坡（岸墙）两部分。2.2.1.1基础底板锚固线布置单锚固线布置，只有上游锚固线。它的位置是在离上游底板（顺水流方向）的长度为0.51.0m处，是为了安装坝袋、检查维修所需设的交通道的宽度。双锚固线布置时，上游锚固线与单锚固线相同，下游锚固线与上游锚固线的
21、距离，应为设计条件下计算出上、下游的贴地长度（即）。2.2.1.2边坡（岸墙）锚固线布置岸墙锚固线布置，应满足坍坝时坝袋平整不阻水，充坝时坝袋褶皱较少，坝体挺拔美观。1）岸边为直墙，即矩形孔口的锚线型式（1）直墙锚线若锚线直接往上爬坡，坝袋产生褶皱较多，如上游锚固线改为斜角锚固，即上游锚固线下游向上倾斜布置，褶皱就可减少，但直墙锚固很难完全消除褶皱，为了解决褶皱所减少的有效挡水坝高，可在两岸端产生褶皱的地方采用1:6的倾斜底板，使该处相应的坝顶抬高，挡水时褶皱处不先过水。（2）采用堵头式坝袋，可消除坝袋褶皱，两岸锚固线布置在基础底板两端注意，此时在两岸边墙上需留安装操作空间，一般150mm深左
22、右，上下游与锚固槽齐平，边缘做成1:1。2.2.1.3岸边为斜坡，即梯形孔口的锚线型式1）采用单锚线我国兴建的第一座北京右安门橡胶坝，采用单锚固线，河底锚固线布置在距坝基底板上游边5.5m处，岸坡斜锚线的起点在距离底板1/4坝高处，是为减少坡脚处的纬向拉力。后经加固改造，改为双锚固线。2）采用双锚固线（1）上游锚固线为折线，一般分为四段，即（a）爬坡段、（b）斜坡段、（c）水平段和（d）塌落段（见下图）。边坡或岸墙的锚线宜设爬坡段，起点为基础底板锚固线的延长，爬坡段的高度一般为2060cm，能减少坡脚处的纬向应力，也便于坝袋在转角处的安装，与其斜坡段连接。斜坡段的锚线，多采用相切于上游侧坝袋设
23、计外形的折线位置，水平段的高度要高出设计坝高约2040cm，塌落段锚线的长度是下游坡锚线至坝袋塌落线的距离，下游锚线为直线布置，沿岸坡向上与上游坡锚线的水平段相交。这种锚线布置，能改善底板与岸墙转角处坝袋的褶皱与应力状态，充胀时虽出现两端坝袋鼓肚松弛，但坝袋纬向受力较小。（2）双斜线锚固，边坡两条锚线均为斜线，设（a）爬坡段、（b）斜坡段，直接与（c）水平塌落段相交（见下图），爬坡段高度可取2060cm，改善了坝袋在转角处的褶折，并便于坝袋安装；双斜线段满足坍坝时坝袋平整不阻水，充坝时坝袋褶皱较少，并将褶皱推向下游，时尚又侧坝体蓄水达到设计高度，坝袋充胀时体形挺拔美观，实际工程普片被采用。（3
24、）双向对称锚线布置，适用于有双向挡水任务的橡胶坝工程，这种布置形式，不能满足坍坝时两个方向坝袋都能平整而不阻水，详见下图。2.2.2锚固结构型式橡胶坝的锚固结构型式多种多样，按锚固坝袋的方式可分为穿孔锚固和不穿孔锚固两种，按锚固构件材料，分为螺栓压板式锚固、楔块挤压式锚固和胶囊充水式锚固。在已建的橡胶坝工程中，常采用的锚固结构型式是螺栓压板式锚固，其次是楔块挤压式锚固两种，见下图。2.2.2.1穿孔锚固和不穿孔锚固穿孔锚固是在橡胶坝锚固部位上打孔并套入预埋螺栓，用压板压紧锚住，穿孔锚固的优点是锚固所需要的胶布长度较短，约为不穿孔锚固的一半，施工安装和拆卸检修方便。不穿孔锚固是将锚固部位的胶布包
