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新疆某水庫溢洪道除險AG娱乐登录加固分析

時間:2016-05-16 19:47 作者:晟江AG娱乐登录網thepeellive.com 點擊:

摘 要:文中對新疆某水庫溢洪道運行現狀進行分析,總結了目前溢洪道運行安全上存在的問題。對溢洪道的泄流能力、邊墻穩定、挑流消能、下游護坡穩定進行復核,計算結果滿足規范要求。同時對溢洪道上壩交通橋進行方案必選,最后針對溢洪道目前存在的安全隱患提出處理方案,以保證溢洪道安全運行。
新疆某水庫溢洪道除險AG娱乐登录加固分析
新疆某水庫溢洪道除險AG娱乐登录加固分析
一、溢洪道現狀:
   溢洪道位于水庫右岸Ⅲ級階地上,為開敞式側槽溢洪道,全長 546.5m,由溢流堰、側槽、調整段、陡坡段、泄槽段及挑流鼻坎組成。溢流堰為折線型實用堰,堰頂高程為989.60m,堰頂長 64.0m;側槽長 74.5m,側槽首端寬 2m,末端寬 20m,底高程 983.25m,側槽底為平坡,內邊坡為 1:1.5,邊墻頂高程 995.00m;調整段長 45m,凈寬 20m,縱坡 0.01,邊墻高度 11.75~8.0m;陡坡段長 30.85m,凈寬 20~16m,邊墻高 8~6.6m,縱坡 0.1378;泄槽段長 325.11m,凈寬 16m,高 6.6~4.2m,縱坡為 0.0571 和 0.1905;末端采用挑流消能,洪水泄入下游河道。溢洪道原設計泄量 207.5m3/s,校核泄量507.5m3/s。溢洪道上設有一座跨度為 20m 的鋼筋混凝土雙曲拱橋,設計荷載為汽-10 級。
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二、目前存在問題:
 
(1)泄槽段兩側邊墻局部混凝土剝蝕、裂縫,個別接縫在高水位時存在滲水現象;底板局部表面混凝土沖刷損壞,存在剝蝕、露筋、裂縫、鼓起等現象。庫水位 980.00m 以上時滲水較明顯,冬季槽內有水,已造成凍脹破壞。
 
(2)溢洪道出口挑流坎施工質量差,剝蝕嚴重,在溢洪道 0+500 處,即挑坎段,底板混凝土被頂起、斷裂。挑坎段有明顯缺陷 4 處,裂縫 20 余條。基礎淘刷嚴重,部分基礎被淘空,基巖外露。
 
(3)溢洪道下游護岸年久失修,鉛絲籠護坡護底部分已沖蝕不在,鉛絲籠銹蝕,嚴重威脅右岸八鋼暗渠。
 
(4)上壩引橋彎道半徑太小,冬季路滑時易發生事故,常有車輛掉入溢洪道內或撞壞橋欄桿。溢洪道上雙曲拱橋設計載重量低為汽-10 級。
 
三、除險加固分析:
新疆某水庫溢洪道除險AG娱乐登录加固分析
1.對泄槽邊墻穩定復核:
   溢洪道泄槽邊墻 0+000~0+075m、0+120m~0+ 150.84m 在 2000 年除險加固時已做處理。0+394.0m~0+505.56m 段為邊墻與底板整體的 U 型槽結構,不存在邊505.56m 段為邊墻與底板整體的 U 型槽結構,不存在邊墻穩定問題。0+150.84m~0+394.0m 段為重力式擋墻結構,現僅對該段邊墻穩定進行復核。
 
(1)基本參數選取
    泄槽邊墻復核所需參數依據《水閘設計規范》(SL265-2001)、《水工擋土墻設計規范》SL379-2007等規定,基于經驗確定[1]。參數選取如下:
1)擋土墻底部與壩體間的摩擦系數:0.5,墻底以下為砂礫石 f=0.5~0.55
2)上部回填砂礫內摩擦角 33º、容重 21kN/m3
3)下部回填砂礫石及戈壁料內摩擦角 35º、容重 20 kN/m3
4)擋土墻容重 24kN/m3
5)地基為礫質粘土,承載力按 300kPa
 
Kc = f åW
å H

式中:Kc—抗滑安全系數;ΣW—垂直于滑動面方向的合力(kN);ΣH—沿滑動面方向的合力(kN);f—摩擦系數。f取 0.5。
 
沿基礎面抗傾穩定計算
K f  = å M f
å M
 
式中:Kf—抗傾覆安全系數;ΣM—傾覆力矩(kN·m);ΣMf—抗傾覆力矩(kN·m);ΣMf、ΣM均為對計算端點的力矩。
(2)計算結果與分析
 
表 1 溢洪道泄槽邊墻穩定性復核結果表
 
  抗滑穩定安全系數 抗傾安全系數   墻底應力  
荷載組合              
  計算值 規范要求 計算值 規范要求 計算內容 計算值(kPa)規范要求
               
