重力式集水池抗滑抗傾穩定的探討

史仁朋

（山東省棗莊市水利勘測設計院 山東棗莊 277800）

棗莊市勝利渠灌區是我市唯一的大型灌區，位于我市嶧城區、臺兒莊區和薛城境內。灌區設計灌溉面積3.53萬hm2，其中提水灌區2.4萬余hm2。大小泵站62 個，其中規模以上的中型泵站18 座，鑒于當地地下水位變化較大，前池和進水池的優化設計直接影響到工程的造價。

前池及進水池多采用重力式擋土墻結構。由于進水池內的水位并非一直保持在設計水位，同時墻后水位也存在較大的波動，如果我們采用較保守的荷載組合（池中無水，墻后水位較高），勢必造成截面尺寸非常大，既不經濟也不合理。鑒于此，我們采用在池中間設檢測井（也叫排水井）來降低擋土墻墻后的水位，以順應池內的水位，使擋土墻的抗滑、抗傾覆以及底板的抗浮處于安全工況。

1 集水池擋土墻的設計

擋土墻基礎坐落在新鮮巖石之上，采用C20、F100 的素混凝土結構，頂寬1.0m，迎水側邊坡1：0.35，背水側采用直立墻，底板采用0.9m 厚的鋼筋混凝土。墻頂高程 39.50m，突出地面0.20m，底板頂高程33.50m。假定池內水位為H，墻后水位為h，集水池擋土墻穩定計算簡圖見圖1。按照上述計算斷面和擋墻前后水位的計算工況，列表計算該墻的垂直力和水平力，從而確定其對墻趾A 點的力矩，集水池擋土墻穩定計算表見表1。

圖1 集水池擋土墻穩定計算簡圖

2 集水池擋土墻穩定性分析

根據表1 的計算結果，確定擋土墻的抗滑穩定安全系數、抗傾穩定安全系數和底板的抗浮穩定安全系數。

（1）抗滑穩定安全系數為：

利用求解公式解得Kc=1.0、1.1、1.2、1.3、1.4 時的H 與h 的對應關系。從中可知：在墻后水位一定的前提下，抗滑穩定安全系數隨池內水位的增加而增大。當池內水位穩定時，安全系數隨墻后水位的增加而降低。

表1 集水池擋土墻穩定計算

（2）抗傾穩定安全系數為：

利用牛頓迭代法解得Kf=1.0、1.1、1.2、1.3、1.4 時H 與h 的對應關系。從中可知：抗傾穩定安全系數與抗滑穩定安全系數隨擋墻前后水位的變化趨勢是一致的，但是相同工況下抗傾安全系數遠大于抗滑安全系數。

3 集水池底板的抗浮穩定計算

抗浮穩定安全系數按下式計算：

圖2 進水池擋土墻底板穩定曲線圖

可解得Kp=1.0、1.1、1.2、1.3、1.4 時H與h 的對應關系。我們把不同安全系數下解得的數值繪在一張圖中，見圖2。由圖2 可以看出，只要合理控制墻后水位在安全區范圍內，集水池底板與擋土墻均為穩定安全。通過計算得到的Kc、Kf、Kp曲線可以看出：集水池底板的穩定取決于池內水位和墻后水位的差值，只要墻后水位與池內水位的差值小于2.16m，底板即可抗浮穩定。在實際運行中，即便是泵站不運行，仍然需要保證池內有一定的水深。欲保證集水池兩側擋土墻的抗滑穩定，必須按曲線圖嚴格控制墻后水位。當池中水位較低時，可按 Kc≮1.1 的要求來控制墻后水位；當池中水位較高時，可按Kc≥1.2 來控制墻后水位。集水池擋土墻的抗傾覆對擋土墻的穩定不起控制作用，只要其抗滑穩定，則其抗傾和底板抗浮也就必然穩定。

因此，池中水位和墻后水位差是關系集水池安全的關鍵因素。實際運行中，應密切監測和控制墻后水位和池中水位，合理調度、科學運行，確保集水池的穩定安全。我們把各種安全系數下的墻后水位與池內水位的對應關系一一輸入微機（程序），通過檢測井及進水池中水位計（通過傳感器傳遞給微機）的指示，計算機自動判斷運行狀況，當墻后水位位于曲線上方時，檢測井內的潛水泵會自動合閘，向外排水，達到自動化遠程控制的效果。