齊齊哈爾市城區(qū)橡膠壩工程底板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

孫廣濤，王柏吉

(1. 齊齊哈爾市水利勘測設(shè)計(jì)研究院，黑龍江 齊齊哈爾161006;2. 齊齊哈爾市江東灌區(qū)管理處，黑龍江 齊齊哈爾161006)

近年來，齊齊哈爾市連續(xù)枯水，春季水位很低，給城市水廠引水及勞動湖區(qū)換水帶來困難，并嚴(yán)重影響城區(qū)水域環(huán)境，制約旅游業(yè)發(fā)展，為此，在城區(qū)嫩江上修建了橡膠壩工程。

1 基礎(chǔ)資料

齊齊哈爾市區(qū)屬寒溫帶大陸性季風(fēng)氣候，春季干旱風(fēng)大，夏季溫?zé)岫嘤辏锛窘禍丶斌E，冬季漫長寒冷。多年平均氣溫2.1 ℃，夏季最高氣溫41.5 ℃，冬季最低氣溫－39 ℃，年溫差高達(dá)70 ℃以上。

根據(jù)同盟水文站、齊齊哈爾水位站及富拉爾基水文站冰情資料分析統(tǒng)計(jì)，齊齊哈爾市區(qū)多年平均封江日期11月25日，最早11月10日，最晚12月30日; 開江日期平均為4月10日，最早3月12日，最晚4月20日。封凍天數(shù)一般為135 d。最大冰厚1.15 m，最小冰厚0.72 m。

2 基本資料

橡膠壩底板基礎(chǔ)為水撼砂，地基堅(jiān)實(shí)，地基允許承載力［K］=250kN/m2，壩基底面與地基之間摩擦系數(shù)f =0.40，壩基基底應(yīng)力最大值與最小值之比的允許值［η］=2.0，抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)［Kc］=1.25。

3 計(jì)算條件

計(jì)算選取底板，左側(cè)為泄水閘，右側(cè)為無隔墩底板，完建期，上下游均無水。

4 結(jié)構(gòu)計(jì)算

4.1 彎矩計(jì)算

1) 板條選擇:此時(shí)，底板上各處受力相同，取底板順?biāo)鞣较蛑悬c(diǎn)處1 m寬板條為計(jì)算板條。

2) 板條上荷載的計(jì)算:此時(shí)板條上的荷載只有底板自重及壩袋重。

根據(jù)“橡膠壩底板穩(wěn)定計(jì)算”得，底板自重為5617.5 kN，壩袋重為31.2 kN。

底板及壩袋自重產(chǎn)生的均布荷載計(jì)算公式為:

3) 邊荷載計(jì)算:左側(cè)邊荷載:根據(jù)“泄水閘穩(wěn)定計(jì)算”得:完建期基底壓應(yīng)力最大值為102.59 kN/m2，最小值為86.50 kN/m2，則基底壓力為:

將基底壓力P 轉(zhuǎn)換為15個(gè)集中邊荷載。P1～P10 的荷載作用寬度各為0.1 L =0.6m，故P1'～P10'=94.55 ×0.6 ×1=56.73 kN; P11～P15的荷載作用寬度各為0.2 L =1.2m，故P11'～P15'=94.55 ×1.2 ×1 =113.46kN。

右側(cè)邊荷載:根據(jù)“橡膠壩底板穩(wěn)定計(jì)算”得，完建期基底壓應(yīng)力最大值為42.87 kN/m2，最小值為42.72 kN/m2，則基底壓力:

將基底壓力P 轉(zhuǎn)換為15個(gè)集中邊荷載。P1～P10的荷載作用寬度各為0.1L=0.6 m，故P1’ ～P10’=42.80 ×0.6 ×1=25.68 kN; P11～P15的荷載作用寬度各為0.2L=1.2 m，故

4) 彎矩計(jì)算:左側(cè)邊荷載產(chǎn)生的彎矩:

表1 板條上底板彎矩計(jì)算

表2 兩側(cè)邊荷載產(chǎn)生的彎矩計(jì)算

5) 彎矩組合: 由于板條上底板自重產(chǎn)生的彎矩為正，兩側(cè)邊荷載產(chǎn)生的彎矩為負(fù)，計(jì)算采用兩種彎矩組合，組合一考慮板條上的底板自重產(chǎn)生的彎矩，邊荷載產(chǎn)生的彎矩考慮50%，組合二不考慮板條上底板自重產(chǎn)生的彎矩，邊荷載產(chǎn)生的彎矩考慮100%。這兩種組合為最不利組合。

組合一，這種組合為板條上底板自重產(chǎn)生的彎矩加上邊荷載產(chǎn)生的彎矩的50%，荷載計(jì)算見表3。

組合二，這種組合只有邊荷載產(chǎn)生的彎矩，荷載計(jì)算見表4。

表3 彎矩組合一

表4 彎矩組合二

根據(jù)兩種彎矩組合繪制底板彎矩圖:

圖1 荷載計(jì)算圖

圖2 橡膠壩底板彎矩圖組合一

圖3 橡膠壩底板彎矩圖組合二

4.2 配筋計(jì)算

由彎矩計(jì)算結(jié)果可以看出，此時(shí)底板上面最大彎矩205.6 kN·m，因此按205.6 kN·m進(jìn)行配筋計(jì)算。

截面尺寸為b × h =1000mm×1300mm，采用C30 級混凝土( fc =15 N/mm2) 和Ⅱ級鋼筋( fy =310 N/mm2) ，混凝土保護(hù)層50 mm( h0=1240 mm) ，結(jié)構(gòu)系數(shù)γd=1.20。

根據(jù)αs 由《水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》( SL/T 191—96)表K1 查得ξ =0.011

按《水工鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》( SDJ20—78)

最小配筋率ρmin=0.15%

按《水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》( SL/T 191—96) ，因底板較厚，配筋率按下式計(jì)算:

式中: M 為彎矩設(shè)計(jì)值; γd為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)系數(shù);ρ0min為基本最小配筋率。

依據(jù)齊齊哈爾水文站冰情觀測資料，主壩處最低冰面高程141.10 m，壩底板基礎(chǔ)處于凍結(jié)深度內(nèi)，除了科學(xué)管理，避免壩底板基礎(chǔ)受凍外，適當(dāng)加強(qiáng)底板配筋，提高底板抗凍能力。采用

4.3 裂縫計(jì)算

采用C 30 級混凝土和Ⅱ級鋼筋( Es = 2.0 × 105N/mm2) ，配置6@15，( As =1 340 mm2) ，保護(hù)層c =50mm，as=60mm，h0=1 240mm。承受長期組合下得彎矩設(shè)計(jì)值Ms =205.6/1.2 =171.3 kN·m。處于3 類環(huán)境條件，最大裂縫寬度允許值0.2 mm。

鋼筋應(yīng)力計(jì)算為:

［1］中國水利水電科學(xué)研究院. SL227—98 橡膠壩技術(shù)規(guī)范［S］. 北京:中國水利水電出版社，1999.

［2］水利部東北勘測設(shè)計(jì)研究院. SL211—98 水工建筑物抗凍設(shè)計(jì)規(guī)范［S］. 北京:中國水利水電出版社，1998.

［3］江蘇省水利勘測設(shè)計(jì)研究院. SL265—2001 水閘設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京:中國水利水電出版社，2001.

［4］齊齊哈爾市水利勘測設(shè)計(jì)研究院. 齊齊哈爾市城區(qū)橡膠壩工程初步設(shè)計(jì)報(bào)告［R］. 齊齊哈爾: 齊齊哈爾市水利勘測設(shè)計(jì)研究院，2003.