山巖抗力在黃藏寺樞紐工程穩(wěn)定計(jì)算中的應(yīng)用

□嚴(yán)克兵 □霍鶴飛 □田 豐（黃河勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)有限公司）

1 基本資料

黃藏寺水利樞紐工程屬于大（2）型II等工程，主要建筑物包括面板壩、供水泄洪洞、溢洪道、引水發(fā)電洞進(jìn)口等。供水泄洪洞進(jìn)口與引水發(fā)電洞進(jìn)口放在一起組成聯(lián)合進(jìn)口。供水泄洪洞在右側(cè)，進(jìn)口底高程2558.00m，洞徑6.00m；引水發(fā)電洞在左側(cè)，進(jìn)口底高程2569.00m，洞徑5.00m。

聯(lián)合進(jìn)口塔架基礎(chǔ)呈矩形，順?biāo)飨蜷L度為31.00m，寬度為34.20m，塔基基巖面高程2554.00m，塔頂高程2633.50m，塔體高度為79.50m，塔體后部有8.00m伸入巖體。塔體洞口底板以上為井筒結(jié)構(gòu)，以下為大體積混凝土結(jié)構(gòu)，高程2579.00m和2589.00m之間為漸變段，漸變段以上塔架順?biāo)飨蜷L度18.00m，寬度26.20m。塔架兩側(cè)及塔后回填混凝土，與周邊山體相靠。進(jìn)口塔架作為泄洪洞和發(fā)電洞的進(jìn)口控制工程，其整體穩(wěn)定安全非常重要。

2 計(jì)算條件

2.1 相關(guān)水位

黃藏寺水利樞紐建成后，各運(yùn)用水位為：死水位：2580.00m；正常蓄水位：2628.00m；設(shè)計(jì)洪水位：2627.03m；校核洪水位：2631.39m；檢修水位：2628.00m。

2.2 地質(zhì)條件

聯(lián)合進(jìn)口塔架基礎(chǔ)坐落在微風(fēng)化～新鮮綠泥石白云母石英片巖中，塔基巖石總體屬較堅(jiān)硬巖，完整性較好。按壩基巖體分類，塔基巖體屬于BⅢ1類巖體，基本滿足塔基變形要求。

2.3 計(jì)算參數(shù)

進(jìn)口塔架基礎(chǔ)依據(jù)地質(zhì)專業(yè)建議值，混凝土與巖體摩擦系數(shù)f′取1.00，粘結(jié)力C′取0.90MPa，巖石承載力取2.50～3.50MPa。由于塔基是新鮮巖石，本計(jì)算采用抗剪斷強(qiáng)度公式。

非汛期水密度10.00kN/m3；汛期、設(shè)計(jì)洪水以及校核洪水渾水密度10.30kN/m3；混凝土密度25.00kN/m3；基本風(fēng)壓0.40kN/m2；波浪壓力按風(fēng)速v＝19.00m/s，吹程1.60km考慮；抗震設(shè)計(jì)烈度為8°，按地震動(dòng)峰值加速度0.19g進(jìn)行地震荷載計(jì)算。

聯(lián)合進(jìn)口塔架左右兩側(cè)素混凝土回填至2579.00m高程，塔架背后素混凝土回填至2613.50m高程。

3 計(jì)算方法、內(nèi)容

3.1 常規(guī)方法、內(nèi)容

聯(lián)合進(jìn)口塔架整體穩(wěn)定應(yīng)力常規(guī)計(jì)算方法采用擬靜力法。聯(lián)合塔架為2級(jí)建筑物，根據(jù)《水利水電工程進(jìn)水口設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL285－2003）規(guī)定的整體穩(wěn)定安全標(biāo)準(zhǔn)、計(jì)算內(nèi)容、計(jì)算工況和荷載組合進(jìn)行計(jì)算。分別計(jì)算不考慮側(cè)向巖體抗力和考慮側(cè)向巖體抗力時(shí)的情形。

3.2 塔體側(cè)向山巖抗力計(jì)算理論

塔體在計(jì)算側(cè)向穩(wěn)定時(shí)，塔架與巖石或者回填混凝土間將產(chǎn)生抗力，阻止其側(cè)向傾覆，進(jìn)而影響基底應(yīng)力分布。計(jì)算左右抗力有以下假定：①地基變形符合文克爾假定；②塔架為絕對(duì)剛體；③忽略基礎(chǔ)面的水平剪切變形；④彈性抗力為線形分布。