25、住压轴（木条或钢管），放在锚固槽内，用构件压紧或楔块挤紧，不使胶布转动松脱，不需要在胶布上打孔，两种锚固形式各有优缺点。2.2.2.2按锚固构件材料分类（1）螺栓压板式锚固的锚固构件由螺栓和压板、垫板组成（图4-4）。使用的材料有不锈钢、普通钢、铸铁和钢筋混凝土等。螺栓用不锈钢材料，若用普通钢应经过防腐蚀处理，如镀锌等。螺纹必须用粗纹，因细纹螺栓在运用中易于滑扣。（2）楔块挤压式锚固构件系由前楔块、后楔块和压轴组成（见图4-5）。锚固槽有靴形和梯形两种，施工时用压轴将坝袋胶布卷入槽中，用楔块挤紧，锚固槽的受力比较复杂，坝袋安装时，锚固槽受楔块挤压挤压力很难估算，坝袋充胀后，锚固槽受到坝袋拉力作
26、用使前楔块往上拔，槽的前壁受到摩擦力，使压轴挤压前楔块，传至挤压后楔块。总之，楔块挤压式锚固受力比较复杂，难以计算和测试，靠经验确定。（3）胶囊充水式锚固是用胶布做成胶囊，放入椭圆形锚固槽中。胶囊内充水或充气将坝袋挤紧，胶囊只能由坝袋厂加工制造。锚固力与胶囊充胀压力的相互关系很复杂，通过模型试验确定（见图4-6）。以上三种锚固结构型式，在工程中常用的是螺栓压板式锚固。构件材料完全满足强度和耐久性的要求，受力情况便于计算和测试，综合分析比较是省工省时又安全可靠。楔块挤压式锚固可以就地取材，在钢铁材料缺乏时，在低坝建设中曾推广使用。胶囊充水式锚固，工程中应用较少。2.2.3锚固构件计算锚固构件的强
27、度必须满足坝袋设计拉力作用于构件的要求，并且具有较好的耐久性和牢固性，保证橡胶坝持久安全运用。2.2.3.1螺栓压板式锚固构件计算1）螺栓计算（1）锚固力的确定在上、下游锚固处，由于橡胶坝袋在充胀成设计形状时的拉力T的方向不同，螺栓承受的拉力也不同。按设计时坝袋荷载计算的基本公式为下游侧锚固力。在设计条件下时，在锚固处只有水平的坝袋拉力T，胶布拉力欲将坝袋由压板下抽出而破坏（内锚，随着橡胶坝的高度增高，坝袋胶布增厚，下游锚固采用内锚安装，受力均匀取得良好效果），当坝袋即将被抽出时的临界状态下，其净滑动摩擦达到临界值，即式中 摩擦接触面上的正压力； 静滑动摩擦系数。在锚固压板下一般依次锚固有底垫
28、片，止水胶片、坝袋、保护胶布等，至于滑动发生于哪一个接触面，取决于相互间静滑动摩擦系数的大小。依据水利水电工程钢闸门设计规范SL74-2013推荐的止水摩擦系数取值为：橡胶对钢=0.70.35，橡胶对不锈钢=0.50.2。至于底垫片，止水胶片、坝袋、保护胶布之间的值，属于同种材料间的摩擦，其值大于橡胶对钢的摩擦，故滑动破坏发生于钢压板、垫板及底垫片接触面间。在临界平衡状态下，平衡胶布拉力T所需的压板正压力可由下式确定：式中 压板正压力；底垫片和底板（钢垫板）间的静滑动摩擦系数；保护胶布和压板间的静滑动摩擦系数，假设坝袋胶布拉力全部由胶布与压板，垫板间的摩擦力所克服；锚栓为粗制，不受胶布的剪切作
29、用，则锚栓所承受锚固坝袋的拉力即为压板正压力。上游侧锚固力。在设计条件下，上游坝袋外形为一圆弧，其半径R为上游贴地长度n坝袋拉力T可分解为、在临界状态下，克服胶布拉力T所承受的锚固力为是一偏心拉力，由，可得出单纯由T的垂直分力引起的锚栓拉力为锚栓所承受的总锚固力为斜坡处的锚固力。橡胶坝的设计计算公式是从平面问题和薄膜内力两个基本假设出发推导出来的，仍按此基本假设，探讨沿斜坡锚固力变化规律。在斜坡上高为处取一微段坝长L，当L0时，即为高度处的坝形设计断面，此时，坝高为，内压为，坝袋胶布拉力为经计算，锚固力自坡底至坡顶是逐渐减少。由于坝坡处的坝袋应力状态属空间问题，不能忽略坝袋纬向拉力。（2）每根
