西名村分水口穩定分析

2013-08-12 05:55:38韓子波

河南科技 2013年18期

關鍵詞：設計

李旺韓子波

（南水北調中線建管局河南直管局，河南鄭州 450016）

西名村分水閘位于南水北調京石段總干渠樁號275＋650處，位于河北省、新樂市境內，分水口門為總干渠上的重要建筑物，主要負責向新樂市區供水。

1 基本資料

1.1 分水口的工程規模及等級

南水北調中線工程分水口門為總干渠上的重要建筑物，按1 級建筑物設計[2]。分水口門設計水位由總干渠節制水位決定，按其工程規模為小型，總干渠上最近節制閘閘前設計水位減0.1m 的水位波動考慮，過閘水頭損失除中管頭分水口外，均要求不大于0.2m。分水口為1 級建筑物。

1.2 地震級別

工程場地地震基本烈度根據《南水北調中線工程沿線地震加速度圖》為6°，分水口抗震設計烈度取7°，地震加速度代表值ah=0.05g。

1.3 特征水位

設計水位 73.669m；加大水位 74.084m。

2 荷載的計算

2.1 作用荷載

自重；水重；上、下游靜水壓力；揚壓力；浪壓力；地震荷載等[3]。其中浪壓力，揚壓力，淤沙壓力小，故略去。

2.2 分水口結構自重

分水口結構的自重包括底板自重、八字墻、閘墩自重、胸墻自重、啟閉機自重等。本分水口使用的建筑材料主要是鋼筋混凝土，根據國家標準混凝土容重可采用23.5KN/m3～24.0 KN/m3[1]本分水口的混凝土容重是24KN/m3。

（1）底板的自重：2395.47KN；（2）八字墻自重：1061.5KN；（3）閘墩自重：624KN；（4）胸墻自重：57.6KN；（5）啟閉機自重：10KN；（6）分水口結構自重：4148.57KN。

2.3 水重

作用在分水口底板的水重應按照其實際體積及水的容重計算確定。水的容重一般為10KN/m3，[4]在多泥沙河流上的分水口，應考慮水重含的懸移質泥沙對水的容重的影響，由于本分水口在南水北調渠道上，本渠道引水含泥沙極少，因此采用10 KN/m3。分水口底板存水的面積為88.36m2。

（1）當渠道為設計水位時，88.38×5×10KN/m3；（2）當渠道為加大水位時，88.38×5.415×10KN/m3。

2.4 水平壓力

根據實踐經驗，對水閘閘室抗滑，穩定起控制作用的是上游可能出現的最高擋水位，下游位常水位或無水時的水位組合條件。因為后一種組合時，上下游水位差較大，對結構的抗滑穩定不利。

渠道的設計水位為73.669m，加大水位為74.048m,底板相鄰沉陷縫長度8.5m。

本分水口為混凝土鋪蓋，如下圖。

（1）當渠道水位為設計水位時：P1=1/2γH22 L；p1=1/2×10×5×5×8.5=1062.5。

上游水壓力計算圖

（2）當渠道水位為加大水位時：P2=1/2γH22 L；p2=1/2×10×5.38×5.38×8.5=1230.1。

2.5 地震荷載

地震荷載水平向地震慣性力和地震動水壓力；地震荷載作用分向系數1.0。

（1）水平向的慣性力

采用擬靜力法計算地震作用效應，沿水閘高度作用于質點i 的水平向地震慣性力代表值按下式計算：

式中：Fi——作用在質點i 的水平向地震慣性力代表值；ξ——地震作用的效應折減系數，取為0.25；GEi——集中在質點i 的重力作用標準值；ai——質點i 的動態分布系數；g——重力加速度。

列表計算見表1。

表1 地震靜荷載計算值

（2）地震動水壓力

采用擬靜力法計算地震作用效應，總地震水壓力按下式計算：

列表計算見表2。

表2 地震動荷載計算值

3 荷載組合

水閘在施工，運行，檢修中，各種荷載的大小及分不情況是隨機變化的[1]，考慮各種荷載出現的機率，將實際上可能同時出現的各種荷載進行最不利的組合，并將水位作為組合條件。荷載分為基本組合和特殊組合兩類：(1)基本組合：設計水位：分水口自重、水重、靜水壓力；加大水位：分水口自重、水重、靜水壓力。(2)特殊組合：加大水位、分水口自重、水重、靜水壓力、地震荷載。

計算結果見下表3。