壩體內(nèi)橋墩修建對(duì)其穩(wěn)定性影響分析

范遠(yuǎn)東，陳艷麗

(遼寧省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，遼寧 沈陽(yáng) 110006)

1 工程概況

遼河國(guó)家濕地公園一期工程一號(hào)通道橋位于遼寧省沈陽(yáng)市沈北新區(qū)，一號(hào)通道橋自旅游大道(萬(wàn)泉河左堤)至石佛寺水庫(kù)主壩背水側(cè)，如圖1所示。鑒于滿(mǎn)足合理經(jīng)濟(jì)的跨徑且便于基礎(chǔ)及支撐梁的設(shè)計(jì)、施工，橋共計(jì)兩跨，其中一跨跨徑17.9m，橋基礎(chǔ)分別位于下游壩坡(為橋墩基礎(chǔ))及壩下游排水溝內(nèi)(為樁基礎(chǔ))。另一跨跨徑10m，為樁基礎(chǔ)如圖2所示。

2 基礎(chǔ)資料

(1)工程等級(jí)與建筑物級(jí)別

該水庫(kù)樞紐為二等工程，永久性主要水工建筑物主壩、左付壩、右付壩、泄洪閘為Ⅱ級(jí)。防洪標(biāo)準(zhǔn)按100年一遇洪水設(shè)計(jì)，300年一遇洪水校核。

(2)特征水位

工程所在位置壩頂高程52.83m，壩前設(shè)計(jì)洪水位(P=1%)50.26m，校核洪水位(P=0.333%)50.76m。

(3)工程地質(zhì)及壩體基礎(chǔ)地質(zhì)參數(shù)見(jiàn)表1。

(4)橋面人群荷載350kg/m2。

3 橋墩形式

橋墩基礎(chǔ)采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，墻高6.16m，底寬4.5m，長(zhǎng)7.6m。基礎(chǔ)開(kāi)挖邊坡為1∶0.5，基礎(chǔ)建成后采用粉質(zhì)粘土回填原壩體部分。

4 穩(wěn)定分析

4.1 壩體滲流計(jì)算

石佛寺水庫(kù)為滯洪水庫(kù)，水庫(kù)大壩具有土壩和堤防的雙重特性，遵照SL 274—2001《碾壓土石壩

設(shè)計(jì)規(guī)范》及GB 50286—2013《堤防設(shè)計(jì)規(guī)范》的有關(guān)規(guī)定，滲流計(jì)算按照穩(wěn)定滲流進(jìn)行。同時(shí)根據(jù)對(duì)工程總體要求，土壩設(shè)計(jì)不僅要滿(mǎn)足滯洪需要，同時(shí)要考慮蓄水運(yùn)用條件。滲流計(jì)算采用水利部水利水電規(guī)劃設(shè)計(jì)總院推廣的“土石壩二向穩(wěn)定及非穩(wěn)定滲流計(jì)算程序(DQB)”。其計(jì)算方法為求解拉普拉斯方程，用有限元法作滲流場(chǎng)離散，引用三結(jié)點(diǎn)的三角形單元和線(xiàn)性插值函數(shù)。

設(shè)計(jì)橋基礎(chǔ)底面距離穩(wěn)定滲流期壩體浸潤(rùn)線(xiàn)2.6m見(jiàn)表2及如圖5所示，修建橋基礎(chǔ)對(duì)壩體滲

表2 壩體浸潤(rùn)線(xiàn)成果表

圖5 壩體浸潤(rùn)線(xiàn)圖

流無(wú)影響。

4.2 橋臺(tái)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)計(jì)算

(1)荷載組合

橋基底面應(yīng)力計(jì)算荷載組合見(jiàn)表3。

表3 橋基底面應(yīng)力計(jì)算荷載組合表

(2)基底壓力計(jì)算

按GB 50007—2011《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》進(jìn)行計(jì)算。公式如下：

式中,e—偏心矩，m；∑M—作用于橋基的全部荷載對(duì)底面形心軸的力矩之和，kN·m；pmax、pmin—基底壓力的最大值、最小值，kN/m2；∑G—作用于橋基的全部豎向荷載之和，kN；A—底面的面積，m2；B—底面寬度，m；η—基底壓力分布不均勻系數(shù)。

壩身承載力為160KPa，根據(jù)表4—5計(jì)算成果可以看出，橋基底面壓應(yīng)力值均小于壩身承載力；基底壓力分布不均勻系數(shù)均小于允許值，橋臺(tái)在各種工況下抗滑及抗傾穩(wěn)定均滿(mǎn)足規(guī)范要求。

表4 橋基底面應(yīng)力計(jì)算成果表

表5 橋臺(tái)穩(wěn)定計(jì)算成果表

(3)橋基沉降計(jì)算

沉降量計(jì)算公式如下：

橋基最終沉降量計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表6。

表6 橋基最終沉降量計(jì)算結(jié)果表

根據(jù)表6計(jì)算成果看，橋基沉降量非常微小，不會(huì)影響結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。

4.3 結(jié)構(gòu)穩(wěn)定有限元計(jì)算

本次計(jì)算采用成熟的顯式有限差分軟件FLAC3D，該程序適合模擬地質(zhì)材料的破壞和塑性流動(dòng)的力學(xué)行為，已大規(guī)模運(yùn)用于模擬巖土體的大變形、失穩(wěn)支護(hù)、加固、建造及開(kāi)挖等工程問(wèn)題。

4.3.1參數(shù)選取

參數(shù)選取見(jiàn)表7。

表7 壩體及基礎(chǔ)地質(zhì)參數(shù)表

4.3.2位移分析

如圖3所示，從位移矢量圖可以看出橋墩周邊土體的位移趨勢(shì)，主要是垂直方向位移，橋墩底部及壩體外側(cè)方向土體位移最大。如圖4—5所示可以看出，壩體在橋墩底部的沉降量(垂直方向位移)最大，為0.3mm，壩體的水平方向位移均小于0.1mm。

4.3.3基底應(yīng)力分析

如圖6所示可以看出，橋墩底部土體應(yīng)力為75～110kPa，均小于壩身承載力160kPa。

圖3 橋墩周邊位移矢量圖

圖4 垂直方向位移云圖

圖5 水平方向位移云圖圖

圖6 壩體豎向應(yīng)力云圖

5 結(jié)論

根據(jù)滲流分析、橋墩基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)計(jì)算及有限元計(jì)算，新建橋墩不影響壩體的滲流狀態(tài)，對(duì)壩體的沉降、位移、應(yīng)力狀態(tài)影響較小，基礎(chǔ)承載力滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。同時(shí)，新建橋墩不影響石佛寺主壩的安全及管理運(yùn)用。