30、螺栓承受的荷载设1m长的锚线上布置n个锚栓，则每个螺栓所承受的荷载及螺栓间距与所采用的压板刚度有关。根据工程实践经验，常采用的螺栓间距为0.20.3m，每根螺栓所承受的荷载可按下式计算：式中 每根螺栓承受的荷载； 单位长度螺栓计算荷载，； 拴紧力及扭转力的影响系数，一般取1.75；1m长度内螺栓根数；（3）螺栓直径的计算式中 螺栓直径，cm； 螺栓允许拉应力，；根据计算出的螺栓直径，查阅橡胶坝锚固构件系列产品规格型号表，若计算的螺栓直径在两个相邻螺栓直径之间，则取较大一级螺栓的直径作为设计螺栓直径。在选择锚件的强度时，除计算作用在坝袋胶布上的拉力和螺母间的紧固力外，还要考虑坝袋锚固构件必须使胶
31、布受力均匀。对于在胶布的拼接部位，厚度不均匀的情况下，当紧固时，必须用垫平使其均匀地锚固在基础底板上。每次坝袋充胀试水后，都要将螺母反复多次拧紧，使其获得足够的预紧力。（4）螺栓长度计算螺栓长度分埋设在混凝土内和混凝土表面外连接坝袋、锚固构件两部分组成：对于混凝土外的长度，可由垫板、底垫片、止水胶片、坝袋、压板、两个螺母（垫圈）和拧紧后螺母上仍留23牙螺纹等来确定。螺栓的埋置深度宜根据螺栓材料的承载力设计值，由混凝土拔拉锥状破坏计算确定，并不应小于下表的规定值。螺栓锚固长度表分类螺纹钢筋光面钢筋d16mm，混凝土标号C2020d15d加弯钩D16mm，混凝土标号C2025d20d加弯钩注：在任
32、何情况下，锚固长度应不小于250mm。当螺栓埋置深度受到限制时，应在螺栓底部弯钩或开叉，或与基础底板中的预埋钢筋牢固地焊接在一起。2）压板计算根据作用在压板上的最大弯矩确定压板的截面尺寸，由T产生的弯矩为压板强度宜按下式验算：式中 坝袋拉力作用在压板上产生的弯矩，；力臂。为螺栓中心线至压板边缘的距离，cm；安全系数，一般取3.0；抗弯截面系数，；可采用的压板有型钢、铸铁和钢筋混凝土块等。螺栓允许拉应力的选取，水利水电工程钢闸门设计规范SL74-2013楔块挤压式锚固计算及胶囊充水锚固计算详见橡胶坝技术规范SL227-982.2.4实际工程中锚固构件的计算根据工程中确定的设计坝高及内压比以及确定
33、的螺栓间距，利用计算表格进行锚固计算。以确定螺栓的直径。本例取设计坝高2.8m，内压比1.3。经综合考虑确定，采用M27螺栓。2.3充水式橡胶坝袋及底垫片展开图2.3.1枕式橡胶坝图纸绘制依据工程设计中确定的设计坝高及内压比，利用编制好的计算表格进行坝袋计算，本例取设计坝高2.8m，内压比1.3，橡胶坝孔口净宽18m，详见下表：坝袋计算表注意：计算坝高=设计坝高+锚固槽深度1）锚固槽展开图绘制计算公式：（1）橡胶坝轴线至上、下游螺栓中心线的距离=上游/下游计算贴地长度+上压板宽度/2（2）河道中心线至左、右侧螺栓中心线的距离=孔口净宽/2+安装操作需求宽度-（安装操作需求宽度-预留宽度）/2说
34、明：预留宽度一般为10mm，防止坝袋挤压破坏。详见下图：2）底垫片展开图绘制计算公式：（1）橡胶坝轴线至上、下游螺栓中心线的距离=上游/下游计算贴地长度+上压板宽度/2+锚固槽斜边长-锚固槽斜坡段水平投影长度（2）河道中心线至左、右侧螺栓中心线的距离=孔口净宽/2 +（安装操作需求宽度-预留宽度）/2+锚固槽斜边长-锚固槽斜坡段水平投影长度详见下图：3）坝袋展开图绘制计算公式：（1）橡胶坝轴线至上、下游螺栓中心线的距离=上游/下游计算弧长+上压板宽度/2（2）河道中心线至左、右侧螺栓中心线的距离=孔口净宽/2+左右侧两端预留粘接宽度（一般每侧取100200mm）详见下图：4）橡胶坝堵头详图绘制
