縱向?qū)咴O(shè)計優(yōu)化及穩(wěn)定驗算

李鳴豪

(中國水利水電第三工程局 陜西 西安 710016)

1 工程概況

橙子溝水電站大壩樞紐工程導流分為原河床一、二期導流。一、二期汛期縱向圍堰由上游導墻圍堰及下游導墻圍堰和2#泄洪閘右閘墩組成，利用一期枯水期土石圍堰完成一期汛期及二期基坑縱向?qū)呤┕?。二期圍堰原設(shè)計為汛期過水圍堰。

原縱向?qū)υO(shè)計為重力式漿砌石擋水墻，本項工程共需砌筑漿砌石4500m3。工程合同要求開工日期為2010年11月15日，要求完工日期為2011年3月31日，共計136天，計劃月施工強度約1000m3。

2 設(shè)計方案變更因素

（1）由于業(yè)主方征地問題影響，本工程開工時間滯后3個月，給后續(xù)工程施工造成較大壓力。

（2）漿砌石主要依靠大量人工進行施工，但該項工程施工高峰期集中在本年度春節(jié)期間，在春節(jié)期間難以組織大量勞動力，施工人員組織無保障。

（3）原設(shè)計漿砌石縱向?qū)κ┕に杵鍪瘔K體數(shù)量較大，但在施工現(xiàn)場及周邊地區(qū)無法采集到所需數(shù)量的漿砌石原料，無法滿足設(shè)計要求，難以保障施工進度。

（4）由于該縱向?qū)橐弧⒍谑┕Я魉灿?，但漿砌石導墻只擋水不起防滲功效，漿砌石在動水壓力下完整性差，造成基坑排水量增加，同時存在安全風險。

3 縱向?qū)?yōu)化及施工

在拆除一期枯水期圍堰，汛期圍堰擋水。縱向?qū)Ψ制谠谝黄谘雌诩岸趪呤┕るA段起擋水作用。考慮到漿砌石擋水墻只具備擋水，但不防滲的特性，項目部利用一期枯水期基坑開挖部分砂礫石棄料，將漿砌石縱向?qū)?yōu)化為C15低標號素混凝土結(jié)構(gòu)導墻，與原縱向漿砌石導墻體型結(jié)構(gòu)相似，通過導墻穩(wěn)定驗算滿足規(guī)范要求；素砼澆筑分段長度不變，現(xiàn)場安裝2臺0.75自落式攪拌機人工拌制，反鏟入倉，優(yōu)化后混凝土工程量與原漿砌石工程量相同，因受工期滯后影響，于2011年2月16日開始施工，同年4月25日完工，工期68天。

4 穩(wěn)定驗算

4.1 驗算依據(jù)：

1“水利水電工程施工組織設(shè)計手冊”；

2“水力學”河海大學出版社；

縱向砼導墻受力分析圖

素砼縱向?qū)φw完成形象

3“簡易施工計算手冊”中國建筑工業(yè)出版社。

4.2 計算條件

1.上游素砼導墻斷面尺寸見下圖。

2.河床部位為深厚砂礫石覆蓋層基礎(chǔ)，最深59.10m，覆蓋層總體形態(tài)呈“U”型，由河床最深部位向兩側(cè)逐漸變淺，壩軸線河面寬約165m。

3.素砼擋墻迎水面水深7.4m（二期基坑圍堰為過水圍堰），水的密度ρ1=1000kg/m3，素砼的密度ρ2=2345kg/m3，砂礫石基礎(chǔ)摩擦系數(shù)f=0.6。

4.左岸一期圍堰基坑開挖面積約為275m（長）×125m（寬）。

5.已完成一期枯水期土石圍堰填筑及高噴防滲墻施工，防滲墻底部高程在EL874.0m，在枯水期圍堰的防護下，進行一期汛期砼上、下游及縱向?qū)呤┕ぁ?/p>

6.2 #泄洪閘右側(cè)閘墩上游砼導墻長92m，閘墩下游砼導墻長84m，閘墩長30m。

7.導墻基礎(chǔ)原河床高程EL879.00～879.5m，導墻基礎(chǔ)高程與基坑消力池開挖面同高，高程為EL878.00m。

8.按汛期20年一遇洪水Q20%=941m3/s，最大洪水高程EL885.40m進行砼導墻安全穩(wěn)定驗算。

9.汛期原河床導流寬度約50m，最大流速≤3.5m/s。

10.圍堰基坑內(nèi)上下游設(shè)有集水坑，各布置2臺低揚程10寸離心泵及4寸離心泵向圍堰外側(cè)排水，基坑內(nèi)大面水位控制在EL876.0m以下。

4.3 導墻穩(wěn)定條件

1.滿足抗滑系數(shù)Kf＞1.2（水利水電工程施工組織設(shè)計手冊）第一卷p414頁。

2.滿足抗傾覆系數(shù)Kq≥1.5（簡易施工計算手冊）p69頁。

4.4 計算方法

取單長b=1m的導墻進行驗算，使導墻向圍堰內(nèi)滑動的力是作用于導墻迎水面的水平力P1；導墻抵抗滑動的力是導墻的自重G2與迎水面水總壓力的垂直分力G1之和減導墻基礎(chǔ)面水的揚壓力P2在導墻底部產(chǎn)生的摩擦力F，即：F=f（G1+G2-P2）,當P1＞F，導墻就會向基坑內(nèi)滑動。

4.4.1 導墻抗滑穩(wěn)定性計算

1.導墻迎水面水壓力水平分力為：

2.導墻迎水面水壓力的垂直分力為：

3.素砼導墻的自重垂直力為：

4.導墻底部垂直向上揚壓力：

5.1 m長素砼導墻底部摩擦力為：

6.抗滑系數(shù)

抗滑系數(shù)Kf=1.21＞1.2滿足抗滑穩(wěn)定要求。

4.4.2 導墻抗傾覆穩(wěn)定性計算

素砼導墻傾覆穩(wěn)定性是以穩(wěn)定力矩與傾覆力矩的比值Kq來表示，當比值小于1時，導墻就會向基坑內(nèi)傾覆。

應(yīng)滿足公式：Kq=(G1×a+G2×b)÷(P×h)≥1.5

式中：Kq——抗傾覆安全系數(shù)

h、a、b、c—— 分別為P1、G1、G2、P2對墻外下角(A)的力臂；

P1、G1——分別為水壓力的水平力和豎向分力；

G2———1m長導墻自重；P2——1m長導墻底部水的揚壓力；

公式中：G1=152614(N)，G2=625773（N）,P1=268324（N），P2=235690（N），h=2.47m，b=2.5m，a=4.5m，c=4.32m

抗傾覆系數(shù)Kq=1.7＞1.5，素砼導墻滿足抗傾覆穩(wěn)定要求。

4.4.3 素砼縱向?qū)叻€(wěn)定結(jié)論

一、二期汛期素砼導墻圍堰滿足抗滑及抗傾覆穩(wěn)定技術(shù)標準要求。

5 優(yōu)化效益

1.緩解了春節(jié)期間勞動力組織困難的壓力。

2.混凝土縱向?qū)^原設(shè)計方案解決了只擋水不防滲的缺陷，導墻整體性增強，抗沖刷能力提高。

3.大幅度減小了基坑抽水壓力，減少一、二期基坑抽水費用。

4.砂礫石基坑部分棄料得到了利用。

5.優(yōu)化后施工速度加快，較原計劃合同工期節(jié)約了68天，并按照合同工期要求時間完工，取得了良好的經(jīng)濟效益。陜西水利