壩袋強度設計安全系數定義為壩袋抗拉強度與壩袋設計計算強度之比,這是一種不論建筑物等級而采用的單一安全系數法。其實,壩袋強度設計安全系數應根據壩袋設計參數,建筑物的重要性,壩袋材料與層數的選取,生產廠家的工藝技術水平,壩袋的運用狀況與運用條件,以及可能出現的其他未計算荷載等統一考慮。只是由于壩袋強度設計安全系數涉及的因素太復雜,要比較準確地確定還有困難,故規范規定采用單一安全系數法。
北京右安門橡膠壩強度設計安全系數取4.0,而且該壩正常運行22年后才拆掉,說明安全系數的取值對于右安門橡膠壩是可行的。但是,右安門橡膠壩能夠運行22年與它的良好的工作條件不無關系。如長期低壩過水運行,很少把壩充至設計壩高,壩袋的受力條件極好。由于壩上長期過水,夏季少受熱,對防止熱空氣老化與防紫外線老化也很有好處。冬季過水防止了冰凍,冰凍與冰壓力對壩袋的影響也不大??傊?,右安門橡膠壩的運用條件對延長壩的使用壽命極為有利。因而,在研究右安門橡膠壩成功經驗的同時,還應考慮其使用條件與一般橡膠壩使用條件的差別,以便壩袋強度設計安全系數不致定得太低。
我國初期所建的橡膠壩工程,在選擇壩袋強度設計安全系數時,參考了其他膠布制品,并根據橡膠壩的具體使用條件,安全系數選用3.0—4.0。但經工程實踐發現,過低的安全系數是壩袋屢屢撕破損壞的主要原因,并導致橡膠壩工程報廢。因此,在制定SL227-98《橡膠壩技術規范》時,規定“壩袋強度設計安全系數充水壩應不小于6.0,充氣壩應不小于8.0”充水壩強度設計安全系數的下限定為6.0,這是在調查國內已修建的橡膠壩壩袋強度設計安全系數的選取情況,參考一般織物芯輸送帶的安全系數為10.0~20.0,普通帶為10.0,高強力帶為10.0~14.0,鋼絲繩芯帶為5.5—10.0等因素確定的。充氣壩強度設計安全系數的下限定為8.0,采用的是日本橡膠壩的壩袋強度設計安全系數取值。
總之,在選用壩袋強度設計安全系數時應考慮以下因素:
1.強度計算的誤差和計算中未考慮的因素。
2.帆布材料以及制成壩袋膠布的不均勻性;
3.加工過程中造成的強度損失;
4.使用過程中強度的損失;
5.工程的重要性和對工程安全的特殊要求等:
選擇安全系數時應慎重,過分強調安全會增加成本。反之,過分強調經濟性,又有導致壩袋使用壽命縮短或遭破壞的危險。
一、確定壩袋緯向強度設計安全系數的方法是一種經驗的和近似的方法。根據試驗結果分析,堵頭武壩緯向強度設計安全系數可按經向強度設計安全系數的0.5倍選取。橡膠壩壩體縱斷面采用梯形或矩形布置,在邊墻、邊坡采用壓板錨固時,一緯向強度設計安全系數取用經向強度設計安全系數的0.8—1.0倍。在確定壩袋強度設計安全系數時還應考慮下列因素:壩袋膠布材料加工制成膠布時強度損失一般達15%~25%左右:并且材料強度存在不均勻性;壩袋在使用過程中因老化所造成的強度損失,以及工程規模和重要性等。這也就是說,在具體計算壩袋強度設計安全系數時,若直接采用壩袋膠布名義強度值進行計算時,不能簡單地將膠布強度規格型號值除以壩袋拉力的理論計算值,而應再扣除15%~25%的膠布強度損失。如2m高的充水式橡膠壩,若取a -1.4,壩袋型號選用JBD2. 0-100-2,膠布強度( kN/m)經/緯值選為200/100,考慮20%的膠布加工等強度損失,其經向壩袋強度設計安全系數為K= 200/18×(1 -20%)- 8.89。