35、2.3.2斜坡式橡胶坝图纸绘制依据工程设计中确定的设计坝高及内压比，利用编制好的计算表格进行坝袋计算，本例取设计坝高3.5m，内压比1.4，橡胶坝设计河底宽24m，边坡坡度1:2，详见下表：坝袋计算表注意：计算坝高=设计坝高+锚固槽深度1）锚固槽展开图绘制（1）橡胶坝轴线至上、下游螺栓中心线的距离=上游/下游计算贴地长度+上压板宽度/2注意：上游侧螺栓中心线沿岸坡往上延伸8001000mm。（经验值，以便在坝袋充胀时减少纬向应力）（2）下游侧螺栓中心线在岸坡上高度的确定依据橡胶坝技术规范SL227-98，坝体纵断面为梯形布置时，两端坝高可取设计坝高的1.11.2倍。本例中取两岸坝高比设计坝高高
36、30cm（锚固槽底高程）。即可按照已知岸坡坡度，计算出下游侧螺栓中心线在岸坡上的斜长。即，下游侧螺栓中心线长度=设计渠底宽+每侧螺栓中心线在岸坡上的斜长（3）左右侧岸坡顺河向螺栓中心线的确定平行于河道水流方向左右侧岸坡螺栓中心线向上游延伸1000mm左右（避免应力集中，受力不好）依据坝袋展开图计算出缝制后坝袋的折叠长度【即（坝袋展开图顺河向长度-底垫片展开图顺河向长度）/2】再加上向下游预留的长度（一般为500mm左右，取整数）。（4）连接岸坡上下游锚固槽的两个端点，即可定出斜锚固槽螺栓中心线的位置。详见下图：2）底垫片展开图绘制（1）底垫片上下游侧展开图在锚固槽展开图的基础上，继续把锚固槽的
37、斜长也展开。即上下游螺栓中心线至橡胶坝轴线的距离为：锚固槽展开图中上下游螺栓中心线至坝轴线的距离+锚固槽斜边长-锚固槽斜坡段水平投影长度。（2）左右侧岸坡上底垫片展开图把顺河向的锚固槽按照上下游锚固槽同理展开；上游侧与斜边相交处的锚固槽，在不改变上游侧锚固槽长度和斜率的前提下，把左右侧岸坡上平行于河道顺流方向的锚固槽螺栓中心线往上游延长与之相交。详见下图：3）坝袋展开图绘制坝袋展开图中，上下游螺栓中心线至坝轴线的距离=上下游弧长+上压板宽度/2即可定出橡胶坝展开图中，坝袋在顺水流方向的长度。左右侧橡胶坝袋的展开与底垫片上游侧展开图相同。详见下图：3控制系统及安全与观测装置设计控制系统起调节橡胶
38、坝高度的作用，它包括坝袋的充胀、排空，安全观测装置包括充水坝袋的超压溢流、空气排除、充气坝袋的超压排气及坝袋的内压和上、下游水位观测等。3.1坝袋的充排方式3.1.1充水式坝袋的充排方式橡胶坝袋的充排方式，有自流式、动力式和混合式三种。（1）自流式充排（规范没有）。适用于上游有高于坝袋内压的水源，充坝时直接引水（或入蓄水池），通过管道输入坝内。自流式排水（溢洪道或下游水位不影响自留排水）适用于下游有低于坝基底板的排水通道，坍坝时打开排水阀门，便可将坝袋内的水排空。有条件的地方可采用这种充排方式，节省动力设备，降低工程造价。（2）动力式充排。采用水泵抽水直接充入坝袋，水质要求清洁、含沙量少，以防
39、袋壁内面磨损。动力式排水是用水泵将坝袋内的水抽出排空。（3）混合式充排。或自流充水，加压抽排；或加压充水，自流排水；或先采用自流充排，继以加压充排。3.1.2充气式坝袋的充排方式充气式坝袋的充排方式，一般采用防超压型空压机或鼓风机，将压缩空气充进储气罐，然后打开进气阀，空气经管子充进坝袋，待充气至设计坝高时即关闭进气阀。排气时打开排气阀即可调节坝高。充气坝袋的升降速度较快，两跨以上的多跨坝袋，每个坝袋应各设一套充排气阀门，进行分跨控制，要特别注意避免坝袋超压。坍坝泄流可同时打开排气阀，使过坝水深基本一致，避免出现偏流现象。3.1.3充水、充气并用坝袋的充排方式充水、充气并用坝袋的充排方式，东北
