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      河床式地面廠房整體穩(wěn)定計算分析

      2014-09-12 00:33:51,,
      中國水能及電氣化 2014年9期
      關鍵詞:設計規(guī)范廠房基底

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      (中國水電顧問集團北京勘測設計研究院有限公司,北京 100024)

      河床式地面廠房整體穩(wěn)定計算分析

      董丹丹,韓小鳴,張捷

      (中國水電顧問集團北京勘測設計研究院有限公司,北京 100024)

      通過對某河床式地面廠房的整體穩(wěn)定和地基應力的計算,對廠房建筑物結構設計進行調(diào)整,解決了廠房機組段基底拉應力問題,以滿足規(guī)范要求。

      河床式地面廠房;拉應力;地基應力

      1 工程概況

      某電站樞紐為Ⅲ等工程,其工程規(guī)模為中型,主要建筑物為3級,次要建筑物為4級,臨時建筑物為5級。電站廠房主要建筑物包括主廠房、副廠房、安裝間、引水渠、尾水渠等。廠房壩段總長56.94m,順水流向長45.50m,主機間內(nèi)安裝4臺貫流燈泡式水輪機組,單機容量10MW,總裝機容量為40MW,采用兩機一縫的布置方式。左側機組段包括1號、2號機組,順壩向長度28.19m;右側包括3號、4號機組,發(fā)電機層以上順壩向長度28.73m。

      2 廠區(qū)地質(zhì)條件評價

      廠房建基面高程109.50m。地基巖體為白云巖,上部揭露高程110.14~112.59m,厚度6.1~10.9m,巖體較破碎,呈塊狀或碎塊狀,巖體泡狀孔洞發(fā)育。偶見泥灰?guī)r,厚度約2~4cm,下部巖體完整性差,揭露高程101.24~106.33m,最大揭露厚度23.2m。白云巖體為中硬巖,按巖體完整性分類:上層巖體為Ⅳ類;下層巖體為Ⅲ類。

      3 設計參數(shù)

      廠房混凝土與基巖接觸面主要為強風化白云巖, 抗剪斷強度系數(shù)f′取0.9,抗剪斷強度黏聚力c′取0.7MPa,允許承載力取1MPa。地震危險等級為6級,抗震設防烈度6度。

      各特征水位如下:

      水庫正常蓄水位139m,設計洪水位139m,相應下游水位136.23m;校核洪水位139.86m,相應下游水位137.75m;半臺機組發(fā)電尾水位126.62m,滿發(fā)尾水位129.47m。

      4 計算原則與基本假定

      a.由于地基內(nèi)部不存在對廠房整體穩(wěn)定有影響的軟弱夾層,根據(jù)規(guī)范要求可不進行廠房沿軟弱結構面的深層抗滑穩(wěn)定計算。

      b.采用材料力學方法,考慮機組間分縫,分別對1號、2號機組段和3號、4號機組段進行抗滑、抗浮和地基應力計算。

      c.根據(jù)《廠房設計規(guī)范》(SL 266—2001)條文說明之3.2.1“作用于廠房上的荷載未列入雪荷載和風荷載,因為該兩項荷載在抗滑穩(wěn)定計算中所占的比重很小,對廠房整體穩(wěn)定的影響可忽略不計”,在此次計算中不考慮該兩項荷載。當基底應力計算結果與地基承載力相近時,從安全考慮再加入雪荷載進行分析。

      d.根據(jù)《水工建筑物抗震設計規(guī)范》(DL 5073—2000)1.0.2條的規(guī)定,可不進行地震工況驗算。

      e.計算抗滑穩(wěn)定時,將滑面簡化成一個平面考慮,即簡化基礎面;計算地基法向應力時,接觸截面也按同一個平面考慮。

      穩(wěn)定計算基底計算簡圖見圖1。

      圖1 穩(wěn)定計算基底計算簡圖單位:m

      豎直向力:以向下為正,向上為負;

      水平向力:與坐標軸相同為正,反向為負;

