左權(quán)寺仙截潛流工程防滲墻穩(wěn)定分析

張曉波

（晉中市水利勘測(cè)設(shè)計(jì)院，山西 晉中 030600）

左權(quán)寺仙截潛流工程防滲墻穩(wěn)定分析

張曉波

（晉中市水利勘測(cè)設(shè)計(jì)院，山西 晉中 030600）

分析左權(quán)寺仙截潛流工程混凝土防滲墻施工期和運(yùn)行期所承受的荷載，對(duì)不同荷載工況下，防滲墻的抗滑穩(wěn)定和抗傾穩(wěn)定進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果滿足要求；對(duì)防滲墻基底應(yīng)力、直接剪應(yīng)力及彎曲拉應(yīng)力進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算結(jié)果均滿足應(yīng)力要求。

截潛流工程；防滲墻；抗滑穩(wěn)定；抗傾穩(wěn)定；應(yīng)力計(jì)算

1 概況

左權(quán)寺仙截潛流工程，位于海河流域南運(yùn)河水系清漳河西源支流的柳林河上，取水?dāng)嗝嫖挥谧髾?quán)縣石匣鄉(xiāng)寺仙村東北約800 m的柳林河中下游。取水?dāng)嗝嬉陨峡刂屏饔蛎娣e98.1 km2，流域南北長(zhǎng)約8.6 km，東西寬約11.2 km。主要為下游石匣鄉(xiāng)馬廄村和上會(huì)村農(nóng)田灌溉供水。馬廄村共有1 130口人，56頭大牲畜，耕地120 hm2。上會(huì)村共有360口人，40頭大牲畜，耕地100 hm2。耕地主要以灘地及山坡梯田為主，工程區(qū)主要以農(nóng)業(yè)生產(chǎn)為主。農(nóng)田灌溉方式為自流河灌。

2 地質(zhì)概況

截潛流工程取水?dāng)嗝?，位于柳林河中下游寬緩的河區(qū)中部。區(qū)內(nèi)河谷橫剖面呈“U”形，取水?dāng)嗝嫣幒庸鹊讓挒?87.8 m，地面高程為1 151～1 152 m，左右岸均為二疊系上統(tǒng)石千峰組（p2sh）砂頁(yè)巖基巖山體，山體高程大于1 200 m。

根據(jù)《中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》，區(qū)內(nèi)地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期為0.45 s，地震動(dòng)峰值加速度為0.05 g，依據(jù)地震動(dòng)峰值加速度確定本區(qū)地震基本烈度屬Ⅵ度區(qū)。

3 工程總體布局

工程包括水源工程和供水管線工程兩部分。

在設(shè)計(jì)取水?dāng)嗝嫔奥咽瘜釉O(shè)C25混凝土防滲墻1處，防滲墻上游設(shè)干砌石城門(mén)洞型集水廊道，廊道底寬1.5 m，直墻高1.2 m，拱頂半徑0.75 m。設(shè)計(jì)底高程1 144.7 m；干砌石集水廊道每隔15 m增設(shè)1處2 m長(zhǎng)M7.5漿砌石穩(wěn)定段?，F(xiàn)狀基礎(chǔ)高程不足部位采用C25素混凝土填筑至設(shè)計(jì)底高程后再進(jìn)行廊道砌筑。上游潛流滲入集水廊道后進(jìn)入集水井，從集水井內(nèi)引出直徑400排水鋼管，鋼管穿過(guò)防滲墻后接直徑250PE供水管線。

供水管線自混凝土防滲墻接出后沿河道布置，主干管采用直徑250PE管，壓力等級(jí)為0.6 Mpa，管線全長(zhǎng)3 000 m，通往各灌區(qū)的支管采用直徑125及直徑90 PE管，壓力等級(jí)均為0.6 MPa，管線長(zhǎng)度分別為4 500 m和4 780 m。

4 防滲墻設(shè)計(jì)要點(diǎn)

在取水?dāng)嗝嫣幧奥咽瘜由显O(shè)防滲墻1處。防滲墻坐落于基巖上，并伸入基巖0.5 m，采用C 25，F(xiàn)200，W6鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)寬2 m，深0.5 m，墻底寬1 m，頂寬0.3 m。防滲墻兩端各伸入兩側(cè)基巖1 m，墻頂高程1 151.5 m。

防滲墻施工采用大開(kāi)挖式，施工前將基巖表層浮漿及雜質(zhì)等清除，并對(duì)之進(jìn)行清洗。防滲墻上、下游側(cè)采用原開(kāi)挖料回填，回填相對(duì)密度不小于0.75，回填時(shí)要求混凝土強(qiáng)度達(dá)到75%后才能進(jìn)行，且兩側(cè)盡可能同步回填，最高落差不得超過(guò)0.3 m。

5 防滲墻穩(wěn)定分析與應(yīng)力計(jì)算

5.1 防滲墻穩(wěn)定計(jì)算

5.1.1 抗滑穩(wěn)定計(jì)算

防滲墻的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)式：

式中：Kc——抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)；

ΣW——作用于墻體上的全部垂直力的總和，kN；

ΣP——作用于墻體上的全部水平力的總和，kN；

f——底板與基礎(chǔ)之間的摩擦系數(shù)。

5.1.2 抗傾穩(wěn)定計(jì)算

擋墻的抗傾穩(wěn)定安全系數(shù)式：

式中：Ko——防滲墻抗傾覆穩(wěn)定安全系數(shù)；

ΣMv——對(duì)防滲墻基底前趾的抗傾覆力矩，kN·m；

ΣMH——對(duì)防滲墻基底前趾的傾覆力矩，kN·m。

各參數(shù)取值：土體容重20 kN/m3，內(nèi)磨擦角φ為38°，滑動(dòng)磨擦系數(shù)f為0.5，混凝土容重24 kN/m3，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 防滲墻穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果表

