左权寺仙截潜流工程防渗墙稳定分析

2017-08-07张晓波

山西水利 2017年6期

关键词：潜流剪应力廊道

张晓波

（晋中市水利勘测设计院，山西晋中 030600）

左权寺仙截潜流工程防渗墙稳定分析

张晓波

（晋中市水利勘测设计院，山西晋中 030600）

分析左权寺仙截潜流工程混凝土防渗墙施工期和运行期所承受的荷载，对不同荷载工况下，防渗墙的抗滑稳定和抗倾稳定进行计算，结果满足要求；对防渗墙基底应力、直接剪应力及弯曲拉应力进行计算，计算结果均满足应力要求。

截潜流工程；防渗墙；抗滑稳定；抗倾稳定；应力计算

1 概况

左权寺仙截潜流工程，位于海河流域南运河水系清漳河西源支流的柳林河上，取水断面位于左权县石匣乡寺仙村东北约800 m的柳林河中下游。取水断面以上控制流域面积98.1 km2，流域南北长约8.6 km，东西宽约11.2 km。主要为下游石匣乡马厩村和上会村农田灌溉供水。马厩村共有1 130口人，56头大牲畜，耕地120 hm2。上会村共有360口人，40头大牲畜，耕地100 hm2。耕地主要以滩地及山坡梯田为主，工程区主要以农业生产为主。农田灌溉方式为自流河灌。

2 地质概况

截潜流工程取水断面，位于柳林河中下游宽缓的河区中部。区内河谷横剖面呈“U”形，取水断面处河谷底宽为287.8 m，地面高程为1 151～1 152 m，左右岸均为二叠系上统石千峰组（p2sh）砂页岩基岩山体，山体高程大于1 200 m。

根据《中国地震动参数区划图》，区内地震动反应谱特征周期为0.45 s，地震动峰值加速度为0.05 g，依据地震动峰值加速度确定本区地震基本烈度属Ⅵ度区。

3 工程总体布局

工程包括水源工程和供水管线工程两部分。

在设计取水断面砂卵石层设C25混凝土防渗墙1处，防渗墙上游设干砌石城门洞型集水廊道，廊道底宽1.5 m，直墙高1.2 m，拱顶半径0.75 m。设计底高程1 144.7 m；干砌石集水廊道每隔15 m增设1处2 m长M7.5浆砌石稳定段。现状基础高程不足部位采用C25素混凝土填筑至设计底高程后再进行廊道砌筑。上游潜流渗入集水廊道后进入集水井，从集水井内引出直径400排水钢管，钢管穿过防渗墙后接直径250PE供水管线。

供水管线自混凝土防渗墙接出后沿河道布置，主干管采用直径250PE管，压力等级为0.6 Mpa，管线全长3 000 m，通往各灌区的支管采用直径125及直径90 PE管，压力等级均为0.6 MPa，管线长度分别为4 500 m和4 780 m。

4 防渗墙设计要点

在取水断面处砂卵石层上设防渗墙1处。防渗墙坐落于基岩上，并伸入基岩0.5 m，采用C 25，F200，W6钢筋混凝土结构，基础宽2 m，深0.5 m，墙底宽1 m，顶宽0.3 m。防渗墙两端各伸入两侧基岩1 m，墙顶高程1 151.5 m。

防渗墙施工采用大开挖式，施工前将基岩表层浮浆及杂质等清除，并对之进行清洗。防渗墙上、下游侧采用原开挖料回填，回填相对密度不小于0.75，回填时要求混凝土强度达到75%后才能进行，且两侧尽可能同步回填，最高落差不得超过0.3 m。

5 防渗墙稳定分析与应力计算

5.1 防渗墙稳定计算

5.1.1 抗滑稳定计算

防渗墙的抗滑稳定安全系数式：

式中：Kc——抗滑稳定安全系数；

ΣW——作用于墙体上的全部垂直力的总和，kN；

ΣP——作用于墙体上的全部水平力的总和，kN；

f——底板与基础之间的摩擦系数。

5.1.2 抗倾稳定计算

挡墙的抗倾稳定安全系数式：

式中：Ko——防渗墙抗倾覆稳定安全系数；

ΣMv——对防渗墙基底前趾的抗倾覆力矩，kN·m；

ΣMH——对防渗墙基底前趾的倾覆力矩，kN·m。

各参数取值：土体容重20 kN/m3，内磨擦角φ为38°，滑动磨擦系数f为0.5，混凝土容重24 kN/m3，计算结果见表1。

表1 防渗墙稳定计算结果表

以上结果均满足《水工挡土墙设计规范》要求。

5.2 防渗墙基底应力计算

防渗墙基底应力计算公式：

式中：Pmax——防渗墙基底应力的最大值，kPa；

Pmin——防渗墙基底应力的最小值，kPa；

ΣG——作用在防渗墙上全部垂直于水平面的荷载，kN；

ΣM——作用在防渗墙上的全部竖向和水平向荷载对于基础底面垂直水流方向的形心轴的力矩，kN·m；

A——防渗墙基底面积，岸墙取单位宽度的底面面积，m2；

W——墙体基底对于该底面垂直水流方向的形心轴的截面矩，m3。

经计算，施工期基底应力Pmax为110.45 kPa，Pmin为12.05 kPa。

运行期基底应力Pmax为185.54 kPa，Pmin为97.14 kPa，结果小于地基的允许承载力240 kPa，而且无拉应力。

5.3 防渗墙变化断面抗剪计算

防渗墙变化断面抗剪计算公式：

式中：σj——计算直剪应力；

[σj]——容许直剪应力；

Q——计算截面剪力；

A——受剪截面积；

N——垂直受剪截面纵向力；

f——计算摩擦系数，取0.4。

经计算，运行期σj为371.78 kPa，[σj]为1.2 MPa，σj＜ [σj]，剪应力满足要求。

5.4 防渗墙变化断面抗弯计算

6 防渗墙施工

混凝土防渗墙基础坐于基岩上，混凝土施工前要将表层浮浆及杂质等清除，并进行清洗。

因混凝土防渗墙是分段浇筑的，先后浇筑的混凝土结合面会存在接缝，所以须对缝面进行冲毛或凿毛处理，在缝面接触处用高标号细石混凝土填充处理。如出现表面蜂窝凹陷或其它损坏的混凝土缺陷时，必须用钢丝刷或加压水冲刷清除缺陷部分或质地薄弱的混凝土，用水冲洗干净，采用比原混凝土强度等级高一级的砂浆或干硬细石混凝土填补缺陷处，并抹平，修正部位加强养护，确保修补材料牢固粘结，色泽一致，无明显痕迹。养护由专人负责，养护时间不得低于14 d，务必使混凝土表面保持湿润。

钢筋制作及安装。钢筋在加工场下料、制作、编号，用三轮车及人工运送至工作面。钢筋安装时先进行测量放线，按测量点线架设立筋，而后本着先外后里、先上后下的原则分区进行架设。

模板安装。横向及纵向采用自制组合钢支撑桁架，纵向使12 cm×12 cm方木与桁架螺栓连联，模板采用200×1200×50钢模板和1 200×300×50的楔形钢模。堵头板用定型模准堵头封死、不应漏浆。