西名村分水口穩(wěn)定分析

李 旺 韓子波

（南水北調(diào)中線建管局 河南直管局，河南 鄭州 450016）

西名村分水閘位于南水北調(diào)京石段總干渠樁號(hào)275＋650處，位于河北省、新樂市境內(nèi)，分水口門為總干渠上的重要建筑物，主要負(fù)責(zé)向新樂市區(qū)供水。

1 基本資料

1.1 分水口的工程規(guī)模及等級(jí)

南水北調(diào)中線工程分水口門為總干渠上的重要建筑物，按1 級(jí)建筑物設(shè)計(jì)[2]。分水口門設(shè)計(jì)水位由總干渠節(jié)制水位決定，按其工程規(guī)模為小型，總干渠上最近節(jié)制閘閘前設(shè)計(jì)水位減0.1m 的水位波動(dòng)考慮，過閘水頭損失除中管頭分水口外，均要求不大于0.2m。分水口為1 級(jí)建筑物。

1.2 地震級(jí)別

工程場地地震基本烈度根據(jù) 《南水北調(diào)中線工程沿線地震加速度圖》為6°，分水口抗震設(shè)計(jì)烈度取7°，地震加速度代表值ah=0.05g。

1.3 特征水位

設(shè)計(jì)水位 73.669m；加大水位 74.084m。

2 荷載的計(jì)算

2.1 作用荷載

自重；水重；上、下游靜水壓力；揚(yáng)壓力；浪壓力；地震荷載等[3]。其中浪壓力，揚(yáng)壓力，淤沙壓力小，故略去。

2.2 分水口結(jié)構(gòu)自重

分水口結(jié)構(gòu)的自重包括底板自重、八字墻、閘墩自重、胸墻自重、啟閉機(jī)自重等。本分水口使用的建筑材料主要是鋼筋混凝土，根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)混凝土容重可采用23.5KN/m3～24.0 KN/m3[1]本分水口的混凝土容重是24KN/m3。

（1）底板的自重：2395.47KN；（2）八字墻自重：1061.5KN；（3）閘墩自重：624KN；（4）胸墻自重：57.6KN；（5）啟閉機(jī)自重：10KN；（6）分水口結(jié)構(gòu)自重：4148.57KN。

2.3 水重

作用在分水口底板的水重應(yīng)按照其實(shí)際體積及水的容重計(jì)算確定。水的容重一般為10KN/m3，[4]在多泥沙河流上的分水口，應(yīng)考慮水重含的懸移質(zhì)泥沙對(duì)水的容重的影響，由于本分水口在南水北調(diào)渠道上，本渠道引水含泥沙極少，因此采用10 KN/m3。分水口底板存水的面積為88.36m2。

（1）當(dāng)渠道為設(shè)計(jì)水位時(shí)，88.38×5×10KN/m3；（2）當(dāng)渠道為加大水位時(shí)，88.38×5.415×10KN/m3。

2.4 水平壓力

根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對(duì)水閘閘室抗滑，穩(wěn)定起控制作用的是上游可能出現(xiàn)的最高擋水位，下游位常水位或無水時(shí)的水位組合條件。因?yàn)楹笠环N組合時(shí)，上下游水位差較大，對(duì)結(jié)構(gòu)的抗滑穩(wěn)定不利。

渠道的設(shè)計(jì)水位為73.669m，加大水位為74.048m,底板相鄰沉陷縫長度8.5m。

本分水口為混凝土鋪蓋，如下圖。

（1）當(dāng)渠道水位為設(shè)計(jì)水位時(shí)：P1=1/2γH22 L；p1=1/2×10×5×5×8.5=1062.5。

上游水壓力計(jì)算圖

（2）當(dāng)渠道水位為加大水位時(shí)：P2=1/2γH22 L；p2=1/2×10×5.38×5.38×8.5=1230.1。

2.5 地震荷載

地震荷載水平向地震慣性力和地震動(dòng)水壓力； 地震荷載作用分向系數(shù)1.0。

（1）水平向的慣性力

采用擬靜力法計(jì)算地震作用效應(yīng)，沿水閘高度作用于質(zhì)點(diǎn)i 的水平向地震慣性力代表值按下式計(jì)算：

式中：Fi——作用在質(zhì)點(diǎn)i 的水平向地震慣性力代表值；ξ——地震作用的效應(yīng)折減系數(shù)，取為0.25；GEi——集中在質(zhì)點(diǎn)i 的重力作用標(biāo)準(zhǔn)值；ai——質(zhì)點(diǎn)i 的動(dòng)態(tài)分布系數(shù)；g——重力加速度。

列表計(jì)算見表1。

表1 地震靜荷載計(jì)算值

（2）地震動(dòng)水壓力

采用擬靜力法計(jì)算地震作用效應(yīng)，總地震水壓力按下式計(jì)算：

列表計(jì)算見表2。

表2 地震動(dòng)荷載計(jì)算值

3 荷載組合

水閘在施工，運(yùn)行，檢修中，各種荷載的大小及分不情況是隨機(jī)變化的[1]，考慮各種荷載出現(xiàn)的機(jī)率，將實(shí)際上可能同時(shí)出現(xiàn)的各種荷載進(jìn)行最不利的組合，并將水位作為組合條件。荷載分為基本組合和特殊組合兩類：(1)基本組合：設(shè)計(jì)水位：分水口自重、水重、靜水壓力；加大水位：分水口自重、水重、靜水壓力。(2)特殊組合：加大水位、分水口自重、水重、靜水壓力、地震荷載。

計(jì)算結(jié)果見下表3。

表3 各種組合計(jì)算值

4 分水口的穩(wěn)定分析

4.1 基底應(yīng)力的計(jì)算

本分水口結(jié)構(gòu)布置和受力情況為對(duì)稱

W=1/6BL2=1/6×2.9×62[1]=17.4m3

式中，B——閘室的寬度m，本設(shè)計(jì)為2.9m；L——閘室的長度m，本設(shè)計(jì)為6m。

底板應(yīng)力計(jì)算結(jié)果列于表4。

表4 基底應(yīng)力計(jì)算值

4.2 基底應(yīng)力校核

土基上的分水口對(duì)基底應(yīng)力的要求是在各種情況下要求分水口的平均基底應(yīng)力不大于基底允許承載力，必須滿足：

計(jì)算結(jié)果見下表5。

表5 渠道在各種運(yùn)行狀況下的水位

4.3 結(jié)論

經(jīng)計(jì)算不能滿足規(guī)范要求，所以本地基必須經(jīng)過人工處理。

[1]水利部.水閘設(shè)計(jì)規(guī)范SL－265－2001.北京：中國水利水電出版社，2001

[2]李麗梅.南水北調(diào)京石段分水口天津：河北水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院在線論文

[3]林益才主編.水工建筑物（施工、地質(zhì)、勘測、水文、力學(xué)、治河專業(yè)適用）北京：中國水利水電出版社，1996

[4]陳寶華，張世儒編著.水閘.北京：中國水利水電出版社