河床式地面厂房整体稳定计算分析

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(中国水电顾问集团北京勘测设计研究院有限公司，北京 100024)

河床式地面厂房整体稳定计算分析

董丹丹，韩小鸣，张捷

(中国水电顾问集团北京勘测设计研究院有限公司，北京 100024)

通过对某河床式地面厂房的整体稳定和地基应力的计算，对厂房建筑物结构设计进行调整，解决了厂房机组段基底拉应力问题，以满足规范要求。

河床式地面厂房；拉应力；地基应力

1 工程概况

某电站枢纽为Ⅲ等工程，其工程规模为中型，主要建筑物为3级，次要建筑物为4级，临时建筑物为5级。电站厂房主要建筑物包括主厂房、副厂房、安装间、引水渠、尾水渠等。厂房坝段总长56.94m，顺水流向长45.50m，主机间内安装4台贯流灯泡式水轮机组，单机容量10MW，总装机容量为40MW，采用两机一缝的布置方式。左侧机组段包括1号、2号机组，顺坝向长度28.19m；右侧包括3号、4号机组，发电机层以上顺坝向长度28.73m。

2 厂区地质条件评价

厂房建基面高程109.50m。地基岩体为白云岩，上部揭露高程110.14～112.59m，厚度6.1～10.9m,岩体较破碎，呈块状或碎块状，岩体泡状孔洞发育。偶见泥灰岩，厚度约2～4cm，下部岩体完整性差，揭露高程101.24～106.33m，最大揭露厚度23.2m。白云岩体为中硬岩，按岩体完整性分类：上层岩体为Ⅳ类；下层岩体为Ⅲ类。

3 设计参数

厂房混凝土与基岩接触面主要为强风化白云岩， 抗剪断强度系数f′取0.9，抗剪断强度黏聚力c′取0.7MPa，允许承载力取1MPa。地震危险等级为6级，抗震设防烈度6度。

各特征水位如下：

水库正常蓄水位139m，设计洪水位139m，相应下游水位136.23m；校核洪水位139.86m，相应下游水位137.75m；半台机组发电尾水位126.62m，满发尾水位129.47m。

4 计算原则与基本假定

a.由于地基内部不存在对厂房整体稳定有影响的软弱夹层，根据规范要求可不进行厂房沿软弱结构面的深层抗滑稳定计算。

b.采用材料力学方法，考虑机组间分缝，分别对1号、2号机组段和3号、4号机组段进行抗滑、抗浮和地基应力计算。

c.根据《厂房设计规范》(SL 266—2001)条文说明之3.2.1“作用于厂房上的荷载未列入雪荷载和风荷载，因为该两项荷载在抗滑稳定计算中所占的比重很小，对厂房整体稳定的影响可忽略不计”，在此次计算中不考虑该两项荷载。当基底应力计算结果与地基承载力相近时，从安全考虑再加入雪荷载进行分析。

d.根据《水工建筑物抗震设计规范》(DL 5073—2000)1.0.2条的规定，可不进行地震工况验算。

e.计算抗滑稳定时，将滑面简化成一个平面考虑，即简化基础面；计算地基法向应力时，接触截面也按同一个平面考虑。

稳定计算基底计算简图见图1。

图1 稳定计算基底计算简图单位：m

竖直向力：以向下为正，向上为负；

水平向力：与坐标轴相同为正，反向为负；

对基底各坐标轴弯矩：符合右手规则为正，反之为负。

5 荷载组合

荷载组成情况见表1。

表1工况、水位、荷载组合

a.结构自重、水重按实际体积计算，永久设备只考虑主要固定设备，不计附属设备及非固定设备重量。

b.静水压力按三角形分布，计算考虑合力作用。

c.扬压力。扬压力分为浮托力和渗透力，采用扬压力三维实体，查询合力和合力点的方法进行扬压力统计。在厂房基底上游侧设有灌浆帷幕，由于《水电站厂房设计规范》(SL 266—2001)中没有仅设灌浆帷幕无排水设施时的渗透压力强度系数，故参考《混凝土拱坝设计规范》(SL 282—2003)附录B.3-3，坝基仅设防渗帷幕、未设排水孔时，帷幕中心线处渗透压力强度系数α1取0.6。

