墊層混凝土對落水孔水庫壩基應(yīng)力的改善
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何濤洪 曾 旭
（遵義水利水電勘測設(shè)計研究院，貴州遵義563000）
【摘要】 落水孔水庫大壩為興建在軟巖上的漿砌石雙曲拱壩，其壩體壓應(yīng)力大于壩基承載力。本文描述了該壩體通過設(shè)置墊層混凝土后的應(yīng)力復核成果，發(fā)現(xiàn)壩基應(yīng)力改善明顯。
【關(guān)鍵詞】拱壩；應(yīng)力；承載力；墊層混凝土
1.工程概況
落水孔水庫工程位于仁懷市三合鎮(zhèn)境內(nèi)，水庫總庫容250萬rn3，正常蓄水位906. Sm，屬小(1)型水庫。樞紐主要建筑物由大壩、溢洪道、放水管和放空管組成．水庫大壩為20世紀70年代修建的漿砌石雙曲拱壩，最大壩高37m，頂寬3.2 rn，壩頂外弧長173. 9m，底寬9. 5m，厚高比0.257。壩體材料為80號水泥砂漿砌料石，壩面采用100號水泥砂漿勾縫，壩底設(shè)置2m厚C15混凝土基礎(chǔ)墊層及齒槽。大壩各層拱圈特性如表1所列。
壩址坐落在志留系下統(tǒng)韓家店組(S．h)地層上，巖性為砂質(zhì)泥巖。壩址地形為基本對稱的“V”形河谷，左岸地形較陡，右岸地形較緩。壩址區(qū)巖層傾下游，偏左岸，巖層產(chǎn)狀N75。~86。E/SE /28。~30。壩基、壩肩置于弱風化層內(nèi)，其巖體允許承載力1.8~2. OMPa。
2.壩基應(yīng)力復核計算及成果分析
2.1 荷載組合
基本組合①：正常蓄水位906. 50m與相應(yīng)下游水位879. 00nl+泥沙壓力（淤沙高程881. 61m）+自重+揚壓力+溫降；
基本組合②：設(shè)計洪水位907. 58m與相應(yīng)下游水位881. 64m+泥沙壓力（淤沙高程881. 61m）+自重+揚壓力+溫升；
基本組合③：水庫死水位888. 50m與相應(yīng)下游水位871. 40m+泥沙壓力（淤沙高程881. 61nl）+自重+揚壓力+溫升；
特殊組合①：校核洪水位908. 04m與相應(yīng)下游水位882. 29m+泥沙壓力（淤沙高程881. 61m）+自重+揚壓力+溫升。
2.2壩體應(yīng)力復核計算
2.2.1計算參數(shù)
a．壩體參數(shù)。壩體材料為80號水泥砂漿砌料石（石料飽和抗壓強度大于40MPa），參照《砌石壩設(shè)計規(guī)范》( SL 25-2006)中M7.5水泥砂漿砌料石取值，其各種特性參數(shù)如下：
容重：23 kN/m3；
彈性模量：7.0(；Pa：
線膨脹系數(shù)：8×10'6：
泊松比：0. 22。
b．壩基巖體參數(shù)。壩基、壩肩置于弱風化層內(nèi)，壩基彈性模量為3. OGPa；泊松比為0.33。
c．砌石體容許應(yīng)力值。拱壩周邊容許拉應(yīng)力為1. OMPa，其他部位容許拉應(yīng)力為0.8MPa;基本荷載組合：4. OMPa；特殊荷載組合：4. 7MPa
2.2.2 計算成果
壩體應(yīng)力采用“ADAO拱壩分析與優(yōu)化軟件”進行分析計算，各種工況應(yīng)力計算成果如表2～表5所列。
2.2.3計算成果分析
