面板堆石坝坝体溢洪道底板加固措施 概述及底板稳定分析

图１ 外包混凝土锚拉筋加固形式示意 在安全可行前提下， 这种加固方式具有几个优点： ①较 实际工程采用的阻滑板和锚筋网措施节省工程量； ② 与阻滑 板方式比较， 对坝体堆石料填筑影响较小； ③ 底板下的层间 排水通畅， 无浮托力； ５ ］ 中的带有地锚的底板加固 ④较文献［ 形式， 能够保护锚筋， 同时可以弥补该结构易产生侧向或竖
表１ 几座溢流面板堆石坝底板加固措施部分信息
加固措施 位置 阻 滑 板 长／ ｍ 宽／ ｍ 厚／ ｍ 尾部锚筋 锚 拉 筋 锚固端形式 锚拉筋形式 铅直间距 ／ ｍ 锚筋长度 ／ ｍ 工程名称 克罗蒂坝 底板顶端 １ ０ 同底板宽 ０ ３ 无 与堆石体锚固 裸露 ２ ５ 新疆榆树沟水库 底板顶端 ５ 同底板宽 — ５ｍ长， 混凝土包裹 与堆石体锚固 混凝土包裹 ２ １ ０ 浙江桐柏下库 底板顶端 ４ ４ 同底板宽 ０ ４ 无 与钢筋混凝土横梁锚固 钢管包裹 ２ １ ０ 红瓦屋水库 底板顶端 ３ 同底板宽 — ６ｍ长， 混凝土包裹 — 混凝土包裹 ３ ． ５ ４
３ ］ 向位移 ［ 而影响稳定的缺点； ⑤使用外包混凝土预制构件有
工程经验可以借鉴， 榆树沟坝在底板加固中采用了混凝土预 制构件。
收稿日期： ２ ０ １ ３ １ ０ １ ４ 作者简介： 廖海梅， 女， 广西梧州人， 主要从事水利工程结构研究工作。
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２ 泄槽底板抗滑 稳定性计算公式 现对采用图 １所示的加固措施的泄槽底板作抗滑稳定 分析， 绘制受力计算简图（ 图２ ） 。考虑到泄槽底板与水平锚 固结构连成整体， 假设锚拉筋没有被剪断， 而沿着可能的坡 面滑动， 因此以混凝土横梁外边缘至底板下端的连线（ 图２ 中虚线） 作为可能滑动面。 应用静力理论受力分析， 得到潜在滑动面的抗滑稳定计 算公式： 图２ 带外包混凝土锚拉筋时潜在滑动体受力示意 Ｋ ＝ ｆ ［ （ Ｗ ） ｃ ｏ ｓ ｓ ｉ ｎ （ ）－Ｆ ｃ ｏ ｓ （ ）－Ｅ ｓ ｉ ｎ ］ β＋Ｔ α－β α－β β １ ＋Ｗ ２ ＋Ｗ ３ ＋Ｗ ４ ＋Ｇ １ ＋Ｇ ２ ＋Ｇ ３ ＋Ｇ ４ ＋Ｇ ５ ＋Ｇ ６ ｐ ａ Δ Ｗ ） ｓ ｉ ｎ ｃ ｏ ｓ （ ）＋Ｆ ｓ ｉ ｎ （ － ） ＋Ｅ ｃ ｏ ｓ （ β＋Ｔ α－β α β β １ ＋Ｗ ２ ＋Ｗ ３ ＋Ｗ ４ ＋Ｇ １ ＋Ｇ ２ ＋Ｇ ３ ＋Ｇ ４ ＋Ｇ ５ ＋Ｇ ６ ｐ ａ Δ （ １ ）
ｆ ［ （ Ｗ ） ｃ ｏ ｓ ｓ ｉ ｎ （ ）－Ｆ ｃ ｏ ｓ （ ）－Ｅ ｓ ｉ ｎ ］ β＋Ｔ α－β α－β β １ ＋Ｗ ２ ＋Ｗ ３ ＋Ｗ ４ ＋Ｇ １ ＋Ｇ ２ ＋Ｇ ３ ＋Ｇ ４ ｐ ａ Δ Ｗ ） ｓ ｉ ｎ ｃ ｏ ｓ （ ）＋Ｆ ｓ ｉ ｎ （ ）＋Ｅ ｃ ｏ ｓ （ β＋Ｔ α－β α－β β １ ＋Ｗ ２ ＋Ｗ ３ ＋Ｗ ４ ＋Ｇ １ ＋Ｇ ２ ＋Ｇ ３ ＋Ｇ ４ ｐ ａ Δ ３ 关于影响泄槽底板稳定因素的探讨
人民珠江 ２ ０ １ ４年第 １期·Ｐ Ｅ Ａ Ｒ ＬＲ Ｉ Ｖ Ｅ Ｒ ｄ ｏ ｉ ： １ ０ ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ｉ ｓ ｓ ｎ １ ０ ０ １ ９ ２ ３ ５ ２ ０ １ ４ ０ １ ０ １ ７
面板堆石坝坝体溢洪道底板加固措施 概述及底板稳定分析
式中各字母的含义， 根据图中所在外置， 与（ １ ） 式相应。
