西名村分水口稳定分析

2013-08-12 05:55韩子波

河南科技 2013年18期

关键词：分水南水北调水闸

李旺韩子波

（南水北调中线建管局河南直管局，河南郑州 450016）

西名村分水闸位于南水北调京石段总干渠桩号275＋650处，位于河北省、新乐市境内，分水口门为总干渠上的重要建筑物，主要负责向新乐市区供水。

1 基本资料

1.1 分水口的工程规模及等级

南水北调中线工程分水口门为总干渠上的重要建筑物，按1 级建筑物设计[2]。分水口门设计水位由总干渠节制水位决定，按其工程规模为小型，总干渠上最近节制闸闸前设计水位减0.1m 的水位波动考虑，过闸水头损失除中管头分水口外，均要求不大于0.2m。分水口为1 级建筑物。

1.2 地震级别

工程场地地震基本烈度根据《南水北调中线工程沿线地震加速度图》为6°，分水口抗震设计烈度取7°，地震加速度代表值ah=0.05g。

1.3 特征水位

设计水位 73.669m；加大水位 74.084m。

2 荷载的计算

2.1 作用荷载

自重；水重；上、下游静水压力；扬压力；浪压力；地震荷载等[3]。其中浪压力，扬压力，淤沙压力小，故略去。

2.2 分水口结构自重

分水口结构的自重包括底板自重、八字墙、闸墩自重、胸墙自重、启闭机自重等。本分水口使用的建筑材料主要是钢筋混凝土，根据国家标准混凝土容重可采用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）八字墙自重：1061.5KN；（3）闸墩自重：624KN；（4）胸墙自重：57.6KN；（5）启闭机自重：10KN；（6）分水口结构自重：4148.57KN。

2.3 水重

作用在分水口底板的水重应按照其实际体积及水的容重计算确定。水的容重一般为10KN/m3，[4]在多泥沙河流上的分水口，应考虑水重含的悬移质泥沙对水的容重的影响，由于本分水口在南水北调渠道上，本渠道引水含泥沙极少，因此采用10 KN/m3。分水口底板存水的面积为88.36m2。

（1）当渠道为设计水位时，88.38×5×10KN/m3；（2）当渠道为加大水位时，88.38×5.415×10KN/m3。

2.4 水平压力

根据实践经验，对水闸闸室抗滑，稳定起控制作用的是上游可能出现的最高挡水位，下游位常水位或无水时的水位组合条件。因为后一种组合时，上下游水位差较大，对结构的抗滑稳定不利。

渠道的设计水位为73.669m，加大水位为74.048m,底板相邻沉陷缝长度8.5m。

本分水口为混凝土铺盖，如下图。

（1）当渠道水位为设计水位时：P1=1/2γH22 L；p1=1/2×10×5×5×8.5=1062.5。

上游水压力计算图

（2）当渠道水位为加大水位时：P2=1/2γH22 L；p2=1/2×10×5.38×5.38×8.5=1230.1。

2.5 地震荷载

地震荷载水平向地震惯性力和地震动水压力；地震荷载作用分向系数1.0。

（1）水平向的惯性力

采用拟静力法计算地震作用效应，沿水闸高度作用于质点i 的水平向地震惯性力代表值按下式计算：

式中：Fi——作用在质点i 的水平向地震惯性力代表值；ξ——地震作用的效应折减系数，取为0.25；GEi——集中在质点i 的重力作用标准值；ai——质点i 的动态分布系数；g——重力加速度。

列表计算见表1。

表1 地震静荷载计算值

（2）地震动水压力

采用拟静力法计算地震作用效应，总地震水压力按下式计算：

列表计算见表2。

表2 地震动荷载计算值

3 荷载组合

水闸在施工，运行，检修中，各种荷载的大小及分不情况是随机变化的[1]，考虑各种荷载出现的机率，将实际上可能同时出现的各种荷载进行最不利的组合，并将水位作为组合条件。荷载分为基本组合和特殊组合两类：(1)基本组合：设计水位：分水口自重、水重、静水压力；加大水位：分水口自重、水重、静水压力。(2)特殊组合：加大水位、分水口自重、水重、静水压力、地震荷载。

计算结果见下表3。