從應(yīng)力成果可知，基本荷載組合①正常蓄水位+溫降情況下，最大主壓應(yīng)力為2. 25MPa，發(fā)生在拱冠873. 40m高程下游面；最大主拉應(yīng)力為0.78MPa，發(fā)生在拱冠梁873. 40m高程上游面�；竞奢d組合②設(shè)計洪水位+溫升情況下，最大主壓應(yīng)力為2．OIMPa，發(fā)生在拱冠梁873. 40m高程下游面；最大主拉應(yīng)力為0. 29MPa，發(fā)生在左、右拱端873. 40m高程下游面。基本荷載組合③死水位+溫升情況下，最大主壓應(yīng)力為1. 97MPa，發(fā)生在左、右拱端873. 40m高程上游面；最大主拉應(yīng)力為0. 57MPa，發(fā)生在左、右拱端876. 40。高程下游面。特殊荷載組合①校核洪水位+溫升情況下，最大主壓應(yīng)力為2. 05 MPa，發(fā)生在拱冠粱873. 40m高程下游面；最大主拉應(yīng)力為0. 54MPa，發(fā)生在拱冠梁873. 40m高程上游面。
各種計算工況下，最大主壓應(yīng)力和拉應(yīng)力值均滿足規(guī)范要求。但弱風化中上部砂質(zhì)泥巖允許承載力為1.8~2. OMPa，在基本荷載組合①、基本荷載組合②和特殊荷載組合①下，壩基巖石承載力不滿足要求。鑒于壩基設(shè)置有2m厚C15混凝土基礎(chǔ)墊層，考慮其改善作用，故需驗算壩基應(yīng)力，進而判斷壩基承載力是否滿足要求。
3.壩基應(yīng)力復核計算
3. 1 計算假設(shè)
根據(jù)《工程地質(zhì)計算和基礎(chǔ)處理》中“地基內(nèi)的應(yīng)力及變位”，假定壩基為均勻和各向同性的線彈性地基，為一半無限的彈性平面，作用在C15混凝土基礎(chǔ)墊層上的應(yīng)力視作線性分布荷載U=U。+kx，采用彈性理論進行計算。
3.2計算公式及簡圖
3.2.1計算公式
當?shù)鼗嫔献饔糜幸欢尉�性分布荷載時，地基內(nèi)各點應(yīng)力通過基本公式（弗拉芒公式）積分求得，計算公式如下：
下圖為計算簡圖
3.2.2計算成果
根據(jù)前述壩體應(yīng)力計算成果，擬定4種計算工況下最大壓應(yīng)力發(fā)生位置線性分布荷載方程如下：
基本荷載組合①正常蓄水位+溫降情況下，σ：1. 055+0.29875x：
基本荷載組合②設(shè)計洪水位+溫升情況下，σ：1. 09+0.23x：
基本荷載組合③死水位+溫升情況下σ：1. 065-0.22625x：
特殊荷載組合①校核洪水位+溫升情況下, σ：1. 11+0.235x。
根據(jù)上述計算公式，計算成果如表6所列。
從上表可知，基本荷載組合①正常蓄水位+溫降情況下，在線性分布荷載礦=1. 055 +0. 29875x作用下地基應(yīng)力水平向最大值壓應(yīng)力為0. 42MPa，豎直向最大值壓應(yīng)力為0. 94MPa�；竞奢d組合②設(shè)計洪水位+溫升情況下，在線性分布倚載盯=1. 09+0.23x作用下地基應(yīng)力水平向最大值壓應(yīng)力為0. 42MPa，豎直向最大值壓應(yīng)力為0. 86M Pa?基本荷載組合③死水位+溫升情況下，在線性分布荷載盯=1. 065 -0.22625x作用下地基應(yīng)力水平向最大值壓應(yīng)力為0. 41 MPa，r豎直向最大值壓應(yīng)力為0. 84MPa特殊荷載組合①校核洪水位+溫升情況下，在線性分布荷載U=1.11+0. 235x作用下地基應(yīng)力水平向最大值壓應(yīng)力為0. 43MPa，豎直向最大值壓應(yīng)力為0.88MPa。以上各值均小于壩基砂質(zhì)泥巖允許承載力1.8~2. OMPa，故壩基承載力滿足要求
4結(jié)論
a．該工程經(jīng)過多年的運行檢驗，壩體未發(fā)現(xiàn)裂縫，計算成果與運行情況基本吻合。
b．通過該工程的復核驗算，其壩基墊層混凝土對壩基應(yīng)力的改善效果是顯著的。
c．設(shè)置壩基墊層混凝土改善其壩基應(yīng)力，對軟巖上興建剛性壩有一定的借鑒作用。
