高水頭水電站壓力鋼管鎮(zhèn)墩設(shè)計若干技術(shù)問題探討

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1、設(shè)計與施工水利規(guī)劃與設(shè)計2011年第2期高水頭水電站壓力鋼管鎮(zhèn)墩設(shè)計若干技術(shù)問題探討王興云婁紹撐(浙江省水利水電勘測設(shè)計院杭州310002)【摘要】文章簡要論述了小型水電站鎮(zhèn)墩設(shè)計現(xiàn)狀和一般設(shè)計原則，著重探討高水頭、小流量水電站鎮(zhèn)墩設(shè)計中的若干技術(shù)問題和必須引起重視的環(huán)節(jié)。通過總結(jié)，對鎮(zhèn)墩設(shè)計及有關(guān)規(guī)范提出了建議?！娟P(guān)鍵詞】水電站鎮(zhèn)墩關(guān)鍵技術(shù)經(jīng)驗建議【中圖分類號】TV732．4【文獻標識碼】C【文章編號】1672—2469(2011)02—0050-03【D0I編碼】10．3969／j．issn．1672—2469．2011．0

2、2．018不具體，缺乏指導性，規(guī)范的欠缺之處大致如下。1引言(1)對于鎮(zhèn)墩結(jié)構(gòu)設(shè)計應計算的內(nèi)容規(guī)定不夠目前，國內(nèi)鎮(zhèn)墩設(shè)計可依據(jù)的現(xiàn)行規(guī)范和設(shè)計全面；手冊主要有：《水電站壓力鋼管設(shè)計規(guī)范》、《小型(2)抗滑穩(wěn)定計算可采用的公式未明確，設(shè)計水力發(fā)電站設(shè)計規(guī)范》和《水工設(shè)計手冊》等，根時只能參照水工設(shè)計手冊去執(zhí)行；據(jù)這些規(guī)范和手冊，需要進行如下鎮(zhèn)墩設(shè)計計算：(3)水平轉(zhuǎn)彎處鎮(zhèn)墩的結(jié)構(gòu)計算比較復雜，特(1)建基面抗滑穩(wěn)定計算，即鎮(zhèn)墩在承受各種力的別是基底應力的計算，規(guī)范中應明確采用的計算方作用下，鎮(zhèn)墩抗滑安全系數(shù)大于允許安全系數(shù)；法；(

3、2)對于陡坡上的鎮(zhèn)墩，若基巖面以下存在不利結(jié)(4)對于保證鎮(zhèn)墩整體性的細部結(jié)構(gòu)設(shè)計沒有構(gòu)面時，還應沿不利結(jié)構(gòu)面進行驗算；(3)基底應說明，有關(guān)計算要求也缺乏。力計算，即地基最大應力要小于地基允許承載力；2．2業(yè)內(nèi)對高水頭、小流量鋼管缺乏技術(shù)總結(jié)(4)當鎮(zhèn)墩較高時，還應進行抗傾覆驗算。筆者參加了2010年第七屆全國水電站壓力管由于鎮(zhèn)墩整體性不足，造成一些工程發(fā)生質(zhì)量道學術(shù)會議，會議上交流內(nèi)容是大型水電站壓力管事故。因此，除了把鎮(zhèn)墩作為一個整體進行抗滑、道，形式主要為埋管。而對于高水頭、小流量的壓地基應力及抗傾覆計算外，還必須對鎮(zhèn)墩

4、的體型、力管道幾乎沒有交流。實際上我國也建設(shè)了大量的選用材料及配筋布置等細部結(jié)構(gòu)進行設(shè)計，以確保高水頭、小流量水電站，如若進行認真總結(jié)是很有鎮(zhèn)墩的整體性。價值的。對于大型壓力鋼管，國內(nèi)已經(jīng)積累了豐富的經(jīng)3鎮(zhèn)墩設(shè)計中若干技術(shù)問題探討驗。本文主要探討高水頭、小流量壓力明鋼管鎮(zhèn)墩的設(shè)計。3．1抗滑穩(wěn)定計算公式《水電站壓力鋼管設(shè)計規(guī)范》對鎮(zhèn)墩的抗滑穩(wěn)2小型水電站鎮(zhèn)墩設(shè)計存在的問題定計算沒有明確公式類型，《水工設(shè)計手冊》中推近年來，筆者通過幾個高水頭、小流量水電站薦的是抗剪公式(即摩擦公式)，安全系數(shù)K不小設(shè)計工作，對鎮(zhèn)墩設(shè)計有了較深刻的

