纵向导墙围堰设计优化及稳定验算

李鸣豪

(中国水利水电第三工程局 陕西 西安 710016)

1 工程概况

橙子沟水电站大坝枢纽工程导流分为原河床一、二期导流。一、二期汛期纵向围堰由上游导墙围堰及下游导墙围堰和2#泄洪闸右闸墩组成，利用一期枯水期土石围堰完成一期汛期及二期基坑纵向导墙围堰施工。二期围堰原设计为汛期过水围堰。

原纵向导墙设计为重力式浆砌石挡水墙，本项工程共需砌筑浆砌石4500m3。工程合同要求开工日期为2010年11月15日，要求完工日期为2011年3月31日，共计136天，计划月施工强度约1000m3。

2 设计方案变更因素

（1）由于业主方征地问题影响，本工程开工时间滞后3个月，给后续工程施工造成较大压力。

（2）浆砌石主要依靠大量人工进行施工，但该项工程施工高峰期集中在本年度春节期间，在春节期间难以组织大量劳动力，施工人员组织无保障。

（3）原设计浆砌石纵向导墙施工所需砌石块体数量较大，但在施工现场及周边地区无法采集到所需数量的浆砌石原料，无法满足设计要求，难以保障施工进度。

（4）由于该纵向导墙为一、二期施工导流所共用，但浆砌石导墙只挡水不起防渗功效，浆砌石在动水压力下完整性差，造成基坑排水量增加，同时存在安全风险。

3 纵向导墙优化及施工

在拆除一期枯水期围堰，汛期围堰挡水。纵向导墙分期在一期汛期及二期围堰施工阶段起挡水作用。考虑到浆砌石挡水墙只具备挡水，但不防渗的特性，项目部利用一期枯水期基坑开挖部分砂砾石弃料，将浆砌石纵向导墙优化为C15低标号素混凝土结构导墙，与原纵向浆砌石导墙体型结构相似，通过导墙稳定验算满足规范要求；素砼浇筑分段长度不变，现场安装2台0.75自落式搅拌机人工拌制，反铲入仓，优化后混凝土工程量与原浆砌石工程量相同，因受工期滞后影响，于2011年2月16日开始施工，同年4月25日完工，工期68天。

4 稳定验算

4.1 验算依据：

1“水利水电工程施工组织设计手册”；

2“水力学”河海大学出版社；

纵向砼导墙受力分析图

素砼纵向导墙整体完成形象

3“简易施工计算手册”中国建筑工业出版社。

4.2 计算条件

1.上游素砼导墙断面尺寸见下图。

2.河床部位为深厚砂砾石覆盖层基础，最深59.10m，覆盖层总体形态呈“U”型，由河床最深部位向两侧逐渐变浅，坝轴线河面宽约165m。

3.素砼挡墙迎水面水深7.4m（二期基坑围堰为过水围堰），水的密度ρ1=1000kg/m3，素砼的密度ρ2=2345kg/m3，砂砾石基础摩擦系数f=0.6。

4.左岸一期围堰基坑开挖面积约为275m（长）×125m（宽）。

5.已完成一期枯水期土石围堰填筑及高喷防渗墙施工，防渗墙底部高程在EL874.0m，在枯水期围堰的防护下，进行一期汛期砼上、下游及纵向导墙围堰施工。

6.2 #泄洪闸右侧闸墩上游砼导墙长92m，闸墩下游砼导墙长84m，闸墩长30m。

7.导墙基础原河床高程EL879.00～879.5m，导墙基础高程与基坑消力池开挖面同高，高程为EL878.00m。

8.按汛期20年一遇洪水Q20%=941m3/s，最大洪水高程EL885.40m进行砼导墙安全稳定验算。

9.汛期原河床导流宽度约50m，最大流速≤3.5m/s。

10.围堰基坑内上下游设有集水坑，各布置2台低扬程10寸离心泵及4寸离心泵向围堰外侧排水，基坑内大面水位控制在EL876.0m以下。

4.3 导墙稳定条件

1.满足抗滑系数Kf＞1.2（水利水电工程施工组织设计手册）第一卷p414页。

2.满足抗倾覆系数Kq≥1.5（简易施工计算手册）p69页。

4.4 计算方法

取单长b=1m的导墙进行验算，使导墙向围堰内滑动的力是作用于导墙迎水面的水平力P1；导墙抵抗滑动的力是导墙的自重G2与迎水面水总压力的垂直分力G1之和减导墙基础面水的扬压力P2在导墙底部产生的摩擦力F，即：F=f（G1+G2-P2）,当P1＞F，导墙就会向基坑内滑动。

4.4.1 导墙抗滑稳定性计算

1.导墙迎水面水压力水平分力为：

2.导墙迎水面水压力的垂直分力为：

3.素砼导墙的自重垂直力为：

4.导墙底部垂直向上扬压力：

5.1 m长素砼导墙底部摩擦力为：

6.抗滑系数

抗滑系数Kf=1.21＞1.2满足抗滑稳定要求。

4.4.2 导墙抗倾覆稳定性计算

素砼导墙倾覆稳定性是以稳定力矩与倾覆力矩的比值Kq来表示，当比值小于1时，导墙就会向基坑内倾覆。

应满足公式：Kq=(G1×a+G2×b)÷(P×h)≥1.5

式中：Kq——抗倾覆安全系数

h、a、b、c—— 分别为P1、G1、G2、P2对墙外下角(A)的力臂；

P1、G1——分别为水压力的水平力和竖向分力；

G2———1m长导墙自重；P2——1m长导墙底部水的扬压力；

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

抗倾覆系数Kq=1.7＞1.5，素砼导墙满足抗倾覆稳定要求。

4.4.3 素砼纵向导墙围堰稳定结论

一、二期汛期素砼导墙围堰满足抗滑及抗倾覆稳定技术标准要求。

5 优化效益

1.缓解了春节期间劳动力组织困难的压力。

2.混凝土纵向导墙较原设计方案解决了只挡水不防渗的缺陷，导墙整体性增强，抗冲刷能力提高。

3.大幅度减小了基坑抽水压力，减少一、二期基坑抽水费用。

4.砂砾石基坑部分弃料得到了利用。

5.优化后施工速度加快，较原计划合同工期节约了68天，并按照合同工期要求时间完工，取得了良好的经济效益。陕西水利