40、寒冷地区，橡胶坝在冬季运行时，要将坝袋内的水转换成气体。但由于要具有充水和充气两套设备，造价较高，故较少采用。各种充排方式的充胀和排空时间的选用应根据工程的具体运用条件确定。根据国内已建橡胶坝工程的统计，其充坝时间为23小时，充坝时间为12小时。另外，对建在行洪河道或溢洪道上的橡胶坝，由于有突发洪水的情况出现，如因排水时间过长，不能及时坍坝，可能造成洪水漫滩或漫坝，由此带来严重后果，其充、坍坝时间或运用方式应作专门研究。3.2控制系统设计橡胶坝控制系统包括：水源、动力设备、管路、阀门、进、排水（气）口和控制室等。充水坝袋内的充（排）水口宜设置两个水帽，出口位置应放在能排净水（气）的地方并在坝内
41、设置导水（气）装置。寒冷地区管路埋设应满足防冻要求。3.2.1水源充水坝的充水水源要求水质洁净，不含泥沙和有腐蚀性的污水。水源可用井水、自来水或河水。3.2.2动力设备设计动力设备设计要考虑工程规模、运行管理的可靠性、操作方便等因素，合理地选用水泵或空压机（鼓风机）的容量及台数。对于重要的橡胶坝工程，还应配置备用动力设备。对于电源不可靠或地处经常停电的重要工程，宜设置柴油发电机组，有条件的可引进其他电源；对于可能出现机械操作故障等的重要工程，也可设置同容量的电动机、水泵等机械装置。3.2.2.1水泵选型水泵的选型应根据橡胶坝的规模、充（坍）坝时间及拟定系统计算水泵的流量及扬程。（1）水泵的流量
42、按下式计算：式中 计算的水泵所需最小流量，；坝袋充水容积，；水泵台数；充坝或坍坝所要求的最短时间，。（2）水泵的扬程按下式计算：根据管道的布置分别计算充坝或坍坝时所需的水压力：式中 水泵所需的扬程，；水泵出水管管口高程，；水泵吸水管管口高程，；水泵吸水管和压力管水头损失总和，。当出水管直接向坝袋充水时，则式中 坝袋内压比；坝高，；坝底板高程，；根据计算的出口流量和扬程，选择合适的水泵型号。3.2.2.2空压机选型应根据坝袋的容积，设计内压比及充坝的时间计算确定空压机的额定生产率，空压机的工作压力，根据橡胶坝的额定充气压力确定，工作压力应大于额定充气压力。根据空压机的额定生产率和额定充气压力，选
43、用合适的空压机或鼓风机。3.2.3管路设计3.2.3.1管径选择管道的直径按下式计算：式中 管段内最大计算流量，； 管道采用的计算流速，；管道中的流速按下述原则选取：水泵吸水管中的流速在1.22中选取；压水管中的流速在23中选取；气体流速在1020中选取。3.2.3.2泵房管路布置泵房按泵站一般原则设计，并根据计算和橡胶坝工程的运行要求，结合地形情况进行管路布置，详见下图。3.2.3.3坝袋管路布置（1）充水式橡胶坝。充水管路和排水管路一般采用一管两用，既是充水管又是排水管，各自设控制阀，但也有一些工程采用分别布置。管材可用钢管、钢筋混凝土管、塑料管等。根据工程实际情况，管路可埋设在基础底板里
44、面，或者基础底板底或上游侧，见下图。注意：压力监测设备应尽量远离进水口。（2）充气式橡胶坝。充气式橡胶坝靠气压进坝，排气时除压力排放外，气体会自动排空二不受高程度的限制，必须注意排气管口要布置在坝袋的最高处。（3）充排水口设置。充排水口应尽可能靠下游锚固线布置。防止当坝袋排水至一定程度后，排水口即被坝袋盖住，袋内余水由于水流动力的作用，推向末端形成一小坝，坝后形成一横轴漩洄，泥沙被带入漩洄内，淤积坝袋底部和坎下，如下图。排水口布置靠近上游锚固线的解决措施：在坝内设置导水胶管，胶管一段与排水管路的进出口或水帽架连接，另一端直伸到坝内塌落段形成的小坝处。充排水口一般采用2个或2个以上，只设一个充排