以某溢流面板堆石坝工程为算例， 探讨泄槽底板的稳 定： 当改变影响泄槽底板稳定的一个或多个因素的大小时， 由式（ １ ） 、 （ ２ ） 得到的稳定安全系数有怎样的变化。该面板 堆石坝坝高 ８ ３ｍ ， 最大流量 ２ ４ ５ｍ／ ｓ ， 溢洪道泄槽宽 １ ２ ２ｍ ， ： １ ５ ， 最大流速为 ３ ０ｍ／ ｓ ， 底板尺寸 ２ ４ｍ× １ ２ｍ 泄槽坡比 １ × ０ ５ｍ （ 长× 宽× 厚） ， 水平阻滑板长 １ ０ｍ ， 厚为 ０ ３ｍ ， 与 底板同宽（ 锚拉筋加固措施时： 相应外包混凝土锚拉筋 ０ ２ ｍ× ０ ２ｍ× １ ０ｍ ， 混凝土横梁为 ０ ５ｍ× ０ ５ｍ× １ ２ｍ ） ， 参 数取值见表 ２ 。 图３ 带阻滑板时潜在滑动体受力示意
表２ 泄槽底板稳定相关参数取值 水容重 坝料容重 坝料容重 计算部位 的流速 ｖ／ （ ｍ ·ｓ ） ３ ０
－ １
泄槽 底板长 ｌ ／ ｍ ２ ４
泄槽 底板宽 ｂ ／ ｍ １ ２
泄槽底 板厚 ｍ δ／ ０ ５
阻滑 板厚 ′ ／ ｍ δ ０ ３
为方形混 凝土横条 ｍ 截面长 δ／ ０ ５
— —潜 在 滑 动 面 以 上 坝 体 重； 混凝土横 条 自 重；Ｇ ６— Ｔ — — —水流拖曳力；Ｆ — —脉动压力；Ｅ — —土 压 ｐ— ａ— Δ 力。 为对该加固措施和阻滑板加固措施进行比较， 现也给出 带阻滑板时的潜在滑动面和受力图（ 图３ ） 。阻滑板加固措 施的潜在滑动面稳定计算公式为： （ ２ ）
＇
板面糙率 系数 ｎ ０ ０ １ ５
板顶平均
计算处
ｒ （ ｔ ·ｍ－３ ） ｒ ／ （ ｔ ·ｍ－３ ） ｒ （ ｔ ·ｍ－３ ） ｏ／ ｔ ｃ／ １ ２ １ ２ ４
′ ／ ｍ 水深 ｈ／ ｍ 水深 ｈ ０ ７ ０ ７
ｆ
／ ° α
０ ８ ４ ３ ３ ７
注： ｈ ′ 为计算处水深， 在此处理成与平均水深相等， ｍ 、 ｆ 、 α意义同上
— — —坝体料摩擦系数； — —泄槽底板坡角；β — — — 式中 ｆ α— 可能滑动面与水平面的夹角；Ｗ — —底板顶水重； １— — —锚拉筋土条顶坝料重； — —锚拉筋顶底板 Ｗ Ｗ ２— ３— 重； — —锚拉 筋 顶 水 重；Ｇ — —泄 槽 底 板 自 重； Ｗ ４— １— — —支墩自重；Ｇ — —支墩板自重；Ｇ — —与混 Ｇ ２— ３— ４— 凝土横条同高、 宽， 与锚拉筋同长的土条重；Ｇ — — ５— Ｋ＝
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可见， 按照公式（ １ ） 和（ ２ ） ， 在其他参数不变情况下， 用 带 ５ｍ长的外包混凝土锚拉筋或 ６ ｍ 长的阻滑板， 底板可以 满足稳定要求。 ３ １ 流速 ｖ 、 加固长度 ｌ ′ 对安全系数 Ｋ的影响 除阻滑板厚度为 ０ ５ｍ ， 其他参数同算例。通过只改变 ｖ 或ｌ ′ 或同时改变两者的值时， 探讨 Ｋ的变化情况。为方便 和 ｈ值（ 表４ ） ， 讨论， 现按照流量不变的原则， 得到若干组 ｖ 分别代入（ １ ） 和（ ２ ） 式， 对结果数据进行分析并用 ｍ ａ ｔ ｌ ａ ｂ处 理， 得到一系列的曲线图形。观察图 ４曲线可发现以下规
ｈ／ ｍ 项目 １ ０ ２ １ １ ３ １ ６ １ ５ １ ５ １ ４
表４ ｖ 与ｈ 的取值 Ｖ ／ ｍ １ ７ １ ２ ４ ２ ０ ２ ２ ２ ５ ２ ６ ２ ８ ３ ０ ７ ０ １ ０ ５ ０ ９ ６ ２ ０ ８ ４ ０ ８ １ ７ ０ ７ ５
