齊齊哈爾市城區(qū)橡膠壩工程底板穩(wěn)定計(jì)算

陳曉紅 吳 澎

(齊齊哈爾市河道管理處，黑龍江齊齊哈爾161000)

1 概述

齊齊哈爾市是黑龍江省西部地區(qū)政治、經(jīng)濟(jì)、文化中心和交通樞紐，是我國(guó)最早建設(shè)起來的東北重工業(yè)基地之一。近年來，齊齊哈爾市連續(xù)枯水，春季水位很低，給城市水廠引水及勞動(dòng)湖區(qū)換水帶來困難，并嚴(yán)重影響城區(qū)水域環(huán)境，制約旅游業(yè)發(fā)展，為此，在城區(qū)嫩江上修建橡膠壩工程，達(dá)到抬高水位，調(diào)蓄水量，美化景觀，改善水環(huán)境的目的。

2 基礎(chǔ)資料

齊齊哈爾市區(qū)屬寒溫帶大陸性季風(fēng)氣候，春季干旱風(fēng)大，夏季溫?zé)岫嘤?，秋季降溫急驟，冬季漫長(zhǎng)寒冷。多年平均氣溫2.1℃，夏季最高氣溫41.5℃，冬季最低氣溫－39℃，年溫差高達(dá)70℃以上。

根據(jù)同盟水文站、齊齊哈爾水位站及富拉爾基水文站冰情資料分析統(tǒng)計(jì)，齊齊哈爾市區(qū)多年平均封江日期11月25日，最早11月10日，最晚12月30日;開江日期平均為4月10日，最早3月12日，最晚4月20日。封凍天數(shù)一般為135 d。最大冰厚1.15 m，最小冰厚0.72 m。

3 基本資料

橡膠壩底板基礎(chǔ)為水撼砂，地基堅(jiān)實(shí)，地基允許承載力［K］=250kN/m2，壩基底面與地基之間摩擦系數(shù)f=0.40，壩基基底應(yīng)力最大值與最小值之比的允許值［η］=2.0，抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)［Kc］=1.25。

春季流冰期冰厚0.8 m，冰塊尺寸最大300×100m，平均50×20m，冰塊流速V冰=1.0 m/s，流冰期冰的抗壓強(qiáng)度fic= 0.45 MPa。

4 計(jì)算條件

1)完建期，壩前后均無水。

2)正常運(yùn)用期。

3)洪水期，設(shè)計(jì)洪水位147.74 m。4)冰凍期，冰面高程144.00 m。

5 穩(wěn)定計(jì)算

壩底板垂直水流方向12 m分縫，取中間一個(gè)單元進(jìn)行計(jì)算，冰凍期按冰的寬度進(jìn)行計(jì)算。

5.1 完建期(未放水)

計(jì)算簡(jiǎn)圖見圖1，橡膠壩底板結(jié)構(gòu)布置與作用荷載圖(完建期)。

圖1 橡膠壩底板結(jié)構(gòu)布置與作用荷載圖(完建期)

5.1.1 荷載計(jì)算

5.1.1.1 壩體自重

根據(jù)“橡膠壩壩體結(jié)構(gòu)計(jì)算”得壩袋實(shí)際周長(zhǎng)為13.13+ 6.52=19.65 m，壩袋厚度為10 mm，壩袋比重為1.35噸/m3，則壩袋自重為19.65×0.01×1.35×9.8×12=31.20 kN。

5.1.1.2 底板自重

［0.5×1.2+1.3×11+0.5×(0.75+1.5)×1.7×2］×12×25=5617.5kN。

荷載及其力矩的計(jì)算結(jié)果見表1。

表1 完建時(shí)期作用荷載及力矩計(jì)算表對(duì)底板中點(diǎn)B取矩

5.1.2 基底壓應(yīng)力計(jì)算

5.2 正常運(yùn)用時(shí)期

上游水位145.40 m，下游水位140.60 m。計(jì)算簡(jiǎn)圖見圖2，橡膠壩底板結(jié)構(gòu)布置與作用荷載圖。

圖2 橡膠壩底板結(jié)構(gòu)布置與作用荷載圖

5.2.1 荷載計(jì)算

5.2.1.1 上游水壓力P1

5.2.1.2 上游滲透水平壓力P2、P3

5.2.1.3 下游滲透水平壓力P4、P5

5.2.1.4 滲透壓力U1、U2

5.2.1.5 浮托力U3、U4

5.2.1.6 水重G水1、G水2

列表計(jì)算荷載及其力矩如表2:

5.2.2 抗滑穩(wěn)定計(jì)算

5.2.3 基底壓應(yīng)力計(jì)算

5.3 洪水期

計(jì)算簡(jiǎn)圖見圖3，橡膠壩底板結(jié)構(gòu)布置與作用荷載圖(洪水期)。

圖3 橡膠壩底板結(jié)構(gòu)布置與作用荷載圖(洪水期)

表2 正常運(yùn)用時(shí)期作用荷載及力矩計(jì)算表(對(duì)底板中點(diǎn)B取矩)

5.3.1 荷載計(jì)算

5.3.1.1 壩體自重

根據(jù)“橡膠壩壩體結(jié)構(gòu)計(jì)算”得壩袋實(shí)際周長(zhǎng)為13.13+ 6.52=19.65m，壩袋厚度為10 mm，壩袋比重為1.35 t/m3，則壩袋自重為19.65×0.01×1.35×9.8×12=31.20kN。

5.3.1.2 底板自重

荷載及其力矩的計(jì)算結(jié)果見表3。

表3 洪水期作用荷載及力矩計(jì)算表對(duì)底板中點(diǎn)B取矩

5.3.2 基底壓應(yīng)力計(jì)算

5.4 冰凍期

冰塊尺寸長(zhǎng)寬比3∶1。

5.4.1 荷載計(jì)算

5.4.1.1 壩體自重

根據(jù)“橡膠壩壩體結(jié)構(gòu)計(jì)算”得壩袋實(shí)際周長(zhǎng)為13.13+ 6.52=19.65 m，壩袋厚度為10 mm，壩袋比重為1.35噸/m3，則壩袋自重為19.65×0.01×1.35×9.8=2.6 kN。

5.4.1.2 底板自重

5.4.1.3 冰推力

5.4.2 抗滑穩(wěn)定計(jì)算

［1］中國(guó)水利水電科學(xué)研究院.SL227—98橡膠壩技術(shù)規(guī)范［S］.北京:中國(guó)水利水電出版社，1999.

［2］水利部東北勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院.SL211—98水工建筑物抗凍設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京:中國(guó)水利水電出版社，1998.

［3］齊齊哈爾市水利勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院.齊齊哈爾市城區(qū)橡膠壩工程初步設(shè)計(jì)報(bào)告［R］.齊齊哈爾:齊齊哈爾市水利勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，2003.