以上結(jié)果均滿足《水工擋土墻設(shè)計(jì)規(guī)范》要求。

5.2 防滲墻基底應(yīng)力計(jì)算

防滲墻基底應(yīng)力計(jì)算公式：

式中：Pmax——防滲墻基底應(yīng)力的最大值，kPa；

Pmin——防滲墻基底應(yīng)力的最小值，kPa；

ΣG——作用在防滲墻上全部垂直于水平面的荷載，kN；

ΣM——作用在防滲墻上的全部豎向和水平向荷載對(duì)于基礎(chǔ)底面垂直水流方向的形心軸的力矩，kN·m；

A——防滲墻基底面積，岸墻取單位寬度的底面面積，m2；

W——墻體基底對(duì)于該底面垂直水流方向的形心軸的截面矩，m3。

經(jīng)計(jì)算，施工期基底應(yīng)力Pmax為110.45 kPa，Pmin為12.05 kPa。

運(yùn)行期基底應(yīng)力Pmax為185.54 kPa，Pmin為97.14 kPa，結(jié)果小于地基的允許承載力240 kPa，而且無(wú)拉應(yīng)力。

5.3 防滲墻變化斷面抗剪計(jì)算

防滲墻變化斷面抗剪計(jì)算公式：

式中：σj——計(jì)算直剪應(yīng)力；

[σj]——容許直剪應(yīng)力；

Q——計(jì)算截面剪力；

A——受剪截面積；

N——垂直受剪截面縱向力；

f——計(jì)算摩擦系數(shù)，取0.4。

經(jīng)計(jì)算，運(yùn)行期σj為371.78 kPa，[σj]為1.2 MPa，σj＜ [σj]，剪應(yīng)力滿足要求。

5.4 防滲墻變化斷面抗彎計(jì)算

6 防滲墻施工

混凝土防滲墻基礎(chǔ)坐于基巖上，混凝土施工前要將表層浮漿及雜質(zhì)等清除，并進(jìn)行清洗。

因混凝土防滲墻是分段澆筑的，先后澆筑的混凝土結(jié)合面會(huì)存在接縫，所以須對(duì)縫面進(jìn)行沖毛或鑿毛處理，在縫面接觸處用高標(biāo)號(hào)細(xì)石混凝土填充處理。如出現(xiàn)表面蜂窩凹陷或其它損壞的混凝土缺陷時(shí)，必須用鋼絲刷或加壓水沖刷清除缺陷部分或質(zhì)地薄弱的混凝土，用水沖洗干凈，采用比原混凝土強(qiáng)度等級(jí)高一級(jí)的砂漿或干硬細(xì)石混凝土填補(bǔ)缺陷處，并抹平，修正部位加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)，確保修補(bǔ)材料牢固粘結(jié)，色澤一致，無(wú)明顯痕跡。養(yǎng)護(hù)由專人負(fù)責(zé)，養(yǎng)護(hù)時(shí)間不得低于14 d，務(wù)必使混凝土表面保持濕潤(rùn)。

鋼筋制作及安裝。鋼筋在加工場(chǎng)下料、制作、編號(hào)，用三輪車及人工運(yùn)送至工作面。鋼筋安裝時(shí)先進(jìn)行測(cè)量放線，按測(cè)量點(diǎn)線架設(shè)立筋，而后本著先外后里、先上后下的原則分區(qū)進(jìn)行架設(shè)。

模板安裝。橫向及縱向采用自制組合鋼支撐桁架，縱向使12 cm×12 cm方木與桁架螺栓連聯(lián)，模板采用200×1200×50鋼模板和1 200×300×50的楔形鋼模。堵頭板用定型模準(zhǔn)堵頭封死、不應(yīng)漏漿。

7 結(jié)論

通過(guò)分析混凝土防滲墻承受的各種荷載，在不同荷載組合工況下對(duì)防滲墻進(jìn)行抗滑穩(wěn)定與抗傾穩(wěn)定計(jì)算。結(jié)果表明，抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)與抗傾穩(wěn)定安全系數(shù)均滿足規(guī)范要求；計(jì)算防滲墻基底應(yīng)力、直接剪應(yīng)力及彎曲拉應(yīng)力，計(jì)算結(jié)果均滿足應(yīng)力要求。

式中：Kl——混凝土構(gòu)件抗拉強(qiáng)度安全系數(shù)；

Rl——混凝土抗拉設(shè)計(jì)強(qiáng)度；

M——彎矩；

W——抵抗矩，矩形截面W=6h2/6（h為截面高度）；

γ——受彎構(gòu)件的混凝土受拉區(qū)塑性影響系數(shù)，γ=（1.1-0.1B′）（B′為截面長(zhǎng)度）。

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1004-7042（2017）06-0042-02

張曉波（1986-），男，2010年畢業(yè)于沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)水利水電工程專業(yè)，助理工程師。

2017-04-13；

2017-05-27