３ ２ 流速 ｖ 、 底板厚度 δ 对安全系数 Ｋ的影响 分别取 δ＝ ０ ３ 、 ０ ４ 、 ０ ５ 、 ０ ６ｍ ， 其他计算条件和数据处 理方法同上。据图 ６在 ｌ ′ 和ｖ 相同下， Ｋ随 δ 的增加而增加， 但增加不明显（ 其他流速有同样的规律） 。
ａ ） ｖ ＝ ３ ０ｍ／ ｓ 、 ｈ ＝ ０ ． ７ｍ时 δ 、 Ｋ和 ｌ ’ 的关系
图４ ｍ ａ ｔ ｌ ａ ｂ 处理曲线
注： 图中从最上面一条曲线依次往下到最下面一条， 对应的 ｖ 和 ｈ 分别为表 ４从左到右的值
ｂ ） ｖ ＝ ２ ２ｍ／ ｓ 、 ｈ ＝ ０ ． ９ ６ ２ｍ时 δ 、 Ｋ和 ｌ ’ 的关系 注： 图中从最下面一条曲线依次往上到最上面一条， 对应的锚拉 筋长度 ｌ ′ 分别为 ３ 、 ４ 、 ５ 、 ６ 、 ７ 、 ８ 、 ９ 、 １ ０ 、 １ １ 、 １ ２ｍ
廖海梅， 赵
摘
青
贵阳 ５ ５ ０ ０ ２ ５ ）
（ 贵州大学土木建筑工程学院， 贵州
要： 溢流面板堆石坝修建于高山峡谷时有较明显的经济优势， 是一种具有竞争性的坝型。由于起步较晚， 理论
发展还不成熟， 设计主要依靠较少的工程经验。从探讨底板加固措施出发， 基于静力学理论， 得到采用钢筋混凝土 格栅式底板加固方式下的稳定计算公式， 并通过改变流速、 加固措施长度和底板厚度等参数， 分析稳定安全系数的 变化规律。 关键词： 溢流面板堆石坝； 钢筋混凝土格栅式底板； 加固措施； 泄槽底板 中图分类号： Ｔ Ｖ ６ ４ １ ． ４＋ ９ 文献标识码： Ｂ 文章编号： １ ０ ０ １ ９ ２ ３ ５ （ ２ ０ １ ４ ） ０ １ ０ ０ ６ ０ ０ ４ ０ 前言 溢流面板堆石坝是近 ２ ０年来出现的新坝型， 由于其在 高山峡谷中修建， 可以大大节省岸边溢洪道的开挖量和高边 坡的处理， 引起了水工工作者的广泛兴趣和关注。目前在国 内这种坝型得到不断发展， 修建数量亦逐步增多， 同时注意 到其设计主要还是依靠经验， 理论研究和模型实验较少， 并且 都还未经过设计流量的考验； 底板加固措施也处于探索阶段， 已建工程中采用阻滑板和锚拉筋结合的加固措施， 也有学者 提出简化的加固措施， 并认为可满足底板抗滑稳定要求。 １ 面板堆石坝坝身溢洪道底板加固措施 世界第一座溢流面板堆石坝— — —澳大利亚克罗蒂面板 坝， 在每一块叠瓦式底板的顶部布置水平阻滑板， 同时还在 底板和坝体之间布置水平锚筋， 加强泄槽底板和坝体的整体 作用。国内随后修建的溢流面板坝底板加固措施就以此为雏 形， 并根据工程的实际运行情况、 施工条件等进行改进。现将 已建的几座溢流面板堆石坝底板加固措施基本情况列于表 １ 。
６ １
律： 相同下， Ｋ随锚拉筋长度增加而增加； ′ 相同 ①在 ｖ ②在 ｌ 下， 随着 ｖ 的增大， Ｋ减小， 经分析， 其原因是脉动压力和拖曳 力的增加， 减弱了滑动体的抗滑能力而加强了其滑动趋势。 又根据图 ５和对应的成果数据有： 值 ① 对于文中讨论的 ｖ （ 表４ ） 和ｌ ′ 值的范围（ ｌ ′ ＝ ３ 、 ４ １ ２ｍ ） ， 在 Ｋ＞ １下， 锚拉筋 每增长 １ｍ ， Ｋ相应增大的范围为 ０ ０ ６ １～ ０ １ １ １ ， 阻滑板每增 ， Ｋ相应增大的范围为 ０ ０ ６ １～ ０ １ １ １ ， 可见 ｌ ′ 对 Ｋ的贡 长 １ｍ 献相当可观； 值对应的曲线曲率随 ｌ ′ 的增大而变小， ②不同 ｖ 即 Ｋ的增加量 △Ｋ随 ｌ ′ 的增大而变小， ｌ ′ 对抗滑稳定安全的 贡献趋于减弱； 值增大， ｌ ′ 对 Ｋ的贡献越明显。对于阻 ③随 ｖ 滑板加固的情况有相同的规律， 不再复述。