          墻底平均應力 132.5 ≤300
基本組合 1.406 ≥1.25 2.28 1.5 墻趾應力 264.9 ≤360
          最大、最小比值 最小值 0 2
          墻底平均應力 150 ≤300
特殊組合Ⅱ 1.23 ≥1.05 2.0 1.4 墻趾應力 301 ≤360
          最大、最小比值 最小值 0 4
從上述復核結果可以看出,溢洪道邊墻抗滑穩定、抗傾穩定均滿足《水工擋土墻設計規范》SL379-2007 要求,墻底最大應力和平均應力均滿足規范要求,但最大和最小應力比值不滿足規范要求。
 
2.溢洪道泄流能力及邊墻高度復核
 
(1)泄流能力復核
 
溢洪道為折線型實用堰,采用實用堰的流量計算公式:
 
Q = mB  2gH3/20
 
式中:Q—流量,m3/s;B-溢流堰總凈寬度,64m;H0—堰上水頭,m,計算斷面可取在堰前(3~6)H 處;g —重力加速度,m/s2;m—流量系數。
不同水位所對應的流量系數及流量如表 2 所示。
 
表 2 溢洪道水位流量關系表
 
水位 H(m) 990 991 992 992.5 993 993.5 994
               
流量系數 m 0.33 0.33 0.35 0.3552 0.359 0.3728 0.3728
流量 Q(m3/s) 23.7 154.9 368.7 497 637.7 813.5 974.9
 
(2) 邊墻高度復核
 
首先采用水利水電程序 D-7計算校核洪水位工況下的水面線,再根據《溢洪道設計規范》SL253-2000 計算摻氣水深[2],計算公式為:
 
h b  = (1 + 100ξV) × h
 
式中:hb—計入摻氣水深及波動的水深;h、V—不計摻氣及波動的水深、流速;ξ —修正系數,在 1.0~1.4 之間選用,流速大者取較大值,本次計算取 1.3。
 
安全超高計算采用《水工設計手冊》的計算公式:
 
=0.61+0.037vh1/3 式中:h-斷面不摻氣水深;v-斷面平均流速。
 
溢洪道邊墻高度復核成果如表 3 所示。
 
表 3 溢洪道墻高復核成果表
 
部位 計算摻氣后最大水深(m) 安全超(m) 計算墻(m) 現狀墻(m)
         
調整段 4.3 0.98 5.28 11.75~8.0
陡坡段 2.52 1.22 3.74 8.0~6.6
泄槽段 2.56 1.3 3.86 6.6~4.2
 
從上表可以看出,溢洪道墻高滿足要求。
 
3.溢洪道加固處理方案
 
(1)排水改造
   庫水位 980.00m 以上時滲水較明顯,冬季槽內有水,已造成凍脹破壞。
   排水孔改造:2000 年加固時曾在 0+149.04 樁號設有 7 個明排水孔,這些排水孔冬季不斷向槽內滲水。處理方案為:將明排水孔封死,設置暗排水管從泄槽下用鋼管引至壩后公路側高程較低處。
(2)溢洪道挑坎溢洪道出口挑流坎施工質量差,剝蝕嚴重,在溢洪道0+500處,即挑坎段,底板混凝土被頂起、斷裂。挑坎段有明顯缺陷4處,裂縫20 余條。本次設計將溢洪道挑坎段拆除重新澆筑挑坎段。新澆筑的挑坎,設計為 U 型槽結構,即邊墻與底板整澆一體,底板厚度0.7m,邊墻厚度頂部0.4m,底部厚度0.7m。
在溢洪道挑坎段,出露巖性為泥巖,褐紫色,泥質結構,層狀構造,產狀 82°NW∠60°,節理密集發育,抗風化能力弱,巖石強風化層多呈豆渣狀、粉末狀。該層泥巖受風化剝蝕、水流等作用影響下,在挑坎底部混凝土與泥巖接觸部位有淘空現象,根據現場地質勘察及分析以往地質資料,底板底部出現的空鼓和空洞連續長度約 26m,且在溢洪道挑坎右側邊坡與泥巖接觸部位也形成 15~20cm 的寬縫。做為溢洪道挑流坎基礎,必須密實,同時注意混凝土的防腐處理。
    對挑坎底部混凝土與河床接觸處淘空部位,計算沖刷深度為 2.2m,并考慮一定的安全余度,確定底部高程為 936m。充填加固混凝土,槽基礎開挖 4m 深,底寬 2m,邊坡 1:2。老擋墻混凝土表面破損嚴重,為防止泄流時發生破壞,在外表面新澆一塊混凝土,頂部厚 0.3m,外坡 1:0.2 坡至 939m 高程。加固圖見 TTHSK-BG-YHD-01。
 新疆某水庫溢洪道除險AG娱乐登录加固分析
(3)下游護岸
    下游護岸年久失修,部分鉛絲籠護坡護底已沖蝕不在,現存在的鉛絲籠銹蝕,嚴重威脅右岸八鋼暗渠。本次設計拆除原鉛絲籠護坡護底部分,重新修建AG娱乐登录護岸結構,AG娱乐登录護岸具有美觀,柔韌性、透水性、耐久性好、施工方便等特點,在工程中應用廣泛。護岸長度約 150m,僅護單側。邊坡采用 1m×1m 鋼絲籠石,護坡高度 3m;河床底部采用 0.5m×1m 鋼絲網護墊,寬度 3m。
 