45、水口，在充排水时，坝袋有纵向波动。（4）水帽设计。水帽设计，充排水管道经底板进入坝袋内须在管口处设置水帽，避免充水时压力水冲顶局部坝袋，泄水时坝袋被吸堵塞，水帽与进出水口之间留有足够空间，使水帽本身不影响水流进出，当坍坝溢流时，管口与坝袋接触处防止产生磨损。水帽设计，帽缘要比管径大，帽顶凸出，帽沿下倾，帽架支起帽盖高出底板1015cm，如下图。3.2.4管理室的设计管理室有多功能的作用。常常地处岸边的一侧或两侧，为工程的显要位置，在管理房的设计除考虑管理方便，注意采光和通风外，还应注意到美观。结构型式因地制宜，结构尺寸应能满足机械安全和人员管理方便。3.3设置安全和观测设备3.3.1安全设备（
46、1）安全溢流管橡胶坝在正常运用时，防止由于突然受到人为的或外界因素的影响而引起坝袋超压，需要设置安全溢流管，位于岸边或中墩上。溢流管的溢流高度与坝袋设计内压水头齐平，管径不小于坝袋充水管径。溢流管的出口形式有直筒式、弯曲式，为防止洪水倒灌，可设阀门控制（逆止阀等）。（2）充水坝袋的排气设备充水坝袋在安装时残存一部分空气在坝内，充水过程中也会带进空气，可导致坝袋局部鼓胀，增大袋壁拉力，在溢流时，由于坝顶部鼓泡的影响，会形成偏流或坝袋振动，故须设置排气设备。排气孔一般设在坝两岸坡上，对于斜坡式岸墙，排气孔可俞溢流管合并使用。对堵头式充水橡胶坝，在坝袋的两端顶部装置排气帽。（3）自动坍坝装置建在有突
47、发洪水出现的山区河道或水库溢洪道上的充水式橡胶坝以及重要的橡胶坝工程，若不能及时坍坝，将可能出现坝袋超压破裂或库区淹没的问题，需要采用自动坍坝装置如虹吸管等。（4）充气式橡胶坝安全装置充气坝必须设置安全排气阀，以防止坝袋超压破坏，有条件时还可设置水封管或U型管。3.3.2观测设备橡胶坝的观测工作应有下列项目：坝袋内压力、坝袋变形、老化、河流上下游水位、河床变形、水流形态、水位、流量、卵石、漂浮物、冰凌等。（1）坝袋内压力观测装置充水式橡胶坝采用坝内连通管，从坝基底板引至控制室内，接上透明的玻璃管或塑料管，并设有明显的标尺，可直接观测到坝袋内压高度，以作为升坝或坍坝控制运用的依据。充气坝应安装压
48、力表。对重要工程应安装自动监测设备。（2）橡胶坝址上、下右水位观测设置连通管分别从上、下游底板引至控制室内进行观测，或在坝址的上、下游设置水位标尺，直接观测上、下游水位，有条件时可采用水位传感器。4土建工程（1）坝土建工程应包括基础底板、边墩（岸墙）、中墩（多跨式）、上下游翼墙、上下游护坡、上游防渗铺盖或截渗墙、下游消力池、海漫等。（2）土建工程设计，应根据坝的设计条件，使建筑物满足强度、防渗及地基稳定的要求。（3）作用在橡胶坝上的设计荷载可分为基本荷载和特殊荷载两类。基本荷载：结构自重、水重、正常挡水位或坝顶溢流水位时的静水压力、扬压力（包括浮托力和渗透压力）、土压力、泥沙压力等。特殊荷载：
49、地震荷载及温度荷载等。作用在橡胶坝上的各种荷载可参照水闸设计规范进行计算。（4）坝底板、岸墙（中墩）应根据地基条件、坝高及上、下游水位差等确定其地下轮廓尺寸。其应力分析应根据不同的地基条件，参照其他规范进行计算；稳定计算可只作防渗、抗滑动计算。橡胶坝底板（包括边坡底板）是橡胶坝工程的关键部位，设计中可按如下步骤进行。底板顺水流方向长度的确定底板顺水流方向的长度按下式计算：当单项坍落时当双向坍落时（此时对称布置）式中 底板顺水流方向长度，m；坝袋底垫片有效长度，m；、上、下游安装、检修通道，一般取0.51.0m；坝袋坍落贴地长度，m；为坝袋的有效周长，m。坝袋底板（包括边坡底板）的应力分析可按弹
