庫里泡水位井穩(wěn)定性計算與優(yōu)化設(shè)計

周延明

(黑龍江省大慶地區(qū)防洪工程管理處，黑龍江 大慶 163311)

1 工程位置概況

庫里泡滯洪區(qū)位于大慶地區(qū)南部，處于大慶市、肇源縣和肇州交界處，是安肇新河上最下游的一個較大滯洪區(qū)。其作用為調(diào)蓄安肇新河洪水并將其泄入松花江，以保證庫里泡以下耕地、草原和肇源縣免受洪水災(zāi)害。該水庫管理單位隸屬于黑龍江省大慶地區(qū)防洪工程管理處。根據(jù)水利水電樞紐工程等級劃分及設(shè)計標準(平原、濱海、部分)試行SDJ217—87規(guī)范，庫里泡滯洪區(qū)工程分為Ⅲ等級。按50 a一遇洪水設(shè)計，100 a一遇洪水校核。庫里泡滯洪區(qū)集水面積9 632 km2，設(shè)計庫容2.12億 m3，庫里泡滯洪區(qū)工程由主壩、西付壩、老山頭付壩和新、老兩個閘門組成。

2 水位井穩(wěn)定性分析

庫里泡水位井采用島狀方式，根據(jù)這種結(jié)構(gòu)為例子計算，進行抗顛覆和地基土承載能力的穩(wěn)定性計算。

2.1 永久地基土荷載的演算

庫里泡水位井整體為鋼筋混凝土構(gòu)造，主要永久荷載為水位井自身重量。我們把鋼筋混凝土的容重取為22 kn/m。那么根據(jù)庫里泡水位井工程量的推算，總體積為28 m3，經(jīng)過計算得出水位井自身重量G為616 kn/m2。

2.2 覆蓋雪的重量荷載演算

式中:SK為覆蓋雪的重量標準值，單位為kn/m2;UR為庫里泡水位井頂層平臺的平面積雪分布系數(shù)，查GB2006—2002系數(shù)表采用0.12;S0為基本覆蓋雪壓，庫里泡水位井頂層平臺屋面的基本覆蓋雪壓按本地區(qū)20 a一遇的雪壓，采用0.45 kn/m2。

依據(jù)庫里泡水位井布置平臺設(shè)計模式，庫里泡水位井平臺面積為8.50 m2，庫里泡水位井平臺屋頂面積為12.68 m2。則可以推算出作用于平臺上的雪覆蓋荷載標準值SK為1.75 kn/m2。

2.3 定向風荷載計算

式中:wκ為定向風荷載標準值，單位為kn/m2;βz為R定向高度處的定向風荷載系數(shù)，通過公式βz=1+φvξ/μ求得βz=1.8;υs為定向風荷載體系系數(shù)，根據(jù) GB40006—2002第6.5.2規(guī)定查表得出υs=1.4;υz為定向風壓高度變化系數(shù)，我們也取1.4;β0為基本定向風壓力，根據(jù)當?shù)?0 a一遇的定向風壓采用0.5 kn/m2。

通過以上各數(shù)得出作用在水位井平臺上的風荷載wκ=1.85 kn/m2。

2.4 跑冰排的最大破壞沖擊荷載

式中:P0為水浪沖擊荷載標準值，單位為kn/m2;KW為水浪阻力系數(shù)，通過庫里泡水位井形式取求得KW=0.8;ρ為水的密度ρ=1.4;V0為庫里泡水位井臺墩最大水面流速，根據(jù)往年觀測取1.5 m/s;F為庫里泡水位井臺身每米高度的阻水面積，取1.5m2;h為庫里泡水位井出土面至上水面的高度。取2 m，可以得出水面高度也就是冰排高度。

經(jīng)過演算作用于平臺上的最大水沖擊荷載為28.6 kn/m2。

由于當前水位井位于主壩附近，很易受冰排沖擊，因此對冰排產(chǎn)生的最大沖擊荷載可用上式(3)求得的水撞擊荷載P0乘以當前工作條件系數(shù)ξ確定，本次系數(shù)ξ取5.0。

故跑冰排產(chǎn)生的最大撞擊荷載值為P0×ξ=14.3 kn/m2。

3 決定影響庫里泡水位井穩(wěn)定的首要原因

從上面的計演算可以得出，決定穩(wěn)定性的主首要因素包括以下3個方面。

3.1 庫里泡水位井自身重量對穩(wěn)定性的影響

自身重量荷載是庫里泡水位井地基土承載力穩(wěn)定驗算中的重要一部分。水位井自身重量越大，影響穩(wěn)定力矩就越大，穩(wěn)定性也越好。所以在設(shè)計過程中，我們要考慮諸多因素影響的情況下，首要選取庫里泡水位井的建筑材料特別重要。

3.2 庫里泡水位井水浪沖擊對穩(wěn)定性的影響

在進行抗顛覆演算時，庫里泡水位井水浪沖擊荷載是推算顛覆力矩最重要的一種荷載，尤其是當設(shè)計的水位井位于冰排多發(fā)庫區(qū)的坡腳時，推算水浪沖擊荷載時，還要想到冰排的對水位井的撞擊作用，因為冰排對橋墩的沖擊最容易導(dǎo)致水位井基礎(chǔ)受損，甚至無法使用。

3.3 地質(zhì)復(fù)雜條件對庫里泡水位井穩(wěn)定性的影響

由于庫里泡水位井多為半地下建筑物，導(dǎo)致不同土質(zhì)的容重、強度、壓縮比、摩擦力等特征對水位井穩(wěn)定性計算的結(jié)果決定大。

對于地基來說，基土的抗壓強度越大，土縫隙壓縮性越小，地基承載能力越大，庫里泡水位井就越穩(wěn)定，所以在設(shè)計時候，我們要充分拿到盡量詳細的水位井所在地的地質(zhì)勘探資料，是做好水位井設(shè)計的一個前提。

4 結(jié)語

影響水位井穩(wěn)定的因素有很多，文中所研究的只是大慶防洪庫里泡水位井中諸多影響因素中的比較明顯的幾個，通過以上研究，為了使設(shè)計的庫里泡水位井具備較好的穩(wěn)定性，在設(shè)計之初就要做到水位井自重、水沖擊荷載計算和地質(zhì)條件的收集的前期工作。

[1] 王愛華.土力學[M].北京:中國建筑出版社，2003.

[2] 袁光裕.水位觀測技術(shù)[M].北京:中國水利水電出版社，2003.