史仁朋

（山東省棗莊市水利勘測設(shè)計院 山東棗莊 277800）

棗莊市勝利渠灌區(qū)是我市唯一的大型灌區(qū)，位于我市嶧城區(qū)、臺兒莊區(qū)和薛城境內(nèi)。灌區(qū)設(shè)計灌溉面積3.53萬hm2，其中提水灌區(qū)2.4萬余hm2。大小泵站62 個，其中規(guī)模以上的中型泵站18 座，鑒于當(dāng)?shù)氐叵滤蛔兓^大，前池和進水池的優(yōu)化設(shè)計直接影響到工程的造價。

前池及進水池多采用重力式擋土墻結(jié)構(gòu)。由于進水池內(nèi)的水位并非一直保持在設(shè)計水位，同時墻后水位也存在較大的波動，如果我們采用較保守的荷載組合（池中無水，墻后水位較高），勢必造成截面尺寸非常大，既不經(jīng)濟也不合理。鑒于此，我們采用在池中間設(shè)檢測井（也叫排水井）來降低擋土墻墻后的水位，以順應(yīng)池內(nèi)的水位，使擋土墻的抗滑、抗傾覆以及底板的抗浮處于安全工況。

1 集水池?fù)跬翂Φ脑O(shè)計

擋土墻基礎(chǔ)坐落在新鮮巖石之上，采用C20、F100 的素混凝土結(jié)構(gòu)，頂寬1.0m，迎水側(cè)邊坡1：0.35，背水側(cè)采用直立墻，底板采用0.9m 厚的鋼筋混凝土。墻頂高程 39.50m，突出地面0.20m，底板頂高程33.50m。假定池內(nèi)水位為H，墻后水位為h，集水池?fù)跬翂Ψ€(wěn)定計算簡圖見圖1。按照上述計算斷面和擋墻前后水位的計算工況，列表計算該墻的垂直力和水平力，從而確定其對墻趾A 點的力矩，集水池?fù)跬翂Ψ€(wěn)定計算表見表1。

圖1 集水池?fù)跬翂Ψ€(wěn)定計算簡圖

2 集水池?fù)跬翂Ψ€(wěn)定性分析

根據(jù)表1 的計算結(jié)果，確定擋土墻的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)、抗傾穩(wěn)定安全系數(shù)和底板的抗浮穩(wěn)定安全系數(shù)。

（1）抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)為：

利用求解公式解得Kc=1.0、1.1、1.2、1.3、1.4 時的H 與h 的對應(yīng)關(guān)系。從中可知：在墻后水位一定的前提下，抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)隨池內(nèi)水位的增加而增大。當(dāng)池內(nèi)水位穩(wěn)定時，安全系數(shù)隨墻后水位的增加而降低。

表1 集水池?fù)跬翂Ψ€(wěn)定計算

（2）抗傾穩(wěn)定安全系數(shù)為：

利用牛頓迭代法解得Kf=1.0、1.1、1.2、1.3、1.4 時H 與h 的對應(yīng)關(guān)系。從中可知：抗傾穩(wěn)定安全系數(shù)與抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)隨擋墻前后水位的變化趨勢是一致的，但是相同工況下抗傾安全系數(shù)遠大于抗滑安全系數(shù)。

3 集水池底板的抗浮穩(wěn)定計算

抗浮穩(wěn)定安全系數(shù)按下式計算：

圖2 進水池?fù)跬翂Φ装宸€(wěn)定曲線圖

可解得Kp=1.0、1.1、1.2、1.3、1.4 時H與h 的對應(yīng)關(guān)系。我們把不同安全系數(shù)下解得的數(shù)值繪在一張圖中，見圖2。由圖2 可以看出，只要合理控制墻后水位在安全區(qū)范圍內(nèi)，集水池底板與擋土墻均為穩(wěn)定安全。通過計算得到的Kc、Kf、Kp曲線可以看出：集水池底板的穩(wěn)定取決于池內(nèi)水位和墻后水位的差值，只要墻后水位與池內(nèi)水位的差值小于2.16m，底板即可抗浮穩(wěn)定。在實際運行中，即便是泵站不運行，仍然需要保證池內(nèi)有一定的水深。欲保證集水池兩側(cè)擋土墻的抗滑穩(wěn)定，必須按曲線圖嚴(yán)格控制墻后水位。當(dāng)池中水位較低時，可按 Kc≮1.1 的要求來控制墻后水位；當(dāng)池中水位較高時，可按Kc≥1.2 來控制墻后水位。集水池?fù)跬翂Φ目箖A覆對擋土墻的穩(wěn)定不起控制作用，只要其抗滑穩(wěn)定，則其抗傾和底板抗浮也就必然穩(wěn)定。

因此，池中水位和墻后水位差是關(guān)系集水池安全的關(guān)鍵因素。實際運行中，應(yīng)密切監(jiān)測和控制墻后水位和池中水位，合理調(diào)度、科學(xué)運行，確保集水池的穩(wěn)定安全。我們把各種安全系數(shù)下的墻后水位與池內(nèi)水位的對應(yīng)關(guān)系一一輸入微機（程序），通過檢測井及進水池中水位計（通過傳感器傳遞給微機）的指示，計算機自動判斷運行狀況，當(dāng)墻后水位位于曲線上方時，檢測井內(nèi)的潛水泵會自動合閘，向外排水，達到自動化遠程控制的效果。