塔側(cè)與混凝土或巖石間緊密連接，不考慮縫隙。計(jì)算簡圖見圖1。

根據(jù)力的平衡條件，可推導(dǎo)出公式：

式中：MC—不計(jì)抗力時(shí)，外力對(duì)基礎(chǔ)面形心的力矩之和（kN·m）；B—聯(lián)合塔架寬度，取平均值（m）；H—塔側(cè)抗力高度（m）；K1—塔基與混凝土之間的彈性抗力系數(shù)（kN/m3），根據(jù)地質(zhì)建議，計(jì)算中取為5.50×106kN/m3；K2—塔側(cè)與巖石之間的彈性抗力系數(shù)（kN/m3），考慮塔后上部為回填混凝土，下部為巖石，塔兩側(cè)回填混凝土較少，主要為巖石。根據(jù)地質(zhì)建議，橫向彈抗計(jì)算中取為5.00×106kN/m3，順?biāo)飨蚓C合取1.50×106kN/m3；q—彈性抗力強(qiáng)度（kN/m2）；A1—抗力作用面面積（m2）；A2—地基反力作用面面積（m2）；f—基底摩擦系數(shù)。

4 計(jì)算結(jié)果

4.1 不考慮山巖抗力時(shí)的計(jì)算結(jié)果

不考慮側(cè)向山巖抗力時(shí)的穩(wěn)定應(yīng)力計(jì)算結(jié)果見表1。從表1中可以看出，在不考慮山巖抗力的情況下：

表1 不考慮側(cè)向山巖抗力時(shí)的穩(wěn)定應(yīng)力計(jì)算結(jié)果匯總表

一是在設(shè)計(jì)洪水位工況下，塔架對(duì)后趾的抗傾覆穩(wěn)定不符合規(guī)范要求；二是在正常蓄水位工況+順河向地震工況下，塔架對(duì)后趾的抗傾覆穩(wěn)定以及對(duì)前趾的拉應(yīng)力，均不符合規(guī)范要求；三是在正常蓄水位工況+橫河向地震工況下，塔架對(duì)前趾的抗滑穩(wěn)定以及對(duì)前趾的拉應(yīng)力，均不符合規(guī)范要求。對(duì)于上述情況，由于塔架三面靠山，而且底部有8m嵌入巖石中，所以出現(xiàn)這樣的結(jié)果是不可能的。經(jīng)分析，這是由于沒有考慮側(cè)向山巖抗力的結(jié)果。

4.2 考慮山巖抗力時(shí)的計(jì)算結(jié)果

對(duì)于計(jì)算結(jié)果不符合規(guī)范規(guī)定的情況，考慮山巖抗力，穩(wěn)定應(yīng)力計(jì)算結(jié)果見表2。從表2中可以看出，考慮山巖抗力之后：

一是聯(lián)合塔架建基面應(yīng)力在各種工況下均小于地基允許壓應(yīng)力且均未出現(xiàn)拉應(yīng)力；二是各工況下抗滑、抗傾覆、抗浮穩(wěn)定安全系數(shù)均滿足規(guī)范要求。這說明，考慮山巖抗力之后，計(jì)算結(jié)果是合理的。因此，在塔架側(cè)向靠山時(shí)，不考慮山巖抗力時(shí)，如果塔架的穩(wěn)定應(yīng)力計(jì)算滿足規(guī)范要求，則計(jì)算是很保守的；如果計(jì)算結(jié)果不滿足規(guī)范要求，則需要考慮側(cè)向山巖抗力。

表2 考慮側(cè)向山巖抗力時(shí)的穩(wěn)定應(yīng)力計(jì)算結(jié)果匯總表

5 結(jié)語

較高的塔架，進(jìn)行穩(wěn)定應(yīng)力計(jì)算時(shí)出于保守考慮，一般不計(jì)山巖抗力，計(jì)算結(jié)果不滿足規(guī)范要求時(shí)再考慮；考慮山巖抗力后，穩(wěn)定應(yīng)力計(jì)算結(jié)果一般滿足規(guī)范要求?？紤]山巖抗力是符合實(shí)際情況的。其他工程可以參考該理論進(jìn)行計(jì)算。