壩底水浮力對(duì)重力壩穩(wěn)定性的影響分析

黃元智,金淑南,王 錦

(1.畢節(jié)職業(yè)技術(shù)學(xué)院,貴州 畢節(jié) 551700；2.貴州眾誠(chéng)天河水利工程有限公司,貴州 畢節(jié) 551700)

壩底水浮力是一種不可避免的影響因素,基于重力壩建設(shè)施工的重要性,本文對(duì)影響重力壩穩(wěn)定性的壩底“水浮力”進(jìn)行側(cè)重分析,將壩底水浮力與重力壩二者之間的“關(guān)聯(lián)性”進(jìn)行闡明,并根據(jù)重力壩現(xiàn)場(chǎng)施工、設(shè)計(jì)情況,采用相對(duì)的優(yōu)化抗浮措施,為重力壩建設(shè)整體穩(wěn)定安全竣工奠定基礎(chǔ)。

1 壩底水浮力概述

隨著我國(guó)建筑工程施工水平不斷提升,橋壩工程作為我國(guó)重點(diǎn)基礎(chǔ)性保障施工,具有相對(duì)的重要性與作用性?，F(xiàn)階段,我國(guó)橋壩工程建設(shè)項(xiàng)目較多,由于地理環(huán)境、水質(zhì)環(huán)境、施工因素等諸多限制一度導(dǎo)致工程施工的滯后性、局限性。其中,壩底水浮力對(duì)重力壩穩(wěn)定性尤為重要。不僅對(duì)重力壩整體結(jié)構(gòu)造成沖擊影響,還對(duì)重力壩安全性、穩(wěn)定性構(gòu)成相對(duì)威脅。因此,通過(guò)對(duì)壩底水浮力對(duì)重力壩穩(wěn)定性的影響分析,可以從更為科學(xué)、客觀的角度去看待問(wèn)題、處理問(wèn)題。本章節(jié)對(duì)壩底水浮力進(jìn)行具體概述,水浮力是指水流自身產(chǎn)生的承載力與起伏力,水浮力會(huì)根據(jù)上方承載物體屬性、體積、質(zhì)量的不同,而產(chǎn)生不同的浮力效果。但不變得使水浮力始終保持“浮力”的存在產(chǎn)生。例如：皮球、木頭、石頭三者導(dǎo)致不同的水浮力產(chǎn)生,本文以壩底水浮力為研究對(duì)象。壩底水浮力與建筑工程中的地下水浮力不同,地下水由于水流過(guò)緩、且對(duì)建筑物本身沖擊力較弱?；诠こ炭垢×Α⒖顾畨旱闹匾?。壩底水浮力在水壓、水流量等都遠(yuǎn)大于地下水浮力。所以,基于壩底水流、水壓等實(shí)際情況,按照水浮力計(jì)算公式,對(duì)其壩底水浮力進(jìn)行精確計(jì)算。具體如下：水浮力計(jì)算公式F=PGH；F=水的浮力；P=液體的密度；g=重力常數(shù)是9.8kg/N,一般取10kg/N；h=液柱的垂直高度。另外,壩底水浮力可以對(duì)重力壩上方水壓造成起伏影響。這種起伏影響決定重力壩對(duì)水流的阻止力,并使重力壩靠自身自重產(chǎn)生的抗滑力逐漸下降[1]。

2 現(xiàn)階段我國(guó)重力壩概述與發(fā)展現(xiàn)狀

2.1 重力壩概述

隨著我國(guó)水利工程建設(shè)水平逐漸提升,治理水患與保障生產(chǎn)一直我國(guó)重點(diǎn)穩(wěn)定戰(zhàn)略發(fā)展之一。其中,重力壩對(duì)防止水患產(chǎn)生與控制洪水泛濫起到極為重要的保障作用。重力壩多為砼或漿砌石施工成形阻水性建筑物,重力壩整體剖面為直角三角形結(jié)構(gòu),由若干壩段結(jié)構(gòu)組合成堅(jiān)固整體。重力壩主要體現(xiàn)在水流壓力與相對(duì)因素荷載作用下,采用依附該壩體自身重量形成的抗滑力滿足其穩(wěn)定安全需求。同時(shí),依附該壩體自身重量形成的壓力來(lái)抵消來(lái)自水壓力所產(chǎn)生的拉應(yīng)力,進(jìn)而滿足強(qiáng)度需求[2]。在水流壓力與相關(guān)因素外荷載作用下,還是依附重力壩自身重量來(lái)保持穩(wěn)定平衡。其斷面基本呈三角形,筑壩材料多為為混凝土及漿砌石。據(jù)統(tǒng)計(jì),世界各國(guó)在修建大壩時(shí),重力壩在其建設(shè)、修筑的壩體中占據(jù)較高的比例范疇。在中國(guó)的壩工建設(shè)中,混凝土重力壩占據(jù)極大比例,在30座高150m以上的高壩中,混凝土重力壩就有20座。

