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        溢洪道堰體穩(wěn)定計(jì)算探討

        2018-08-31 04:50:28
        水利科技與經(jīng)濟(jì) 2018年1期

        田 錚

        (河北省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院,天津 300000)

        1 基本情況

        大慶水庫(kù)位于河北省承德市平泉縣城西北沙坨子鄉(xiāng)小廟村,距平泉縣城17 km,是灤河流域?yàn)春铀灯俸由嫌蔚囊蛔行退麡屑~工程,控制流域面積82 km2,總庫(kù)容1 170×104m3,是以防洪為主,兼顧灌溉、養(yǎng)殖等綜合利用的水利工程。水庫(kù)樞紐建筑物主要由攔河壩、溢洪道、放水洞、水電站等組成。工程等別為Ⅲ等,其主要建筑物攔河壩、溢洪道及放水洞為3級(jí)建筑物,次要建筑物泄洪渠等按4級(jí)建筑物設(shè)計(jì)。

        溢洪道位于攔河壩右側(cè),堰型為開敞式實(shí)用堰,堰頂高程663.8 m,凈寬70.0 m,無(wú)閘門控制。

        溢洪道挑坎齒墻設(shè)計(jì)底高程639 m,基礎(chǔ)坐落于高程630.5~639.7 m強(qiáng)風(fēng)化巖體中,具中等透水性,容許承載力建議值為[σ0]=800 kPa;變形模量建議值2×103MPa;與混凝土接觸面抗剪斷強(qiáng)度建議值f′=0.55~0.6,c′=0.4 MPa。

        2 堰體穩(wěn)定計(jì)算

        2.1 荷載組合

        根據(jù)溢洪道運(yùn)用條件及結(jié)構(gòu)布置形式,確定溢洪道堰體穩(wěn)定計(jì)算工況和荷載組合,見(jiàn)表1。

        表1 荷載及荷載組合表

        2.2 基底應(yīng)力計(jì)算

        本地區(qū)土的最大基底承載力為800 kPa。

        根據(jù)《水工擋土墻設(shè)計(jì)規(guī)范》(SL 379-2007),按以下公式計(jì)算:

        (1)

        式中:Pmax、Pmin為溢洪道堰基底面應(yīng)力的最大值或最小值,kPa;∑G為作用在堰上的全部豎向荷載;∑M為作用于建筑物基礎(chǔ)底面以上的全部水平向和豎向荷載對(duì)于垂直水流方向的型心軸的力矩,kN·m;b、h分別為堰基底面的寬度及堰長(zhǎng)度,m。

        運(yùn)用期溢洪道堰基底面上的垂直正應(yīng)力,應(yīng)滿足在各種荷載組合情況下(地震情況除外),堰基底面上的最大正應(yīng)力ρmax應(yīng)小于基巖的容許壓應(yīng)力(計(jì)算時(shí)分別計(jì)入揚(yáng)壓力和不計(jì)入揚(yáng)壓力);最小垂直正應(yīng)力ρmin應(yīng)大于零(計(jì)入揚(yáng)壓力)。

        在各種計(jì)算情況下,堰體最大基底應(yīng)力不大于地基允許承載力800 kPa;除施工期和地震情況外,堰體基底不應(yīng)出現(xiàn)拉應(yīng)力。

        2.3 抗滑穩(wěn)定計(jì)算

        建筑物抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)由下式計(jì)算:

        (3)

        式中:K′為按抗剪斷強(qiáng)度計(jì)算的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù);f′為堰體混凝土與巖基接觸面的抗剪斷摩擦系數(shù);與混凝土接觸面抗剪斷強(qiáng)度建議值f′= 0.55~0.6;c′為堰體混凝土與基巖接觸面的抗剪斷凝聚力,取0.4 MPa;∑W為作用于堰體上的全部荷載對(duì)計(jì)算滑動(dòng)面的法向分量;∑P為作用于堰體上的全部荷載對(duì)計(jì)算滑動(dòng)面的切向分量;A為堰體與基巖接觸面的截面積。

