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坝底水浮力与重力坝状态的关系研究

作者:2019-01-09 01:00文章来源:未知

  摘    要: 随着我国水利工程建设日益普及完善, 针对治理水患与防范未然的重要性。本文通过对坝底水浮力对重力坝稳定性影响进行分析研究, 侧重对坝底水浮力、重力坝建设发展现状进行具体论述, 并根据实际施工情况提供相对优化对策, 为我国重力坝安全稳定提供相关参考。

  关键词: 坝底水浮力; 重力坝; 施工建设;

坝底水浮力与重力坝状态的关系研究

  Abstract: With the popularization and perfection of water conservancy construction in China, it is important to prevent and control flood. In this paper, the influence of bottom water buoyancy on the stability of gravity dam is analyzed and studied, with emphasis on the bottom water buoyancy and the development status of gravity dam construction, and the relative optimization countermeasures are provided according to the actual construction conditions. It provides relevant reference for the safety and stability of gravity dams in China.

  Keyword: Bottom water buoyancy; Gravity dam; Construction;

  坝底水浮力是一种不可避免的影响因素, 基于重力坝建设施工的重要性, 本文对影响重力坝稳定性的坝底“水浮力”进行侧重分析, 将坝底水浮力与重力坝二者之间的“关联性”进行阐明, 并根据重力坝现场施工、设计情况, 采用相对的优化抗浮措施, 为重力坝建设整体稳定安全竣工奠定基础。

  1、 坝底水浮力概述

  随着我国建筑工程施工水平不断提升, 桥坝工程作为我国重点基础性保障施工, 具有相对的重要性与作用性。现阶段, 我国桥坝工程建设项目较多, 由于地理环境、水质环境、施工因素等诸多限制一度导致工程施工的滞后性、局限性。其中, 坝底水浮力对重力坝稳定性尤为重要。不仅对重力坝整体结构造成冲击影响, 还对重力坝安全性、稳定性构成相对威胁。因此, 通过对坝底水浮力对重力坝稳定性的影响分析, 可以从更为科学、客观的角度去看待问题、处理问题。本章节对坝底水浮力进行具体概述, 水浮力是指水流自身产生的承载力与起伏力, 水浮力会根据上方承载物体属性、体积、质量的不同, 而产生不同的浮力效果。但不变得使水浮力始终保持“浮力”的存在产生。例如:皮球、木头、石头三者导致不同的水浮力产生, 本文以坝底水浮力为研究对象。坝底水浮力与建筑工程中的地下水浮力不同, 地下水由于水流过缓、且对建筑物本身冲击力较弱。基于工程抗浮力、抗水压的重要性。坝底水浮力在水压、水流量等都远大于地下水浮力。所以, 基于坝底水流、水压等实际情况, 按照水浮力计算公式, 对其坝底水浮力进行精确计算。具体如下:水浮力计算公式F=PGH;F=水的浮力;P=液体的密度;g=重力常数是9.8kg/N, 一般取10kg/N;h=液柱的垂直高度。另外, 坝底水浮力可以对重力坝上方水压造成起伏影响。这种起伏影响决定重力坝对水流的阻止力, 并使重力坝靠自身自重产生的抗滑力逐渐下降[1]。

  2、 现阶段我国重力坝概述与发展现状

  2.1、 重力坝概述

  随着我国水利工程建设水平逐渐提升, 治理水患与保障生产一直我国重点稳定战略发展之一。其中, 重力坝对防止水患产生与控制洪水泛滥起到极为重要的保障作用。重力坝多为砼或浆砌石施工成形阻水性建筑物, 重力坝整体剖面为直角三角形结构, 由若干坝段结构组合成坚固整体。重力坝主要体现在水流压力与相对因素荷载作用下, 采用依附该坝体自身重量形成的抗滑力满足其稳定安全需求。同时, 依附该坝体自身重量形成的压力来抵消来自水压力所产生的拉应力, 进而满足强度需求[2]。在水流压力与相关因素外荷载作用下, 还是依附重力坝自身重量来保持稳定平衡。其断面基本呈三角形, 筑坝材料多为为混凝土及浆砌石。据统计, 世界各国在修建大坝时, 重力坝在其建设、修筑的坝体中占据较高的比例范畴。在中国的坝工建设中, 混凝土重力坝占据极大比例, 在30座高150m以上的高坝中, 混凝土重力坝就有20座。