5、認識，認為目于1．5～2。前國內(nèi)小型水電站鎮(zhèn)墩設(shè)計存在如下問題。2．1設(shè)計規(guī)范中的不足作者簡介：王興云(1979年一)，男，工程師，從事水利工程設(shè)計規(guī)范中關(guān)于鎮(zhèn)墩、支墩的內(nèi)容相對較少且設(shè)計工作?！?8·設(shè)計與施工水利規(guī)劃與設(shè)計2011年第2期對于手冊中的公式和安全系數(shù)要求，業(yè)內(nèi)也存對于水平轉(zhuǎn)彎角度較大的空間轉(zhuǎn)彎，往往是垂在疑問和爭論。當按抗剪公式計算的系數(shù)K為1．5直水流方向的水平推力大，鎮(zhèn)墩體型設(shè)計時就需要～2時，則按抗剪斷公式計算的系數(shù)K可達6～選擇較大的鎮(zhèn)墩寬度，否則基底應力很難滿足不出1O。因此，我們不禁會思考：對于鎮(zhèn)墩

6、抗滑穩(wěn)定驗現(xiàn)拉應力的要求。這種情況跟豎向彎管鎮(zhèn)墩情形有算，是否可以采用重力壩規(guī)范推薦的抗剪斷公式?較大區(qū)別。若采用抗剪斷公式，最小安全系數(shù)取多大是合適3．3鎮(zhèn)墩開裂及上突彎管鎮(zhèn)墩的設(shè)計的?鎮(zhèn)墩要承受內(nèi)水壓力、管段的軸向力和轉(zhuǎn)彎處抗剪強度公式?jīng)]有考慮基底粘結(jié)力，對于底面的不平衡水壓力，還要適應鋼管徑向變形，是一個積較大的鎮(zhèn)墩是偏保守的。筆者認為采用抗剪斷強受力復雜的結(jié)構(gòu)。既要靠自身重量保證鋼管的穩(wěn)度公式計算底面積較大的鎮(zhèn)墩抗滑穩(wěn)定更為合理。定，又要有合理的配筋和布置來保證不開裂或控制《混凝土重力壩設(shè)計規(guī)范》中抗剪斷強度公式安全開裂

7、寬度。系數(shù)為3．0，對應的抗剪強度公式安全系數(shù)K上突彎管鎮(zhèn)墩尤其突出，國內(nèi)若干電站(如早為1．O5，相差了3倍左右。鎮(zhèn)墩一般位于斜坡上，期的西洱河四級、近期的白水河二級等)已經(jīng)出現(xiàn)穩(wěn)定條件和施工條件較差，采用較大安全系數(shù)是合縱向開裂。上突彎管鎮(zhèn)墩由于不平衡水壓力的合力適的。建議若采用抗剪斷強度公式計算抗滑穩(wěn)定，方向朝上，混凝土容易開裂，此類鎮(zhèn)墩一旦出現(xiàn)腰安全系數(shù)可取4．5～5．0。線縱向裂縫，腰線以上混凝土有被掀起的危險。3．2空間彎管鎮(zhèn)墩結(jié)構(gòu)計算上突彎管鎮(zhèn)墩除應滿足一般鎮(zhèn)墩的穩(wěn)定和地基《水電站壓力鋼管設(shè)計規(guī)范》對鎮(zhèn)墩的結(jié)構(gòu)計應

8、力要求外，還應校核它的縱向開裂和研究開裂后算沒有明確，設(shè)計中主要參考《水工設(shè)計手冊》進的安全性。行抗滑穩(wěn)定和基底應力等驗算。設(shè)計手冊是以豎向3．3．1上突彎管鎮(zhèn)墩的受力轉(zhuǎn)彎的彎管上的鎮(zhèn)墩進行合力計算說明。在明鋼管上突彎管鎮(zhèn)墩的受力情況見圖2。的布置中，為減少轉(zhuǎn)彎