      對基底各坐標軸彎矩:符合右手規(guī)則為正,反之為負。

      5 荷載組合

      荷載組成情況見表1。

      表1工況、水位、荷載組合

      a.結構自重、水重按實際體積計算,永久設備只考慮主要固定設備,不計附屬設備及非固定設備重量。

      b.靜水壓力按三角形分布,計算考慮合力作用。

      c.揚壓力。揚壓力分為浮托力和滲透力,采用揚壓力三維實體,查詢合力和合力點的方法進行揚壓力統(tǒng)計。在廠房基底上游側設有灌漿帷幕,由于《水電站廠房設計規(guī)范》(SL 266—2001)中沒有僅設灌漿帷幕無排水設施時的滲透壓力強度系數(shù),故參考《混凝土拱壩設計規(guī)范》(SL 282—2003)附錄B.3-3,壩基僅設防滲帷幕、未設排水孔時,帷幕中心線處滲透壓力強度系數(shù)α1取0.6。

      d.浪壓力根據(jù)《水工建筑物荷載設計規(guī)范》(DL 5077—1997)的計算方法計算。

      e.泥沙壓力按淤沙最不利情況考慮,廠前泥沙淤積高程取進水口底高程為 116.80m進行計算。

      f.土壓力。1號、2號機組段考慮與泄洪沖沙閘段相接,需計算沖沙閘下部的水平主動土壓力和附加土應力。3號、4號機組段考慮與安裝間相接,需計算安裝間下部的水平主動土壓力和附加土應力。

      g.冰壓力。穩(wěn)定計算中只考慮可能持續(xù)作用較長的靜冰壓力,不計動冰壓力。已知工程所在地水面冰層厚0.66m(年最大),查《水工建筑物荷載設計規(guī)范》(DL 5077—1997),內(nèi)插得單位寬度靜冰壓力標準值為190.5kN/m。靜冰壓力垂直作用于結構物前沿,其作用點取冰面以下1/3冰厚處。浪壓力與冰壓力不同時組合。

      6 計算分析

      1號、2號機組段三維結構計算簡圖見圖2,3號、4號機組段三維結構計算簡圖見圖3。

      圖2 1號、2號機組段三維結構計算簡圖

      圖3 3號、4號機組段三維結構計算簡圖

      經(jīng)初步計算,1號、2號機組段各工況下抗滑穩(wěn)定、抗浮穩(wěn)定和基底應力均能滿足規(guī)范要求。 3號、4號機組段正常運行兩工況下也滿足規(guī)范要求,在右側高填土和高外水的作用下,3號、4號機組段工況3——機組未安裝時,右側邊出現(xiàn)100kPa左右的拉應力(見表2),不能滿足《水電站廠房設計規(guī)范》(SL 266—2001)中河床式電站除地震情況外不應出現(xiàn)拉應力的要求。

      表2 3號、4號機組段機組未安裝工況穩(wěn)定分析

      為此,經(jīng)多方案比較后,采用加厚該機組分段右側墻的方式來消除拉應力。具體調(diào)整如下:3號、4號機組分段右側墻加厚3m,自底部加高至126.00m高程(安裝間底板底面高程為131.00m,相距5m,為減小對安裝間沉降的影響,加厚的部分以45o斜面的形式與右側墻相接)。

      圖4 3號、4號機組段右墻加厚3m后基底面計算簡圖單位:m

      右墻加厚后的3號、4號機組分段基底計算簡圖見圖4,三維結構計算簡圖見圖5。

      圖5 3號、4號機組段右墻加厚3m后三維結構計算簡圖

      經(jīng)過上述調(diào)整后,計算結果見表3。

      表3 調(diào)整后的計算結果

      7 結 語

      在初步驗算中,原設計方案在機組未安裝工況下在廠下游右角部位出現(xiàn)拉應力,不滿足規(guī)范規(guī)定。后經(jīng)調(diào)整廠房布置方案,使得各工況下抗滑、抗浮穩(wěn)定和基底應力均能滿足規(guī)范要求。

      a.廠房抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)基本組合下不小于3.00,特殊組合I(機組檢修、機組未安裝和非常運行工況)不小于2.5。特殊組合II(地震工況)不小于2.3。

      b.抗浮穩(wěn)定安全系數(shù)任何情況下不小于1.10。

      c.巖基廠房地基面上最大法向應力不超過地基巖允許承載力;最小法向應力都大于0。

      [1]DL 5077—1997水工建筑物荷載設計規(guī)范[S].

      [2]SL 266—2001水電站廠房設計規(guī)范[S].

      [3]SL 265—2001水閘設計規(guī)范[S].

      CalculationandAnalysisofOverallStabilityinRiverbed-basedGroundWorkshop

      DONG Dan-dan, HAN Xiao-ming, ZHANG Jie

      (BeijingEngineeringCorporationLtd.ofHydroChinaConsultationGroup,Beijing100024,China)

      By calculating overall stability and foundation stress of one riverbed-based ground workshop, the design of workshop building is adjusted, and floor stretch stress in the section of workshop is solved to meet the standard requests.

      riverbed-based ground workshop; stretch stress; foundation stress

      TV731

      A

      1673-8241(2014)09-0045-04

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