50、性地基梁进行计算。计算时应根据不同的地质条件及结构分缝情况，分别计算底板及边坡底板的纵向及横向强度。坝袋底板的防渗长度、沿基础底面的抗滑稳定、坝底板的平均基底压力、最大压力和最小压力分别参照水闸设计规范进行计算。岸墙（中墩）是橡胶坝在左、右岸进行锚固和充胀坝袋成密封状的重要部分。岸墙（中墩）的设计高度首先满足坝袋锚固布置的要求，同时高于坝顶溢流时最大溢流水位。岸墙（中墩）有斜坡式和直墙式，在天然河渠中建橡胶坝，为保持原有过水断面，通长用斜坡式，边坡一般在1:2以上，以减小坡脚处处坝袋的折皱；在已建水库溢洪道上或无行洪要求的河、渠上建橡胶坝可采用直墙式。岸墙（中墩）的计算与地板基本相同，各种情况
51、下的平均基地压力应不大于地基地基容许承载力；基底压力的最大值与最小值之比及抗滑安全系数都不小于规定的允许值。（5）橡胶坝应尽量建在天然地基上；对建在软弱地基上的橡胶坝应进行基础处理。橡胶坝因对基础承载力的要求不高，一般土基已能满足要求，当出现淤泥质土基时，一般采用换土垫层法进行基础处理较为经济，施工也较方便。换土垫层厚一般采用1.52.0m。（6）上、下游护坡工程应根据河岸土质及水流流态分别验算边坡稳定及抗冲能力。护坡长度应大于河底防护的范围。为保证上、下游边坡不受水流冲刷，需要进行护坡。当橡胶坝的断面为梯形时，上、下游边坡应与坝身段一致；当橡胶坝的断面为矩形时，坡比应根据河岸土质情况计算确定
52、。边坡一般采用浆砌石或干砌石护砌，护砌高度应与可能达到的高水位加上风浪爬高，乎其长度一般超过防冲槽2.0m左右。（7）消力池（护坦）、海漫、铺盖除应满足消能防冲外，还应考虑减轻和防止坝袋振动。对经常溢流的橡胶坝工程，宜设陡坡段与下游消力池（护坦）衔接。应根据运用条件选择最不利的水位和流量组合进行消能防冲计算。消能防冲设施。消能防冲设计包括护坦（消力池）、海漫。护坦、海漫的计算可参照水闸设计规范进行。护坦一般采用混凝土结构，其厚度一般为0.30.5m。海漫一般采用浆砌石、干砌石或铅丝石笼，其厚度一般为0.30.5m。铺盖。铺盖的作用一方面是增加防渗长度，减小地板扬压力，同时也可以防止上游河底冲刷
53、。铺盖采用钢筋混凝土或粘土结构，铺盖的长度应满足防渗长度要求，铺盖的厚度视不同材料而定，一般混凝土铺盖厚0.3m，粘土铺盖厚不小于0.5m。排水设施。减少底板扬压力的另一种措施是设置排水，由防渗设计综合考虑后确定排水的位置。排水的起始点便是防渗段的终点。排水设施一般用直径12cm的卵石、砾石、碎石等做成，平铺在地基上，厚度0.20.6m。排水设施和地基土壤接触处容易发生破坏，应与注意。铺盖下设的反滤层其要求和设计计算应按照碾压土石坝设计规范规定执行。（8）充气橡胶坝的消能防冲计算，应考虑坍坝时坝袋出现凹口引起单宽流量增大的因素。（9）控制室应满足机电设备布置和操作运行及管理需要，室内地面高程应高于校核洪水位。地下泵房应作防渗、防潮处理。（10）在已建拦河坝顶或溢洪道上加建橡胶坝时，应对原工程抬高水位后进行稳定及应力校核，并考虑
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