淺析圍堰抗滑穩(wěn)定計算在老虎嘴水電站施工中的應(yīng)用

唐 德 堯，　王 永 平，　陸 世 彪

(1.中國人民武裝警察部隊 水電第八支隊，重慶　401320；2.中國人民武裝警察部隊 水電第三總隊，四川 成都　611130)

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淺析圍堰抗滑穩(wěn)定計算在老虎嘴水電站施工中的應(yīng)用

唐 德 堯1，王 永 平2，陸 世 彪1

(1.中國人民武裝警察部隊 水電第八支隊，重慶401320；2.中國人民武裝警察部隊 水電第三總隊，四川 成都611130)

老虎嘴水電站上游圍堰由于直接填筑在河床覆蓋層上，壩身土石料配置較為簡單，在確?？够€(wěn)定性能符合設(shè)計要求的情況下，達到了節(jié)約投資，縮短工期且安全的目的。通過對圍堰抗滑穩(wěn)定計算進行分析，為此類圍堰施工積累了經(jīng)驗。

圍堰；抗滑穩(wěn)定；西藏；老虎嘴水電站

1　工程概況

老虎嘴水電站工程位于西藏自治區(qū)東南部的林芝地區(qū)工布江達縣巴河干流上，是巴河巴松湖以下河段梯級開發(fā)規(guī)劃的第七個梯級。巴河出口處多年平均流量為184 m3/s，多年平均徑流量為58.03億m3。

該工程為三等(中型)工程，樞紐主要建筑物按3級建筑物設(shè)計；次要建筑物按4級建筑物設(shè)計。其防洪標準為：擋、泄水建筑物按100 a一遇洪水設(shè)計，500 a一遇洪水校核；廠房按50 a一遇洪水設(shè)計，200 a一遇洪水校核。

樞紐布置從右至左布置的建筑物依次為泄洪洞、導(dǎo)流洞、右副壩、進水口壩段、發(fā)電廠房、尾水渠、中間混凝土壩、表孔溢洪道、左副壩。開關(guān)站布置在中間壩段。壩頂長度為272.7 m，壩頂高程為3 299 m。電站引水流量為208 m3/s。

2　圍堰設(shè)計

根據(jù)工程等級劃分，對于Ⅳ級導(dǎo)流建筑物、土石類圍堰，結(jié)合施工合同要求及導(dǎo)流建筑物使用時間，將導(dǎo)流設(shè)計洪水標準選用20 a一遇，相應(yīng)導(dǎo)流設(shè)計流量P5%=1 230 m3/s。

上游圍堰布置在壩軸線上游96.22 m處，與水流方向基本垂直，圍堰填筑軸線長度約為110 m，圍堰防滲軸線長約135 m；下游圍堰布置在壩軸線下游148.76 m處，圍堰填筑軸線長度約為100 m，圍堰防滲軸線長約171 m。

3　穩(wěn)定計算

圍堰抗滑穩(wěn)定采用較常用的簡單條分法(瑞典圓弧法)。首先計算出圍堰浸潤線，然后對浸潤線以下部分取飽和容重，浸潤線以上部分取濕容重。鑒于該工程上游圍堰直接填筑在河床覆蓋層上，壩身土石料配置較為簡單，其浸潤線計算采用水力學(xué)方法。對該圍堰分別考慮以下兩種情況進行計算。

3.1不考慮河床覆蓋層滲透水情況

3.1.1浸潤線計算

首先，根據(jù)滲流計算公式計算出粘土心墻下游水深。根據(jù)圍堰體形進行設(shè)計，通過圍堰的滲流可以分為兩個部分：

(1)粘土心墻部分。考慮到整個堰體作用水頭差，滲流區(qū)長度為心墻厚度，取心墻土料滲透系數(shù)進行計算。

(2)心墻下游部分?？紤]到下游堰體作用水頭差，滲流區(qū)長度為下游堰體填筑料寬度，取堰體填筑料滲透系數(shù)進行計算。

其次，根據(jù)水力學(xué)的基本假定：滲流為緩變流動，等勢線和流線均緩慢變化。按粘土心墻部分與心墻下游部分滲流區(qū)長度做等距取值分別進行計算，并對設(shè)計圍堰浸潤線進行計算。

3.1.2抗滑穩(wěn)定計算

按瑞典圓弧法試算。圍堰下游坡度為1∶1.8，查得角a、b分別為37.44°、10.24°(圖1)，得圓心O，取2 m土條寬度對滑動面計算抗滑力矩和滑動力矩，其比值即為抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)。計算方式為：

首先根據(jù)圓弧滑動面的總法向分力∑Ni及總切向分力∑Ti進行計算，其次對圓心O的抗滑力矩Mr及滑動力矩Ms進行計算。

圖1　不考慮河床覆蓋層圍堰滑動區(qū)域分解示意圖

通過計算，得出該情況下的安全系數(shù)為

1.771,大于規(guī)范要求。

3.2考慮河床覆蓋層的滲水情況

在圍堰下游設(shè)置集水坑，從安全穩(wěn)定角度考慮，集水坑不宜靠近圍堰下游坡腳，確定為20.6 m(圖2)。在計算抗滑穩(wěn)定時，心墻下游近似按△ABC計算。

圖2　考慮河床覆蓋層圍堰滑動區(qū)域分解示意圖

對抗滑穩(wěn)定進行計算：

運用與第一種情況同樣的計算方法，得出其安全系數(shù)為1.813，大于規(guī)范要求。

土的容重按地質(zhì)勘探報告取粉質(zhì)粘土濕容重為1.15 g/cm3(11.27 kN/m3)，飽和容重按孔隙率計算為1.285 g/cm3(12.59 kN/m3)，填筑料濕容重取1.649 g/cm3(16.16 kN/m3)，飽和容重取1.7 g/cm3(16.66 kN/m3)，基巖濕容重及飽和容重取1.968 g/cm3(19.29 kN/m3)。有效抗剪強度指標按地質(zhì)報告取0.08 MPa。粉質(zhì)粘土的內(nèi)摩擦角按地質(zhì)報告取15°；棄渣料的內(nèi)摩擦角根據(jù)其與自然狀態(tài)下的極限穩(wěn)定坡角相等原理，對現(xiàn)有棄渣場進行測量，為43°。在圍堰填筑過程中，還需對棄渣料進行碾壓，則其內(nèi)摩擦角應(yīng)較自然狀態(tài)下的內(nèi)摩擦角大?？紤]一定的安全系數(shù)，對棄渣料的內(nèi)摩擦角取36°。

4　結(jié)　語

根據(jù)規(guī)范(SJD12-78及SDJ217-87)對土石圍堰抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)的要求，老虎嘴水電站上游圍堰荷載基本組合安全系數(shù)為1.15 ,特殊組合為1.05。經(jīng)計算，設(shè)計圍堰最小安全系數(shù)為

1.771，大于規(guī)范要求的1.15，故所設(shè)計的圍堰穩(wěn)定。

(責(zé)任編輯：李燕輝)

2016-07-12

TV7;TV22;TV52

B

1001-2184(2016)04-0065-03

唐德堯(1985-)，男,四川廣漢人，助理工程師,從事工程項目施工技術(shù)與管理工作；

王永平(1968-)，男，陜西甘泉人，高級工程師，學(xué)士，從事水利水電工程施工技術(shù)與管理工作；

陸世彪(1986-)，男，貴州都勻人，工程師，學(xué)士，從事工程項目施工技術(shù)與管理工作.