库里泡水位井稳定性计算与优化设计

周延明

(黑龙江省大庆地区防洪工程管理处，黑龙江 大庆 163311)

1 工程位置概况

库里泡滞洪区位于大庆地区南部，处于大庆市、肇源县和肇州交界处，是安肇新河上最下游的一个较大滞洪区。其作用为调蓄安肇新河洪水并将其泄入松花江，以保证库里泡以下耕地、草原和肇源县免受洪水灾害。该水库管理单位隶属于黑龙江省大庆地区防洪工程管理处。根据水利水电枢纽工程等级划分及设计标准(平原、滨海、部分)试行SDJ217—87规范，库里泡滞洪区工程分为Ⅲ等级。按50 a一遇洪水设计，100 a一遇洪水校核。库里泡滞洪区集水面积9 632 km2，设计库容2.12亿 m3，库里泡滞洪区工程由主坝、西付坝、老山头付坝和新、老两个闸门组成。

2 水位井稳定性分析

库里泡水位井采用岛状方式，根据这种结构为例子计算，进行抗颠覆和地基土承载能力的稳定性计算。

2.1 永久地基土荷载的演算

库里泡水位井整体为钢筋混凝土构造，主要永久荷载为水位井自身重量。我们把钢筋混凝土的容重取为22 kn/m。那么根据库里泡水位井工程量的推算，总体积为28 m3，经过计算得出水位井自身重量G为616 kn/m2。

2.2 覆盖雪的重量荷载演算

式中:SK为覆盖雪的重量标准值，单位为kn/m2;UR为库里泡水位井顶层平台的平面积雪分布系数，查GB2006—2002系数表采用0.12;S0为基本覆盖雪压，库里泡水位井顶层平台屋面的基本覆盖雪压按本地区20 a一遇的雪压，采用0.45 kn/m2。

依据库里泡水位井布置平台设计模式，库里泡水位井平台面积为8.50 m2，库里泡水位井平台屋顶面积为12.68 m2。则可以推算出作用于平台上的雪覆盖荷载标准值SK为1.75 kn/m2。

2.3 定向风荷载计算

式中:wκ为定向风荷载标准值，单位为kn/m2;βz为R定向高度处的定向风荷载系数，通过公式βz=1+φvξ/μ求得βz=1.8;υs为定向风荷载体系系数，根据 GB40006—2002第6.5.2规定查表得出υs=1.4;υz为定向风压高度变化系数，我们也取1.4;β0为基本定向风压力，根据当地20 a一遇的定向风压采用0.5 kn/m2。

通过以上各数得出作用在水位井平台上的风荷载wκ=1.85 kn/m2。

2.4 跑冰排的最大破坏冲击荷载

式中:P0为水浪冲击荷载标准值，单位为kn/m2;KW为水浪阻力系数，通过库里泡水位井形式取求得KW=0.8;ρ为水的密度ρ=1.4;V0为库里泡水位井台墩最大水面流速，根据往年观测取1.5 m/s;F为库里泡水位井台身每米高度的阻水面积，取1.5m2;h为库里泡水位井出土面至上水面的高度。取2 m，可以得出水面高度也就是冰排高度。

经过演算作用于平台上的最大水冲击荷载为28.6 kn/m2。

由于当前水位井位于主坝附近，很易受冰排冲击，因此对冰排产生的最大冲击荷载可用上式(3)求得的水撞击荷载P0乘以当前工作条件系数ξ确定，本次系数ξ取5.0。

故跑冰排产生的最大撞击荷载值为P0×ξ=14.3 kn/m2。

3 决定影响库里泡水位井稳定的首要原因

从上面的计演算可以得出，决定稳定性的主首要因素包括以下3个方面。

3.1 库里泡水位井自身重量对稳定性的影响

自身重量荷载是库里泡水位井地基土承载力稳定验算中的重要一部分。水位井自身重量越大，影响稳定力矩就越大，稳定性也越好。所以在设计过程中，我们要考虑诸多因素影响的情况下，首要选取库里泡水位井的建筑材料特别重要。

3.2 库里泡水位井水浪冲击对稳定性的影响

在进行抗颠覆演算时，库里泡水位井水浪冲击荷载是推算颠覆力矩最重要的一种荷载，尤其是当设计的水位井位于冰排多发库区的坡脚时，推算水浪冲击荷载时，还要想到冰排的对水位井的撞击作用，因为冰排对桥墩的冲击最容易导致水位井基础受损，甚至无法使用。

3.3 地质复杂条件对库里泡水位井稳定性的影响

由于库里泡水位井多为半地下建筑物，导致不同土质的容重、强度、压缩比、摩擦力等特征对水位井稳定性计算的结果决定大。

对于地基来说，基土的抗压强度越大，土缝隙压缩性越小，地基承载能力越大，库里泡水位井就越稳定，所以在设计时候，我们要充分拿到尽量详细的水位井所在地的地质勘探资料，是做好水位井设计的一个前提。

4 结语

影响水位井稳定的因素有很多，文中所研究的只是大庆防洪库里泡水位井中诸多影响因素中的比较明显的几个，通过以上研究，为了使设计的库里泡水位井具备较好的稳定性，在设计之初就要做到水位井自重、水冲击荷载计算和地质条件的收集的前期工作。

[1] 王爱华.土力学[M].北京:中国建筑出版社，2003.

[2] 袁光裕.水位观测技术[M].北京:中国水利水电出版社，2003.