縱向導墻圍堰設計優化及穩定驗算

李鳴豪

(中國水利水電第三工程局 陜西 西安 710016)

1 工程概況

橙子溝水電站大壩樞紐工程導流分為原河床一、二期導流。一、二期汛期縱向圍堰由上游導墻圍堰及下游導墻圍堰和2#泄洪閘右閘墩組成，利用一期枯水期土石圍堰完成一期汛期及二期基坑縱向導墻圍堰施工。二期圍堰原設計為汛期過水圍堰。

原縱向導墻設計為重力式漿砌石擋水墻，本項工程共需砌筑漿砌石4500m3。工程合同要求開工日期為2010年11月15日，要求完工日期為2011年3月31日，共計136天，計劃月施工強度約1000m3。

2 設計方案變更因素

（1）由于業主方征地問題影響，本工程開工時間滯后3個月，給后續工程施工造成較大壓力。

（2）漿砌石主要依靠大量人工進行施工，但該項工程施工高峰期集中在本年度春節期間，在春節期間難以組織大量勞動力，施工人員組織無保障。

（3）原設計漿砌石縱向導墻施工所需砌石塊體數量較大，但在施工現場及周邊地區無法采集到所需數量的漿砌石原料，無法滿足設計要求，難以保障施工進度。

（4）由于該縱向導墻為一、二期施工導流所共用，但漿砌石導墻只擋水不起防滲功效，漿砌石在動水壓力下完整性差，造成基坑排水量增加，同時存在安全風險。

3 縱向導墻優化及施工

在拆除一期枯水期圍堰，汛期圍堰擋水。縱向導墻分期在一期汛期及二期圍堰施工階段起擋水作用。考慮到漿砌石擋水墻只具備擋水，但不防滲的特性，項目部利用一期枯水期基坑開挖部分砂礫石棄料，將漿砌石縱向導墻優化為C15低標號素混凝土結構導墻，與原縱向漿砌石導墻體型結構相似，通過導墻穩定驗算滿足規范要求；素砼澆筑分段長度不變，現場安裝2臺0.75自落式攪拌機人工拌制，反鏟入倉，優化后混凝土工程量與原漿砌石工程量相同，因受工期滯后影響，于2011年2月16日開始施工，同年4月25日完工，工期68天。

4 穩定驗算

4.1 驗算依據：

1“水利水電工程施工組織設計手冊”；

2“水力學”河海大學出版社；

縱向砼導墻受力分析圖

素砼縱向導墻整體完成形象

3“簡易施工計算手冊”中國建筑工業出版社。

4.2 計算條件

1.上游素砼導墻斷面尺寸見下圖。

2.河床部位為深厚砂礫石覆蓋層基礎，最深59.10m，覆蓋層總體形態呈“U”型，由河床最深部位向兩側逐漸變淺，壩軸線河面寬約165m。

3.素砼擋墻迎水面水深7.4m（二期基坑圍堰為過水圍堰），水的密度ρ1=1000kg/m3，素砼的密度ρ2=2345kg/m3，砂礫石基礎摩擦系數f=0.6。

4.左岸一期圍堰基坑開挖面積約為275m（長）×125m（寬）。

5.已完成一期枯水期土石圍堰填筑及高噴防滲墻施工，防滲墻底部高程在EL874.0m，在枯水期圍堰的防護下，進行一期汛期砼上、下游及縱向導墻圍堰施工。

6.2 #泄洪閘右側閘墩上游砼導墻長92m，閘墩下游砼導墻長84m，閘墩長30m。

7.導墻基礎原河床高程EL879.00～879.5m，導墻基礎高程與基坑消力池開挖面同高，高程為EL878.00m。

8.按汛期20年一遇洪水Q20%=941m3/s，最大洪水高程EL885.40m進行砼導墻安全穩定驗算。

9.汛期原河床導流寬度約50m，最大流速≤3.5m/s。

10.圍堰基坑內上下游設有集水坑，各布置2臺低揚程10寸離心泵及4寸離心泵向圍堰外側排水，基坑內大面水位控制在EL876.0m以下。

4.3 導墻穩定條件

1.滿足抗滑系數Kf＞1.2（水利水電工程施工組織設計手冊）第一卷p414頁。

2.滿足抗傾覆系數Kq≥1.5（簡易施工計算手冊）p69頁。

4.4 計算方法

取單長b=1m的導墻進行驗算，使導墻向圍堰內滑動的力是作用于導墻迎水面的水平力P1；導墻抵抗滑動的力是導墻的自重G2與迎水面水總壓力的垂直分力G1之和減導墻基礎面水的揚壓力P2在導墻底部產生的摩擦力F，即：F=f（G1+G2-P2）,當P1＞F，導墻就會向基坑內滑動。

4.4.1 導墻抗滑穩定性計算

1.導墻迎水面水壓力水平分力為：

2.導墻迎水面水壓力的垂直分力為：

3.素砼導墻的自重垂直力為：

4.導墻底部垂直向上揚壓力：

5.1 m長素砼導墻底部摩擦力為：

6.抗滑系數

抗滑系數Kf=1.21＞1.2滿足抗滑穩定要求。

4.4.2 導墻抗傾覆穩定性計算

素砼導墻傾覆穩定性是以穩定力矩與傾覆力矩的比值Kq來表示，當比值小于1時，導墻就會向基坑內傾覆。

應滿足公式：Kq=(G1×a+G2×b)÷(P×h)≥1.5

式中：Kq——抗傾覆安全系數

h、a、b、c—— 分別為P1、G1、G2、P2對墻外下角(A)的力臂；

P1、G1——分別為水壓力的水平力和豎向分力；

G2———1m長導墻自重；P2——1m長導墻底部水的揚壓力；

公式中：G1=152614(N)，G2=625773（N）,P1=268324（N），P2=235690（N），h=2.47m，b=2.5m，a=4.5m，c=4.32m

抗傾覆系數Kq=1.7＞1.5，素砼導墻滿足抗傾覆穩定要求。

4.4.3 素砼縱向導墻圍堰穩定結論

一、二期汛期素砼導墻圍堰滿足抗滑及抗傾覆穩定技術標準要求。

5 優化效益

1.緩解了春節期間勞動力組織困難的壓力。

2.混凝土縱向導墻較原設計方案解決了只擋水不防滲的缺陷，導墻整體性增強，抗沖刷能力提高。

3.大幅度減小了基坑抽水壓力，減少一、二期基坑抽水費用。

4.砂礫石基坑部分棄料得到了利用。

5.優化后施工速度加快，較原計劃合同工期節約了68天，并按照合同工期要求時間完工，取得了良好的經濟效益。陜西水利