2.2 我國(guó)重力壩發(fā)展現(xiàn)狀

現(xiàn)階段,我國(guó)重力壩建設(shè)投入較為完善,其覆蓋范圍相對(duì)較大。從長(zhǎng)江三峽、都江堰水電站、兩家人水電站等都建有諸多重力壩保障設(shè)施。從大禹治水時(shí)代開(kāi)始,水患一直是困擾我國(guó)發(fā)展建設(shè)與民族融合的重要影響因素。1998年“抗洪搶險(xiǎn)”中中央領(lǐng)導(dǎo)充分認(rèn)識(shí)到“重力壩”的重要性與意義性?；陂L(zhǎng)期發(fā)展角度考慮,新時(shí)期以來(lái),我國(guó)大力投入重力壩工程建設(shè),并對(duì)影響重力壩的諸多因素進(jìn)行研究分析。如水流水壓、水浮力、地理地貌、地質(zhì)、水質(zhì)環(huán)境等。因此,未來(lái)我國(guó)重力壩發(fā)展將更為實(shí)用化、現(xiàn)代化、效率化[3]。

3 壩底水浮力對(duì)重力壩穩(wěn)定性的影響分析

3.1 加強(qiáng)優(yōu)化抗浮設(shè)計(jì)

在重力壩設(shè)計(jì)階段應(yīng)該針對(duì)壩底水浮力的影響性,針對(duì)性的加強(qiáng)抗浮設(shè)計(jì)。具體如下：第一、應(yīng)該對(duì)重力壩底部進(jìn)行“單元格”式設(shè)計(jì)。即將重力壩底部進(jìn)行若干結(jié)構(gòu)單元進(jìn)行有效抗浮,該設(shè)計(jì)理念滿足抗浮驗(yàn)算標(biāo)準(zhǔn)。第二、重力壩主體設(shè)計(jì)應(yīng)該采用“樁”核心基礎(chǔ)設(shè)計(jì),并加注鋼筋混凝體結(jié)構(gòu),使壩底地基堅(jiān)固穩(wěn)定。第三、在重力壩地基設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)加大其地基深度,按照水流沖擊、水壓程度、浮力情況等進(jìn)行精確驗(yàn)算,保障其地基深度的合理性、牢固性。

3.2 施工階段的抗浮對(duì)策

壩底水浮力對(duì)重力壩穩(wěn)定性造成影響主要體現(xiàn)在水浮力的“程度性”,這種程度性涉及問(wèn)題因素較多,具有較大的不確定性、易變化性等。因此,在具體施工階段應(yīng)該采用抗浮錨樁協(xié)助抗浮。抗浮錨樁在重力壩施工中有其較大的應(yīng)用空間。對(duì)“大面積、大范圍、大水域”都有其應(yīng)用優(yōu)勢(shì),當(dāng)壩底水壓較大時(shí)可以采用“分布式抗浮錨樁”,該施工方法較為簡(jiǎn)單、抗浮效果較好,且經(jīng)濟(jì)實(shí)用無(wú)需大量成本投入[4]。

3.3 高、低水位的抗浮力優(yōu)化措施

第一、針對(duì)高水位區(qū)域中的重力壩施工,應(yīng)該從其地基入手?？紤]水下環(huán)境與水質(zhì)、地質(zhì)的復(fù)雜性。在該重力壩地基施工設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)將側(cè)重點(diǎn)放在抗浮穩(wěn)定方面,而不是地基的承載力。建議運(yùn)用抗拔樁、抗浮錨樁并加覆土等方式進(jìn)行抗浮的優(yōu)化方案。第二、在抗拔樁、抗浮錨樁運(yùn)用時(shí)一定要做好“拔與壓”的雙向受力驗(yàn)算。并對(duì)壩底水浮力進(jìn)行精準(zhǔn)計(jì)算,保障其數(shù)值的準(zhǔn)確性與合理性。第三、針對(duì)低水位區(qū)域中的重力壩施工,應(yīng)該對(duì)其投入的抗浮覆土與壩底水浮力按照內(nèi)摩擦角(直角三角形)截面進(jìn)行抗浮力計(jì)算。將抗拔樁、抗浮錨樁盡量布置在重力壩底部樁體、墻面處,保障其抗拔樁、抗浮錨樁可以均勻受力,起到相對(duì)的抗浮效果[5]。因此,從重力壩穩(wěn)定性、安全性角度來(lái)講壩底水浮力的影響性尤為重要。而高、低水位區(qū)域則出現(xiàn)差異化較大的壩底水浮力效果。在具體實(shí)際的重力壩施工建設(shè)中,應(yīng)該對(duì)建設(shè)施工水域進(jìn)行充分了解,對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)信息做到精準(zhǔn)、客戶、合理掌握,進(jìn)而為重力壩施工建設(shè)的全面抗浮作用發(fā)揮奠定基礎(chǔ)。

4 結(jié)論

綜上所述,壩底水浮力對(duì)重力壩穩(wěn)定性影響頗大。本文通過(guò)對(duì)水浮力、重力壩分別進(jìn)行具體概述,并針對(duì)我國(guó)重力壩發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行針對(duì)性抗浮分析,將問(wèn)題的實(shí)質(zhì)性、影響性、應(yīng)對(duì)性進(jìn)行充分闡述,并提出相關(guān)優(yōu)化意見(jiàn),為我國(guó)重力壩施工建設(shè)的順利開(kāi)展奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。