  2.2、 我国重力坝发展现状

  现阶段, 我国重力坝建设投入较为完善, 其覆盖范围相对较大。从长江三峡、都江堰水电站、两家人水电站等都建有诸多重力坝保障设施。从大禹治水时代开始, 水患一直是困扰我国发展建设与民族融合的重要影响因素。1998年“抗洪抢险”中中央领导充分认识到“重力坝”的重要性与意义性。基于长期发展角度考虑, 新时期以来, 我国大力投入重力坝工程建设, 并对影响重力坝的诸多因素进行研究分析。如水流水压、水浮力、地理地貌、地质、水质环境等。因此, 未来我国重力坝发展将更为实用化、现代化、效率化[3]。

  3、 坝底水浮力对重力坝稳定性的影响分析

  3.1、 加强优化抗浮设计

  在重力坝设计阶段应该针对坝底水浮力的影响性, 针对性的加强抗浮设计。具体如下:第一、应该对重力坝底部进行“单元格”式设计。即将重力坝底部进行若干结构单元进行有效抗浮, 该设计理念满足抗浮验算标准。第二、重力坝主体设计应该采用“桩”核心基础设计, 并加注钢筋混凝体结构, 使坝底地基坚固稳定。第三、在重力坝地基设计时应加大其地基深度, 按照水流冲击、水压程度、浮力情况等进行精确验算, 保障其地基深度的合理性、牢固性。

  3.2、 施工阶段的抗浮对策

  坝底水浮力对重力坝稳定性造成影响主要体现在水浮力的“程度性”, 这种程度性涉及问题因素较多, 具有较大的不确定性、易变化性等。因此, 在具体施工阶段应该采用抗浮锚桩协助抗浮。抗浮锚桩在重力坝施工中有其较大的应用空间。对“大面积、大范围、大水域”都有其应用优势, 当坝底水压较大时可以采用“分布式抗浮锚桩”, 该施工方法较为简单、抗浮效果较好, 且经济实用无需大量成本投入[4]。

  3.3、 高、低水位的抗浮力优化措施

  第一、针对高水位区域中的重力坝施工, 应该从其地基入手。考虑水下环境与水质、地质的复杂性。在该重力坝地基施工设计时应将侧重点放在抗浮稳定方面, 而不是地基的承载力。建议运用抗拔桩、抗浮锚桩并加覆土等方式进行抗浮的优化方案。第二、在抗拔桩、抗浮锚桩运用时一定要做好“拔与压”的双向受力验算。并对坝底水浮力进行精准计算, 保障其数值的准确性与合理性。第三、针对低水位区域中的重力坝施工, 应该对其投入的抗浮覆土与坝底水浮力按照内摩擦角 (直角三角形) 截面进行抗浮力计算。将抗拔桩、抗浮锚桩尽量布置在重力坝底部桩体、墙面处, 保障其抗拔桩、抗浮锚桩可以均匀受力, 起到相对的抗浮效果[5]。因此, 从重力坝稳定性、安全性角度来讲坝底水浮力的影响性尤为重要。而高、低水位区域则出现差异化较大的坝底水浮力效果。在具体实际的重力坝施工建设中, 应该对建设施工水域进行充分了解, 对相关数据信息做到精准、客户、合理掌握, 进而为重力坝施工建设的全面抗浮作用发挥奠定基础。

  4、 结论

  综上所述, 坝底水浮力对重力坝稳定性影响颇大。本文通过对水浮力、重力坝分别进行具体概述, 并针对我国重力坝发展现状进行针对性抗浮分析, 将问题的实质性、影响性、应对性进行充分阐述, 并提出相关优化意见, 为我国重力坝施工建设的顺利开展奠定坚实基础。

  参考文献:

  [1]UTILIStefano, 尹振宇, 蒋明镜.坝底水浮力对重力坝稳定性的影响分析[J].岩石力学与工程学报, 2018, 27 (8) :1554-1568.
  [2]李美蓉, 陈媛, 张林, 等.复杂地质条件下多结构面对重力坝坝基稳定性的影响及处理[J].岩土力学, 2017, 44 (S1) :328-333.
  [3] 刘建.高混凝土重力坝—基岩系统安全性与施工参数智能优化方法研究[D]. 2017, 45 (12) :1-2.
  [4]韩玙.重力坝稳定分析考虑齿墙作用的探讨[J].电网与清洁能源, 2017, 12 (3) :46-48.
  [5]韩健, 卢玲, 包芬芬.对重力坝设计深层抗滑稳定分析的探讨[J].中国水运 (下半月) , 2017, 14 (1) :309-311.

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