坝体内桥墩修建对其稳定性影响分析

范远东，陈艳丽

(辽宁省水利水电勘测设计研究院有限责任公司，辽宁 沈阳 110006)

1 工程概况

辽河国家湿地公园一期工程一号通道桥位于辽宁省沈阳市沈北新区，一号通道桥自旅游大道(万泉河左堤)至石佛寺水库主坝背水侧，如图1所示。鉴于满足合理经济的跨径且便于基础及支撑梁的设计、施工，桥共计两跨，其中一跨跨径17.9m，桥基础分别位于下游坝坡(为桥墩基础)及坝下游排水沟内(为桩基础)。另一跨跨径10m，为桩基础如图2所示。

2 基础资料

(1)工程等级与建筑物级别

该水库枢纽为二等工程，永久性主要水工建筑物主坝、左付坝、右付坝、泄洪闸为Ⅱ级。防洪标准按100年一遇洪水设计，300年一遇洪水校核。

(2)特征水位

工程所在位置坝顶高程52.83m，坝前设计洪水位(P=1%)50.26m，校核洪水位(P=0.333%)50.76m。

(3)工程地质及坝体基础地质参数见表1。

(4)桥面人群荷载350kg/m2。

3 桥墩形式

桥墩基础采用钢筋混凝土结构，墙高6.16m，底宽4.5m，长7.6m。基础开挖边坡为1∶0.5，基础建成后采用粉质粘土回填原坝体部分。

4 稳定分析

4.1 坝体渗流计算

石佛寺水库为滞洪水库，水库大坝具有土坝和堤防的双重特性，遵照SL 274—2001《碾压土石坝

设计规范》及GB 50286—2013《堤防设计规范》的有关规定，渗流计算按照稳定渗流进行。同时根据对工程总体要求，土坝设计不仅要满足滞洪需要，同时要考虑蓄水运用条件。渗流计算采用水利部水利水电规划设计总院推广的“土石坝二向稳定及非稳定渗流计算程序(DQB)”。其计算方法为求解拉普拉斯方程，用有限元法作渗流场离散，引用三结点的三角形单元和线性插值函数。

设计桥基础底面距离稳定渗流期坝体浸润线2.6m见表2及如图5所示，修建桥基础对坝体渗

表2 坝体浸润线成果表

图5 坝体浸润线图

流无影响。

4.2 桥台基础结构计算

(1)荷载组合

桥基底面应力计算荷载组合见表3。

表3 桥基底面应力计算荷载组合表

(2)基底压力计算

按GB 50007—2011《建筑地基基础设计规范》进行计算。公式如下：

式中,e—偏心矩，m；∑M—作用于桥基的全部荷载对底面形心轴的力矩之和，kN·m；pmax、pmin—基底压力的最大值、最小值，kN/m2；∑G—作用于桥基的全部竖向荷载之和，kN；A—底面的面积，m2；B—底面宽度，m；η—基底压力分布不均匀系数。

坝身承载力为160KPa，根据表4—5计算成果可以看出，桥基底面压应力值均小于坝身承载力；基底压力分布不均匀系数均小于允许值，桥台在各种工况下抗滑及抗倾稳定均满足规范要求。

表4 桥基底面应力计算成果表

表5 桥台稳定计算成果表

(3)桥基沉降计算

沉降量计算公式如下：

桥基最终沉降量计算结果见表6。

表6 桥基最终沉降量计算结果表

根据表6计算成果看，桥基沉降量非常微小，不会影响结构的稳定。

4.3 结构稳定有限元计算

本次计算采用成熟的显式有限差分软件FLAC3D，该程序适合模拟地质材料的破坏和塑性流动的力学行为，已大规模运用于模拟岩土体的大变形、失稳支护、加固、建造及开挖等工程问题。

4.3.1参数选取

参数选取见表7。

表7 坝体及基础地质参数表

4.3.2位移分析

如图3所示，从位移矢量图可以看出桥墩周边土体的位移趋势，主要是垂直方向位移，桥墩底部及坝体外侧方向土体位移最大。如图4—5所示可以看出，坝体在桥墩底部的沉降量(垂直方向位移)最大，为0.3mm，坝体的水平方向位移均小于0.1mm。

4.3.3基底应力分析

如图6所示可以看出，桥墩底部土体应力为75～110kPa，均小于坝身承载力160kPa。

图3 桥墩周边位移矢量图

图4 垂直方向位移云图

图5 水平方向位移云图图

图6 坝体竖向应力云图

5 结论

根据渗流分析、桥墩基础结构计算及有限元计算，新建桥墩不影响坝体的渗流状态，对坝体的沉降、位移、应力状态影响较小，基础承载力满足设计要求。同时，新建桥墩不影响石佛寺主坝的安全及管理运用。