閆丹青

（山西省水利水電勘測設(shè)計研究院 山西太原 030024）

1 工程概況

守口堡水庫位于陽高縣黑水河上游段，屬?。?）型水庫，工程等別為Ⅳ等，洪水設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)重現(xiàn)期為50年一遇，校核標(biāo)準(zhǔn)重現(xiàn)期為500年一遇，以工業(yè)供水、農(nóng)業(yè)灌溉及防洪等綜合利用為主。工程由樞紐工程和供水工程組成，建成后可向工業(yè)供水，改善農(nóng)業(yè)灌溉，同時保護(hù)水庫下游陽高縣城和沿河鄉(xiāng)鎮(zhèn)行政村耕地和人民的生命財產(chǎn)安全，改善兩岸的生態(tài)環(huán)境，具有顯著的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。

2 進(jìn)水塔結(jié)構(gòu)布置

進(jìn)水塔的布置既要滿足結(jié)構(gòu)布置的要求，又要滿足閘門、啟閉機(jī)等機(jī)電設(shè)備布置和運用的要求，同時又要防止泥沙淤積，保證水流順暢。

守口堡水庫大壩樁號 0+127.00～0+145.00、0+207.00～0+225.00段為底孔壩，下部布設(shè)泄洪沖沙底孔，共4孔。底孔分進(jìn)口段、洞身段和出口段三部分，進(jìn)口段設(shè)事故檢修閘門，出口段設(shè)弧形工作閘門，進(jìn)口閘室為封閉式進(jìn)水塔，緊臨上游壩面。

進(jìn)水塔塔身采用矩形斷面的箱形結(jié)構(gòu)，順?biāo)较蜷L6.8m，塔身最大高度33.6m，塔體相對高程18m以下寬16.2m，筒壁厚1.5m，相對高程18m以上寬15.6m，，筒壁厚1.2m，塔頂相對高程33.6m。塔筒前部設(shè)事故檢修閘門，其底板相對高程為0.00m，后部為通氣孔，與檢修門槽之間用1m厚隔墻隔開，每個通氣孔在相對高程18.0m以下中間設(shè)隔墩，隔墩厚500mm，其結(jié)構(gòu)布置型式見圖1。

圖1 進(jìn)水塔結(jié)構(gòu)布置圖

3 結(jié)構(gòu)計算

由結(jié)構(gòu)布置表明，進(jìn)水塔體型復(fù)雜，截面變化部位多，受力復(fù)雜，根據(jù)同類工程的設(shè)計經(jīng)驗，對進(jìn)水塔典型斷面簡化為平面剛桁架采用結(jié)構(gòu)力學(xué)方法進(jìn)行計算，如圖2。

圖2 計算簡圖

3.1 計算工況

根據(jù)底孔的運行情況分析，主要有以下幾種工況。

工況1：在校核洪水位情況下，工作門開啟，利用泄洪沖沙底孔泄洪，由于檢修門槽與通氣孔處的位置水頭轉(zhuǎn)化為流速水頭，故水位下降，此時，檢修門槽內(nèi)的水位與通氣孔內(nèi)水位相同，均低于庫水位。

工況2：在正常蓄水位情況下，工作門檢修，利用檢修門擋水，此時閘門槽內(nèi)水位與庫水位相同，通氣孔內(nèi)無水。

工況3：在正常運行期遇地震情況下，工作門關(guān)閉，底孔內(nèi)充滿水，此時，檢修門槽和通氣孔內(nèi)水位相同，且都等于庫水位，塔筒受水平地震慣性力作用。

3.2 計算荷載

對于塔筒截面的荷載，在前兩種工況下，僅受水壓力作用，由初步計算可知，工況1和工況2為控制工況。計算斷面應(yīng)根據(jù)水位、斷面形式等選取最不利斷面，故選取工況1下相對高程7.4m、18.0m、23.0m斷面，工況2下相對高程4.8m、18.0m、23.0m斷面進(jìn)行計算。以相對高程18.0m斷面為例，荷載分布如圖3。

圖3 相對高程18.0m斷面荷載分布圖（單位kN/m）

各典型斷面主要內(nèi)力計算成果見表1。

表1 各典型斷面主要內(nèi)力計算結(jié)果

根據(jù)以上計算結(jié)果，初步選配鋼筋形式見表2。

表2 各典型斷面截面配筋形式

3.3 裂縫寬度驗算

根據(jù)以上結(jié)構(gòu)計算成果，按實際情況，在考慮抗裂及裂縫驗算要求下進(jìn)行實際配筋。根據(jù)初配鋼筋形式，對桿件進(jìn)行抗裂及裂縫驗算計算。

構(gòu)件為偏心受壓構(gòu)件，根據(jù)《水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（SL191-2008），抗裂驗算應(yīng)符合下式規(guī)定：

式中：Nk——按荷載標(biāo)準(zhǔn)值計算的軸力值，N；

γm——截面抵抗矩塑性系數(shù)；

αct——混凝土拉應(yīng)力限制系數(shù)，對荷載效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)組合，取0.85；

ftk——混凝土軸心抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，N/mm2；

e0——軸向力對截面重心的偏心距，mm；

A0——換算截面面積，mm2；

αE——鋼筋彈性模量與混凝土彈性模量的比值，即

A0——換算截面受拉邊緣的彈性抵抗矩，mm3；即

y0——換算截面重心至受壓邊緣的距離，mm；

I0——換算截面重心對其重心軸的慣性矩，mm4；

Ac——混凝土截面面積，mm2；

As、A′s——受拉、受壓鋼筋截面面積，mm2；

h——截面全高,mm；

偏心受壓混凝土構(gòu)件在荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合下的最大裂縫寬度ωmax(mm)按下式計算：

式中：α——考慮構(gòu)件受力特征和荷載長期作用的綜合影響系數(shù)，取2.1；

c——最外層縱向受拉鋼筋外邊緣至受拉區(qū)邊緣的距離，mm；

d——鋼筋直徑，mm；

ρte——縱向受拉鋼筋的有效配筋率；

σsk——按荷載標(biāo)準(zhǔn)值計算的構(gòu)件縱向受拉鋼筋應(yīng)力，N/mm2。

根據(jù)《水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》，二類環(huán)境下，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的最大裂縫寬度限值ωlim=0.3mm。進(jìn)水塔的抗裂及裂縫寬度計算見表3。

表3 截面設(shè)計、抗裂及縫寬度驗算結(jié)果表

4 結(jié)論

由上述計算可知，在工況1校核洪水位情況下，塔筒四壁受靜水壓力作用，通氣孔隔墻不受力；工況2檢修期，在正常蓄水位下，通氣孔隔墻前后水位差較大，受力情況不佳，故在通氣孔內(nèi)相對高程18.0m以下增設(shè)隔墩，改善受力條件，提高隔墻的承載能力。

綜上，進(jìn)水塔的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計滿足要求，根據(jù)抗裂及裂縫驗算結(jié)果，裂縫寬度均小于允許值，限裂計算滿足要求。