齐齐哈尔市城区橡胶坝工程底板稳定计算

陈晓红 吴 澎

(齐齐哈尔市河道管理处，黑龙江齐齐哈尔161000)

1 概述

齐齐哈尔市是黑龙江省西部地区政治、经济、文化中心和交通枢纽，是我国最早建设起来的东北重工业基地之一。近年来，齐齐哈尔市连续枯水，春季水位很低，给城市水厂引水及劳动湖区换水带来困难，并严重影响城区水域环境，制约旅游业发展，为此，在城区嫩江上修建橡胶坝工程，达到抬高水位，调蓄水量，美化景观，改善水环境的目的。

2 基础资料

齐齐哈尔市区属寒温带大陆性季风气候，春季干旱风大，夏季温热多雨，秋季降温急骤，冬季漫长寒冷。多年平均气温2.1℃，夏季最高气温41.5℃，冬季最低气温－39℃，年温差高达70℃以上。

根据同盟水文站、齐齐哈尔水位站及富拉尔基水文站冰情资料分析统计，齐齐哈尔市区多年平均封江日期11月25日，最早11月10日，最晚12月30日;开江日期平均为4月10日，最早3月12日，最晚4月20日。封冻天数一般为135 d。最大冰厚1.15 m，最小冰厚0.72 m。

3 基本资料

橡胶坝底板基础为水撼砂，地基坚实，地基允许承载力［K］=250kN/m2，坝基底面与地基之间摩擦系数f=0.40，坝基基底应力最大值与最小值之比的允许值［η］=2.0，抗滑稳定安全系数［Kc］=1.25。

春季流冰期冰厚0.8 m，冰块尺寸最大300×100m，平均50×20m，冰块流速V冰=1.0 m/s，流冰期冰的抗压强度fic= 0.45 MPa。

4 计算条件

1)完建期，坝前后均无水。

2)正常运用期。

3)洪水期，设计洪水位147.74 m。4)冰冻期，冰面高程144.00 m。

5 稳定计算

坝底板垂直水流方向12 m分缝，取中间一个单元进行计算，冰冻期按冰的宽度进行计算。

5.1 完建期(未放水)

计算简图见图1，橡胶坝底板结构布置与作用荷载图(完建期)。

图1 橡胶坝底板结构布置与作用荷载图(完建期)

5.1.1 荷载计算

5.1.1.1 坝体自重

根据“橡胶坝坝体结构计算”得坝袋实际周长为13.13+ 6.52=19.65 m，坝袋厚度为10 mm，坝袋比重为1.35吨/m3，则坝袋自重为19.65×0.01×1.35×9.8×12=31.20 kN。

5.1.1.2 底板自重

［0.5×1.2+1.3×11+0.5×(0.75+1.5)×1.7×2］×12×25=5617.5kN。

荷载及其力矩的计算结果见表1。

表1 完建时期作用荷载及力矩计算表对底板中点B取矩

5.1.2 基底压应力计算

5.2 正常运用时期

上游水位145.40 m，下游水位140.60 m。计算简图见图2，橡胶坝底板结构布置与作用荷载图。

图2 橡胶坝底板结构布置与作用荷载图

5.2.1 荷载计算

5.2.1.1 上游水压力P1

5.2.1.2 上游渗透水平压力P2、P3

5.2.1.3 下游渗透水平压力P4、P5

5.2.1.4 渗透压力U1、U2

5.2.1.5 浮托力U3、U4

5.2.1.6 水重G水1、G水2

列表计算荷载及其力矩如表2:

5.2.2 抗滑稳定计算

5.2.3 基底压应力计算

5.3 洪水期

计算简图见图3，橡胶坝底板结构布置与作用荷载图(洪水期)。

图3 橡胶坝底板结构布置与作用荷载图(洪水期)

表2 正常运用时期作用荷载及力矩计算表(对底板中点B取矩)

5.3.1 荷载计算

5.3.1.1 坝体自重

根据“橡胶坝坝体结构计算”得坝袋实际周长为13.13+ 6.52=19.65m，坝袋厚度为10 mm，坝袋比重为1.35 t/m3，则坝袋自重为19.65×0.01×1.35×9.8×12=31.20kN。

5.3.1.2 底板自重

荷载及其力矩的计算结果见表3。

表3 洪水期作用荷载及力矩计算表对底板中点B取矩

5.3.2 基底压应力计算

5.4 冰冻期

冰块尺寸长宽比3∶1。

5.4.1 荷载计算

5.4.1.1 坝体自重

根据“橡胶坝坝体结构计算”得坝袋实际周长为13.13+ 6.52=19.65 m，坝袋厚度为10 mm，坝袋比重为1.35吨/m3，则坝袋自重为19.65×0.01×1.35×9.8=2.6 kN。

5.4.1.2 底板自重

5.4.1.3 冰推力

5.4.2 抗滑稳定计算

［1］中国水利水电科学研究院.SL227—98橡胶坝技术规范［S］.北京:中国水利水电出版社，1999.

［2］水利部东北勘测设计研究院.SL211—98水工建筑物抗冻设计规范［S］.北京:中国水利水电出版社，1998.

［3］齐齐哈尔市水利勘测设计研究院.齐齐哈尔市城区橡胶坝工程初步设计报告［R］.齐齐哈尔:齐齐哈尔市水利勘测设计研究院，2003.