(4)溢洪道上壩引橋和交通橋溢洪道上雙曲拱橋設計載重量為汽-10 級,已不滿足現
    狀要求,本次除險設計對其加固改建比較了兩種方案:一是加固,二是拆除重建。目前拱橋運行較好,未發現缺陷,從保護原拱橋風貌上來看,應優先選用加固方案;由于拱橋一側與大壩防滲體連接,現狀防滲效果較好,且運行多年,土體與擋墻間沉陷變形已穩定,從避免對大壩與溢洪道接觸部位產生不利影響的角度上來看,亦需優先考慮加固方案;從投資上來看加固方案較省。所以最終推薦加固方案。
 
1)加固方案
    復核原橋承載力。采用 MIDAS/CIVIL 軟件對交通橋進行了計算,取大橋其中一個拱圈及其上部對應結構形式進行建模,考慮了橫向分布系數的影響,并考慮了自重、上部鋪裝荷載以及車輛移動荷載等最不利的荷載組合形式,荷載按公路二級考慮,對大橋拱圈設計進行了復核。
    經計算得拱圈拱頂截面最大彎矩 MY=10.50KN·m,軸力 N=117.45KN,按對稱配筋,需要鋼筋 AS=AS’= 401mm2;拱圈拱腳截面最大彎矩 MY=11.41KN·m,軸力N=327.18KN,需要鋼筋 AS=AS’=810mm2。實際拱圈配筋為 AS=606mm2,AS’=515mm2,拱腳附近需要加強。
    根據武漢華中科技大學土木工程與力學學院王國鼎、唐碧海教授課題組研究的拱橋加固新方法,即從拱背以上加固,僅加固控制截面。具體方法是有效地加強拱腳截面,采用鋼筋混凝土加強拱背。加強拱背的現澆鋼筋混凝土,在拱腳截面處厚度根據計算需 30cm,在加厚段終點處厚度為 10cm,其間逐漸變化。為了消除新老混凝土的收縮差影響,加厚拱圈的混凝土宜采用微膨脹混凝土,混凝土標號不低于 C30。
   優化橋面:拆除原橋面鋪裝,全部予以更新,采用 C40 防水混凝土加強,以提高橋梁的使用壽命并增大橋梁的承載能力。地基承載力復核:現狀情況地基土為壓實的礫質粘土,承載力 300kPa。橋臺為重力式擋墻兼做溢洪道邊墻,擋墻基礎寬 6.22m,荷載為汽-10 級。
   考慮加固后重車荷載為 550kN,經計算擋墻墻踵基底應力增加 55kPa。從安全角度考慮,在墻踵外側采用高壓旋噴灌漿加固,將鉆機放在路基上,用直徑 5cm 的鉆桿,孔深12m,孔距 2m,旋噴灌漿控制成樁直徑 0.8m,使橋臺基礎下有 0.4m 的樁將橋臺支撐住。同時旋噴樁的擠緊作用使樁間土的承載力也相應提高。
   2)拆除新建方案
   溢洪道上交通橋在原拱橋位置上修建。橋型采用簡支梁結構型式,因受溢洪道寬度限制,橋跨徑為 22m,橋面寬8.6m,共一跨。汽車荷載等級為公路—Ⅱ級。該橋上部結構采用裝配式預應力鋼筋混凝土簡支 T 形梁,共 4 片梁,各片中心距 2.15m,T 梁中梁寬 1.6m,邊梁寬 1.9m,梁高 1.5m。橋下部結構采用鋼筋混凝土橋臺,兼做溢洪道邊墻。每端墻下布置 4 根混凝土灌注樁,樁徑1.2m,樁長約 10m,樁端深入至基巖面,樁長約 11m,共2 排,順橋向樁距 3.3m,排距 5.0m。
 
四、結論
   該水庫溢洪道運行年限成,泄槽段兩側邊墻局部混凝土剝蝕、裂縫;出口挑流坎施工質量差,剝蝕嚴重,下游護岸年久失修,鉛絲籠護坡護底部分已沖蝕不在,鉛絲籠銹蝕,嚴重威脅右岸八鋼暗渠。上壩引橋彎道半徑太小,冬季路滑時易發生事故,常有車輛掉入溢洪道內或撞壞橋欄桿。溢洪道上雙曲拱橋設計載重量低為汽-10 級。 針對以上問題,本文對該水庫溢洪道進行除險加固分析,計算泄槽邊墻穩定,復核溢洪道的泄流能力和邊墻高度,最后提出了溢洪道除險加固的處理方案,以保證溢洪道的安全運行。
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