        土基上沿閘室基底面抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)的允許值見(jiàn)表2。

        2.4 計(jì)算過(guò)程

        2.4.1 正常蓄水位工況

        正常蓄水位工況下,堰體受力簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖1;基底應(yīng)力計(jì)算見(jiàn)表3;抗滑穩(wěn)定計(jì)算表見(jiàn)表4。

        表2 基底面抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)允許值

        圖1 正常蓄水位工況堰體受力簡(jiǎn)圖

        項(xiàng)目荷載型心矩彎矩寬度b長(zhǎng)度hPmax(不計(jì)揚(yáng)壓力)Pmax(計(jì)揚(yáng)壓力)Pmix(計(jì)揚(yáng)壓力)自重558.221.246695.5419.589.0758.3631.16靜水壓力39.21.23348.35波浪壓力51.683.7001191.22揚(yáng)壓力1331.826242.86

        表4 正常蓄水工況抗滑穩(wěn)定計(jì)算表

        2.4.2 設(shè)計(jì)洪水位工況

        設(shè)計(jì)洪水位工況,堰體受力簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖2;基底應(yīng)力計(jì)算見(jiàn)表5;抗滑穩(wěn)定計(jì)算表見(jiàn)表6。

        圖2 設(shè)計(jì)洪水位工況堰體受力簡(jiǎn)圖

        項(xiàng)目荷載型心矩彎矩寬度b長(zhǎng)度hPmax(不計(jì)揚(yáng)壓力)Pmax(計(jì)揚(yáng)壓力)Pmix(計(jì)揚(yáng)壓力)自重558.221.246695.5419.5104.1546.7827.02靜水壓力100.521.233123.97波浪壓力19.793.70073.22揚(yáng)壓力351.030.875307.15水重143.40.29742.59

        表6 設(shè)計(jì)洪水位工況抗滑穩(wěn)定計(jì)算表

        2.4.3 冰凍工況

        冰凍工況,堰體受力簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖3;基底應(yīng)力計(jì)算見(jiàn)表7;抗滑穩(wěn)定計(jì)算表見(jiàn)表8。

        圖3 冰凍工況堰體受力簡(jiǎn)圖

        項(xiàng)目荷載型心矩彎矩寬度b長(zhǎng)度hPmax(不計(jì)揚(yáng)壓力)Pmax(計(jì)揚(yáng)壓力)Pmix(計(jì)揚(yáng)壓力)自重558.221.246695.5419.582.6352.4837.04靜水壓力39.21.23348.35揚(yáng)壓力1331.826242.86靜冰壓力108.752.65288.19

        表8 冰凍工況抗滑穩(wěn)定計(jì)算表

        2.4.4 校核洪水位工況

        校核洪水位工況,堰體受力簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖4;基底應(yīng)力計(jì)算見(jiàn)表9;抗滑穩(wěn)定計(jì)算表見(jiàn)表10。

        圖4 校核洪水位工況堰體受力簡(jiǎn)圖

        項(xiàng)目荷載型心矩彎矩寬度b長(zhǎng)度hPmax(不計(jì)揚(yáng)壓力)Pmax(計(jì)揚(yáng)壓力)Pmix(計(jì)揚(yáng)壓力)自重558.221.246695.5419.5105.3838.4426.76靜水壓力124.61.233153.67波浪壓力6.773.70025.05揚(yáng)壓力391.880.986386.39水重143.40.29742.59

        表10 校核洪水位工況抗滑穩(wěn)定計(jì)算表

        3 結(jié) 論

        溢洪道堰體基底應(yīng)力及穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表11。

        表11 溢洪道堰基底應(yīng)力、穩(wěn)定計(jì)算成果表

        經(jīng)計(jì)算,滿足應(yīng)力及抗滑要求。

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