壩體內橋墩修建對其穩定性影響分析

范遠東，陳艷麗

(遼寧省水利水電勘測設計研究院有限責任公司，遼寧 沈陽 110006)

1 工程概況

遼河國家濕地公園一期工程一號通道橋位于遼寧省沈陽市沈北新區，一號通道橋自旅游大道(萬泉河左堤)至石佛寺水庫主壩背水側，如圖1所示。鑒于滿足合理經濟的跨徑且便于基礎及支撐梁的設計、施工，橋共計兩跨，其中一跨跨徑17.9m，橋基礎分別位于下游壩坡(為橋墩基礎)及壩下游排水溝內(為樁基礎)。另一跨跨徑10m，為樁基礎如圖2所示。

2 基礎資料

(1)工程等級與建筑物級別

該水庫樞紐為二等工程，永久性主要水工建筑物主壩、左付壩、右付壩、泄洪閘為Ⅱ級。防洪標準按100年一遇洪水設計，300年一遇洪水校核。

(2)特征水位

工程所在位置壩頂高程52.83m，壩前設計洪水位(P=1%)50.26m，校核洪水位(P=0.333%)50.76m。

(3)工程地質及壩體基礎地質參數見表1。

(4)橋面人群荷載350kg/m2。

3 橋墩形式

橋墩基礎采用鋼筋混凝土結構，墻高6.16m，底寬4.5m，長7.6m。基礎開挖邊坡為1∶0.5，基礎建成后采用粉質粘土回填原壩體部分。

4 穩定分析

4.1 壩體滲流計算

石佛寺水庫為滯洪水庫，水庫大壩具有土壩和堤防的雙重特性，遵照SL 274—2001《碾壓土石壩

設計規范》及GB 50286—2013《堤防設計規范》的有關規定，滲流計算按照穩定滲流進行。同時根據對工程總體要求，土壩設計不僅要滿足滯洪需要，同時要考慮蓄水運用條件。滲流計算采用水利部水利水電規劃設計總院推廣的“土石壩二向穩定及非穩定滲流計算程序(DQB)”。其計算方法為求解拉普拉斯方程，用有限元法作滲流場離散，引用三結點的三角形單元和線性插值函數。

設計橋基礎底面距離穩定滲流期壩體浸潤線2.6m見表2及如圖5所示，修建橋基礎對壩體滲

表2 壩體浸潤線成果表

圖5 壩體浸潤線圖

流無影響。

4.2 橋臺基礎結構計算

(1)荷載組合

橋基底面應力計算荷載組合見表3。

表3 橋基底面應力計算荷載組合表

(2)基底壓力計算

按GB 50007—2011《建筑地基基礎設計規范》進行計算。公式如下：

式中,e—偏心矩，m；∑M—作用于橋基的全部荷載對底面形心軸的力矩之和，kN·m；pmax、pmin—基底壓力的最大值、最小值，kN/m2；∑G—作用于橋基的全部豎向荷載之和，kN；A—底面的面積，m2；B—底面寬度，m；η—基底壓力分布不均勻系數。

壩身承載力為160KPa，根據表4—5計算成果可以看出，橋基底面壓應力值均小于壩身承載力；基底壓力分布不均勻系數均小于允許值，橋臺在各種工況下抗滑及抗傾穩定均滿足規范要求。

表4 橋基底面應力計算成果表

表5 橋臺穩定計算成果表

(3)橋基沉降計算

沉降量計算公式如下：

橋基最終沉降量計算結果見表6。

表6 橋基最終沉降量計算結果表

根據表6計算成果看，橋基沉降量非常微小，不會影響結構的穩定。

4.3 結構穩定有限元計算

本次計算采用成熟的顯式有限差分軟件FLAC3D，該程序適合模擬地質材料的破壞和塑性流動的力學行為，已大規模運用于模擬巖土體的大變形、失穩支護、加固、建造及開挖等工程問題。

4.3.1參數選取

參數選取見表7。

表7 壩體及基礎地質參數表

4.3.2位移分析

如圖3所示，從位移矢量圖可以看出橋墩周邊土體的位移趨勢，主要是垂直方向位移，橋墩底部及壩體外側方向土體位移最大。如圖4—5所示可以看出，壩體在橋墩底部的沉降量(垂直方向位移)最大，為0.3mm，壩體的水平方向位移均小于0.1mm。

4.3.3基底應力分析

如圖6所示可以看出，橋墩底部土體應力為75～110kPa，均小于壩身承載力160kPa。

圖3 橋墩周邊位移矢量圖

圖4 垂直方向位移云圖

圖5 水平方向位移云圖圖

圖6 壩體豎向應力云圖

5 結論

根據滲流分析、橋墩基礎結構計算及有限元計算，新建橋墩不影響壩體的滲流狀態，對壩體的沉降、位移、應力狀態影響較小，基礎承載力滿足設計要求。同時，新建橋墩不影響石佛寺主壩的安全及管理運用。