淺析圍堰抗滑穩定計算在老虎嘴水電站施工中的應用

唐 德 堯，　王 永 平，　陸 世 彪

(1.中國人民武裝警察部隊 水電第八支隊，重慶　401320；2.中國人民武裝警察部隊 水電第三總隊，四川 成都　611130)

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淺析圍堰抗滑穩定計算在老虎嘴水電站施工中的應用

唐 德 堯1，王 永 平2，陸 世 彪1

(1.中國人民武裝警察部隊 水電第八支隊，重慶401320；2.中國人民武裝警察部隊 水電第三總隊，四川 成都611130)

老虎嘴水電站上游圍堰由于直接填筑在河床覆蓋層上，壩身土石料配置較為簡單，在確保抗滑穩定性能符合設計要求的情況下，達到了節約投資，縮短工期且安全的目的。通過對圍堰抗滑穩定計算進行分析，為此類圍堰施工積累了經驗。

圍堰；抗滑穩定；西藏；老虎嘴水電站

1　工程概況

老虎嘴水電站工程位于西藏自治區東南部的林芝地區工布江達縣巴河干流上，是巴河巴松湖以下河段梯級開發規劃的第七個梯級。巴河出口處多年平均流量為184 m3/s，多年平均徑流量為58.03億m3。

該工程為三等(中型)工程，樞紐主要建筑物按3級建筑物設計；次要建筑物按4級建筑物設計。其防洪標準為：擋、泄水建筑物按100 a一遇洪水設計，500 a一遇洪水校核；廠房按50 a一遇洪水設計，200 a一遇洪水校核。

樞紐布置從右至左布置的建筑物依次為泄洪洞、導流洞、右副壩、進水口壩段、發電廠房、尾水渠、中間混凝土壩、表孔溢洪道、左副壩。開關站布置在中間壩段。壩頂長度為272.7 m，壩頂高程為3 299 m。電站引水流量為208 m3/s。

2　圍堰設計

根據工程等級劃分，對于Ⅳ級導流建筑物、土石類圍堰，結合施工合同要求及導流建筑物使用時間，將導流設計洪水標準選用20 a一遇，相應導流設計流量P5%=1 230 m3/s。

上游圍堰布置在壩軸線上游96.22 m處，與水流方向基本垂直，圍堰填筑軸線長度約為110 m，圍堰防滲軸線長約135 m；下游圍堰布置在壩軸線下游148.76 m處，圍堰填筑軸線長度約為100 m，圍堰防滲軸線長約171 m。

3　穩定計算

圍堰抗滑穩定采用較常用的簡單條分法(瑞典圓弧法)。首先計算出圍堰浸潤線，然后對浸潤線以下部分取飽和容重，浸潤線以上部分取濕容重。鑒于該工程上游圍堰直接填筑在河床覆蓋層上，壩身土石料配置較為簡單，其浸潤線計算采用水力學方法。對該圍堰分別考慮以下兩種情況進行計算。

3.1不考慮河床覆蓋層滲透水情況

3.1.1浸潤線計算

首先，根據滲流計算公式計算出粘土心墻下游水深。根據圍堰體形進行設計，通過圍堰的滲流可以分為兩個部分：

(1)粘土心墻部分。考慮到整個堰體作用水頭差，滲流區長度為心墻厚度，取心墻土料滲透系數進行計算。

(2)心墻下游部分。考慮到下游堰體作用水頭差，滲流區長度為下游堰體填筑料寬度，取堰體填筑料滲透系數進行計算。

其次，根據水力學的基本假定：滲流為緩變流動，等勢線和流線均緩慢變化。按粘土心墻部分與心墻下游部分滲流區長度做等距取值分別進行計算，并對設計圍堰浸潤線進行計算。

3.1.2抗滑穩定計算

按瑞典圓弧法試算。圍堰下游坡度為1∶1.8，查得角a、b分別為37.44°、10.24°(圖1)，得圓心O，取2 m土條寬度對滑動面計算抗滑力矩和滑動力矩，其比值即為抗滑穩定安全系數。計算方式為：

首先根據圓弧滑動面的總法向分力∑Ni及總切向分力∑Ti進行計算，其次對圓心O的抗滑力矩Mr及滑動力矩Ms進行計算。

圖1　不考慮河床覆蓋層圍堰滑動區域分解示意圖

通過計算，得出該情況下的安全系數為

1.771,大于規范要求。

3.2考慮河床覆蓋層的滲水情況

在圍堰下游設置集水坑，從安全穩定角度考慮，集水坑不宜靠近圍堰下游坡腳，確定為20.6 m(圖2)。在計算抗滑穩定時，心墻下游近似按△ABC計算。

圖2　考慮河床覆蓋層圍堰滑動區域分解示意圖

對抗滑穩定進行計算：

運用與第一種情況同樣的計算方法，得出其安全系數為1.813，大于規范要求。

土的容重按地質勘探報告取粉質粘土濕容重為1.15 g/cm3(11.27 kN/m3)，飽和容重按孔隙率計算為1.285 g/cm3(12.59 kN/m3)，填筑料濕容重取1.649 g/cm3(16.16 kN/m3)，飽和容重取1.7 g/cm3(16.66 kN/m3)，基巖濕容重及飽和容重取1.968 g/cm3(19.29 kN/m3)。有效抗剪強度指標按地質報告取0.08 MPa。粉質粘土的內摩擦角按地質報告取15°；棄渣料的內摩擦角根據其與自然狀態下的極限穩定坡角相等原理，對現有棄渣場進行測量，為43°。在圍堰填筑過程中，還需對棄渣料進行碾壓，則其內摩擦角應較自然狀態下的內摩擦角大。考慮一定的安全系數，對棄渣料的內摩擦角取36°。

4　結　語

根據規范(SJD12-78及SDJ217-87)對土石圍堰抗滑穩定安全系數的要求，老虎嘴水電站上游圍堰荷載基本組合安全系數為1.15 ,特殊組合為1.05。經計算，設計圍堰最小安全系數為

1.771，大于規范要求的1.15，故所設計的圍堰穩定。

(責任編輯：李燕輝)

2016-07-12

TV7;TV22;TV52

B

1001-2184(2016)04-0065-03

唐德堯(1985-)，男,四川廣漢人，助理工程師,從事工程項目施工技術與管理工作；

王永平(1968-)，男，陜西甘泉人，高級工程師，學士，從事水利水電工程施工技術與管理工作；

陸世彪(1986-)，男，貴州都勻人，工程師，學士，從事工程項目施工技術與管理工作.