浅析围堰抗滑稳定计算在老虎嘴水电站施工中的应用

唐 德 尧，　王 永 平，　陆 世 彪

(1.中国人民武装警察部队 水电第八支队，重庆　401320；2.中国人民武装警察部队 水电第三总队，四川 成都　611130)



浅析围堰抗滑稳定计算在老虎嘴水电站施工中的应用

唐 德 尧1，王 永 平2，陆 世 彪1

(1.中国人民武装警察部队 水电第八支队，重庆401320；2.中国人民武装警察部队 水电第三总队，四川 成都611130)

老虎嘴水电站上游围堰由于直接填筑在河床覆盖层上，坝身土石料配置较为简单，在确保抗滑稳定性能符合设计要求的情况下，达到了节约投资，缩短工期且安全的目的。通过对围堰抗滑稳定计算进行分析，为此类围堰施工积累了经验。

围堰；抗滑稳定；西藏；老虎嘴水电站

1　工程概况

老虎嘴水电站工程位于西藏自治区东南部的林芝地区工布江达县巴河干流上，是巴河巴松湖以下河段梯级开发规划的第七个梯级。巴河出口处多年平均流量为184 m3/s，多年平均径流量为58.03亿m3。

该工程为三等(中型)工程，枢纽主要建筑物按3级建筑物设计；次要建筑物按4级建筑物设计。其防洪标准为：挡、泄水建筑物按100 a一遇洪水设计，500 a一遇洪水校核；厂房按50 a一遇洪水设计，200 a一遇洪水校核。

枢纽布置从右至左布置的建筑物依次为泄洪洞、导流洞、右副坝、进水口坝段、发电厂房、尾水渠、中间混凝土坝、表孔溢洪道、左副坝。开关站布置在中间坝段。坝顶长度为272.7 m，坝顶高程为3 299 m。电站引水流量为208 m3/s。

2　围堰设计

根据工程等级划分，对于Ⅳ级导流建筑物、土石类围堰，结合施工合同要求及导流建筑物使用时间，将导流设计洪水标准选用20 a一遇，相应导流设计流量P5%=1 230 m3/s。

上游围堰布置在坝轴线上游96.22 m处，与水流方向基本垂直，围堰填筑轴线长度约为110 m，围堰防渗轴线长约135 m；下游围堰布置在坝轴线下游148.76 m处，围堰填筑轴线长度约为100 m，围堰防渗轴线长约171 m。

3　稳定计算

围堰抗滑稳定采用较常用的简单条分法(瑞典圆弧法)。首先计算出围堰浸润线，然后对浸润线以下部分取饱和容重，浸润线以上部分取湿容重。鉴于该工程上游围堰直接填筑在河床覆盖层上，坝身土石料配置较为简单，其浸润线计算采用水力学方法。对该围堰分别考虑以下两种情况进行计算。

3.1不考虑河床覆盖层渗透水情况

3.1.1浸润线计算

首先，根据渗流计算公式计算出粘土心墙下游水深。根据围堰体形进行设计，通过围堰的渗流可以分为两个部分：

(1)粘土心墙部分。考虑到整个堰体作用水头差，渗流区长度为心墙厚度，取心墙土料渗透系数进行计算。

(2)心墙下游部分。考虑到下游堰体作用水头差，渗流区长度为下游堰体填筑料宽度，取堰体填筑料渗透系数进行计算。

其次，根据水力学的基本假定：渗流为缓变流动，等势线和流线均缓慢变化。按粘土心墙部分与心墙下游部分渗流区长度做等距取值分别进行计算，并对设计围堰浸润线进行计算。

3.1.2抗滑稳定计算

按瑞典圆弧法试算。围堰下游坡度为1∶1.8，查得角a、b分别为37.44°、10.24°(图1)，得圆心O，取2 m土条宽度对滑动面计算抗滑力矩和滑动力矩，其比值即为抗滑稳定安全系数。计算方式为：

首先根据圆弧滑动面的总法向分力∑Ni及总切向分力∑Ti进行计算，其次对圆心O的抗滑力矩Mr及滑动力矩Ms进行计算。

图1　不考虑河床覆盖层围堰滑动区域分解示意图

通过计算，得出该情况下的安全系数为

1.771,大于规范要求。

3.2考虑河床覆盖层的渗水情况

在围堰下游设置集水坑，从安全稳定角度考虑，集水坑不宜靠近围堰下游坡脚，确定为20.6 m(图2)。在计算抗滑稳定时，心墙下游近似按△ABC计算。

图2　考虑河床覆盖层围堰滑动区域分解示意图

对抗滑稳定进行计算：

运用与第一种情况同样的计算方法，得出其安全系数为1.813，大于规范要求。

土的容重按地质勘探报告取粉质粘土湿容重为1.15 g/cm3(11.27 kN/m3)，饱和容重按孔隙率计算为1.285 g/cm3(12.59 kN/m3)，填筑料湿容重取1.649 g/cm3(16.16 kN/m3)，饱和容重取1.7 g/cm3(16.66 kN/m3)，基岩湿容重及饱和容重取1.968 g/cm3(19.29 kN/m3)。有效抗剪强度指标按地质报告取0.08 MPa。粉质粘土的内摩擦角按地质报告取15°；弃渣料的内摩擦角根据其与自然状态下的极限稳定坡角相等原理，对现有弃渣场进行测量，为43°。在围堰填筑过程中，还需对弃渣料进行碾压，则其内摩擦角应较自然状态下的内摩擦角大。考虑一定的安全系数，对弃渣料的内摩擦角取36°。

4　结　语

根据规范(SJD12-78及SDJ217-87)对土石围堰抗滑稳定安全系数的要求，老虎嘴水电站上游围堰荷载基本组合安全系数为1.15 ,特殊组合为1.05。经计算，设计围堰最小安全系数为

1.771，大于规范要求的1.15，故所设计的围堰稳定。

(责任编辑：李燕辉)

2016-07-12

TV7;TV22;TV52

B

1001-2184(2016)04-0065-03

唐德尧(1985-)，男,四川广汉人，助理工程师,从事工程项目施工技术与管理工作；

王永平(1968-)，男，陕西甘泉人，高级工程师，学士，从事水利水电工程施工技术与管理工作；

陆世彪(1986-)，男，贵州都匀人，工程师，学士，从事工程项目施工技术与管理工作.