d.浪压力根据《水工建筑物荷载设计规范》(DL 5077—1997)的计算方法计算。

e.泥沙压力按淤沙最不利情况考虑，厂前泥沙淤积高程取进水口底高程为 116.80m进行计算。

f.土压力。1号、2号机组段考虑与泄洪冲沙闸段相接，需计算冲沙闸下部的水平主动土压力和附加土应力。3号、4号机组段考虑与安装间相接，需计算安装间下部的水平主动土压力和附加土应力。

g.冰压力。稳定计算中只考虑可能持续作用较长的静冰压力，不计动冰压力。已知工程所在地水面冰层厚0.66m(年最大)，查《水工建筑物荷载设计规范》(DL 5077—1997)，内插得单位宽度静冰压力标准值为190.5kN/m。静冰压力垂直作用于结构物前沿，其作用点取冰面以下1/3冰厚处。浪压力与冰压力不同时组合。

6 计算分析

1号、2号机组段三维结构计算简图见图2，3号、4号机组段三维结构计算简图见图3。

图2 1号、2号机组段三维结构计算简图

图3 3号、4号机组段三维结构计算简图

经初步计算，1号、2号机组段各工况下抗滑稳定、抗浮稳定和基底应力均能满足规范要求。 3号、4号机组段正常运行两工况下也满足规范要求，在右侧高填土和高外水的作用下，3号、4号机组段工况3——机组未安装时，右侧边出现100kPa左右的拉应力(见表2)，不能满足《水电站厂房设计规范》(SL 266—2001)中河床式电站除地震情况外不应出现拉应力的要求。

表2 3号、4号机组段机组未安装工况稳定分析

为此，经多方案比较后，采用加厚该机组分段右侧墙的方式来消除拉应力。具体调整如下：3号、4号机组分段右侧墙加厚3m，自底部加高至126.00m高程(安装间底板底面高程为131.00m，相距5m，为减小对安装间沉降的影响，加厚的部分以45o斜面的形式与右侧墙相接)。

图4 3号、4号机组段右墙加厚3m后基底面计算简图单位：m

右墙加厚后的3号、4号机组分段基底计算简图见图4，三维结构计算简图见图5。

图5 3号、4号机组段右墙加厚3m后三维结构计算简图

经过上述调整后，计算结果见表3。

表3 调整后的计算结果

7 结 语

在初步验算中，原设计方案在机组未安装工况下在厂下游右角部位出现拉应力，不满足规范规定。后经调整厂房布置方案，使得各工况下抗滑、抗浮稳定和基底应力均能满足规范要求。

a.厂房抗滑稳定安全系数基本组合下不小于3.00，特殊组合I(机组检修、机组未安装和非常运行工况)不小于2.5。特殊组合II(地震工况)不小于2.3。

b.抗浮稳定安全系数任何情况下不小于1.10。

c.岩基厂房地基面上最大法向应力不超过地基岩允许承载力；最小法向应力都大于0。

[1]DL 5077—1997水工建筑物荷载设计规范[S].

[2]SL 266—2001水电站厂房设计规范[S].

[3]SL 265—2001水闸设计规范[S].

CalculationandAnalysisofOverallStabilityinRiverbed-basedGroundWorkshop

DONG Dan-dan, HAN Xiao-ming, ZHANG Jie

(BeijingEngineeringCorporationLtd.ofHydroChinaConsultationGroup,Beijing100024,China)

By calculating overall stability and foundation stress of one riverbed-based ground workshop, the design of workshop building is adjusted, and floor stretch stress in the section of workshop is solved to meet the standard requests.

riverbed-based ground workshop; stretch stress; foundation stress

TV731

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1673-8241(2014)09-0045-04