周延明

(黑龍江省大慶地區(qū)防洪工程管理處，黑龍江 大慶 163311)

1 工程位置概況

庫(kù)里泡滯洪區(qū)位于大慶地區(qū)南部，處于大慶市、肇源縣和肇州交界處，是安肇新河上最下游的一個(gè)較大滯洪區(qū)。其作用為調(diào)蓄安肇新河洪水并將其泄入松花江，以保證庫(kù)里泡以下耕地、草原和肇源縣免受洪水災(zāi)害。該水庫(kù)管理單位隸屬于黑龍江省大慶地區(qū)防洪工程管理處。根據(jù)水利水電樞紐工程等級(jí)劃分及設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)(平原、濱海、部分)試行SDJ217—87規(guī)范，庫(kù)里泡滯洪區(qū)工程分為Ⅲ等級(jí)。按50 a一遇洪水設(shè)計(jì)，100 a一遇洪水校核。庫(kù)里泡滯洪區(qū)集水面積9 632 km2，設(shè)計(jì)庫(kù)容2.12億 m3，庫(kù)里泡滯洪區(qū)工程由主壩、西付壩、老山頭付壩和新、老兩個(gè)閘門(mén)組成。

2 水位井穩(wěn)定性分析

庫(kù)里泡水位井采用島狀方式，根據(jù)這種結(jié)構(gòu)為例子計(jì)算，進(jìn)行抗顛覆和地基土承載能力的穩(wěn)定性計(jì)算。

2.1 永久地基土荷載的演算

庫(kù)里泡水位井整體為鋼筋混凝土構(gòu)造，主要永久荷載為水位井自身重量。我們把鋼筋混凝土的容重取為22 kn/m。那么根據(jù)庫(kù)里泡水位井工程量的推算，總體積為28 m3，經(jīng)過(guò)計(jì)算得出水位井自身重量G為616 kn/m2。

2.2 覆蓋雪的重量荷載演算

式中:SK為覆蓋雪的重量標(biāo)準(zhǔn)值，單位為kn/m2;UR為庫(kù)里泡水位井頂層平臺(tái)的平面積雪分布系數(shù)，查GB2006—2002系數(shù)表采用0.12;S0為基本覆蓋雪壓，庫(kù)里泡水位井頂層平臺(tái)屋面的基本覆蓋雪壓按本地區(qū)20 a一遇的雪壓，采用0.45 kn/m2。

依據(jù)庫(kù)里泡水位井布置平臺(tái)設(shè)計(jì)模式，庫(kù)里泡水位井平臺(tái)面積為8.50 m2，庫(kù)里泡水位井平臺(tái)屋頂面積為12.68 m2。則可以推算出作用于平臺(tái)上的雪覆蓋荷載標(biāo)準(zhǔn)值SK為1.75 kn/m2。

2.3 定向風(fēng)荷載計(jì)算

式中:wκ為定向風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值，單位為kn/m2;βz為R定向高度處的定向風(fēng)荷載系數(shù)，通過(guò)公式βz=1+φvξ/μ求得βz=1.8;υs為定向風(fēng)荷載體系系數(shù)，根據(jù) GB40006—2002第6.5.2規(guī)定查表得出υs=1.4;υz為定向風(fēng)壓高度變化系數(shù)，我們也取1.4;β0為基本定向風(fēng)壓力，根據(jù)當(dāng)?shù)?0 a一遇的定向風(fēng)壓采用0.5 kn/m2。

通過(guò)以上各數(shù)得出作用在水位井平臺(tái)上的風(fēng)荷載wκ=1.85 kn/m2。

2.4 跑冰排的最大破壞沖擊荷載

式中:P0為水浪沖擊荷載標(biāo)準(zhǔn)值，單位為kn/m2;KW為水浪阻力系數(shù)，通過(guò)庫(kù)里泡水位井形式取求得KW=0.8;ρ為水的密度ρ=1.4;V0為庫(kù)里泡水位井臺(tái)墩最大水面流速，根據(jù)往年觀測(cè)取1.5 m/s;F為庫(kù)里泡水位井臺(tái)身每米高度的阻水面積，取1.5m2;h為庫(kù)里泡水位井出土面至上水面的高度。取2 m，可以得出水面高度也就是冰排高度。

經(jīng)過(guò)演算作用于平臺(tái)上的最大水沖擊荷載為28.6 kn/m2。

由于當(dāng)前水位井位于主壩附近，很易受冰排沖擊，因此對(duì)冰排產(chǎn)生的最大沖擊荷載可用上式(3)求得的水撞擊荷載P0乘以當(dāng)前工作條件系數(shù)ξ確定，本次系數(shù)ξ取5.0。

故跑冰排產(chǎn)生的最大撞擊荷載值為P0×ξ=14.3 kn/m2。

3 決定影響庫(kù)里泡水位井穩(wěn)定的首要原因

從上面的計(jì)演算可以得出，決定穩(wěn)定性的主首要因素包括以下3個(gè)方面。

3.1 庫(kù)里泡水位井自身重量對(duì)穩(wěn)定性的影響

自身重量荷載是庫(kù)里泡水位井地基土承載力穩(wěn)定驗(yàn)算中的重要一部分。水位井自身重量越大，影響穩(wěn)定力矩就越大，穩(wěn)定性也越好。所以在設(shè)計(jì)過(guò)程中，我們要考慮諸多因素影響的情況下，首要選取庫(kù)里泡水位井的建筑材料特別重要。

3.2 庫(kù)里泡水位井水浪沖擊對(duì)穩(wěn)定性的影響

在進(jìn)行抗顛覆演算時(shí)，庫(kù)里泡水位井水浪沖擊荷載是推算顛覆力矩最重要的一種荷載，尤其是當(dāng)設(shè)計(jì)的水位井位于冰排多發(fā)庫(kù)區(qū)的坡腳時(shí)，推算水浪沖擊荷載時(shí)，還要想到冰排的對(duì)水位井的撞擊作用，因?yàn)楸艑?duì)橋墩的沖擊最容易導(dǎo)致水位井基礎(chǔ)受損，甚至無(wú)法使用。

3.3 地質(zhì)復(fù)雜條件對(duì)庫(kù)里泡水位井穩(wěn)定性的影響

由于庫(kù)里泡水位井多為半地下建筑物，導(dǎo)致不同土質(zhì)的容重、強(qiáng)度、壓縮比、摩擦力等特征對(duì)水位井穩(wěn)定性計(jì)算的結(jié)果決定大。

對(duì)于地基來(lái)說(shuō)，基土的抗壓強(qiáng)度越大，土縫隙壓縮性越小，地基承載能力越大，庫(kù)里泡水位井就越穩(wěn)定，所以在設(shè)計(jì)時(shí)候，我們要充分拿到盡量詳細(xì)的水位井所在地的地質(zhì)勘探資料，是做好水位井設(shè)計(jì)的一個(gè)前提。

4 結(jié)語(yǔ)

影響水位井穩(wěn)定的因素有很多，文中所研究的只是大慶防洪庫(kù)里泡水位井中諸多影響因素中的比較明顯的幾個(gè)，通過(guò)以上研究，為了使設(shè)計(jì)的庫(kù)里泡水位井具備較好的穩(wěn)定性，在設(shè)計(jì)之初就要做到水位井自重、水沖擊荷載計(jì)算和地質(zhì)條件的收集的前期工作。

[1] 王愛(ài)華.土力學(xué)[M].北京:中國(guó)建筑出版社，2003.

[2] 袁光裕.水位觀測(cè)技術(shù)[M].北京:中國(guó)水利水電出版社，2003.