浅析水电站高陡边坡压力钢管燕尾镇墩设计

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1、第51卷第5期甘肃水利水电技术Vo1．51．No．52015年5月GANSUWATERRESOURCESANDHYDROPOWERTECHNOLOGYMay，2015·设计与研究·水电站高陡边坡压力钢管燕尾镇墩设计路书杰．谢亚光(中国葛洲坝集团股份有限公司勘测设计院，湖北武汉430223)摘要：山区小水电多为引水式电站，该类电站水头较高，压力钢管多铺设在高陡边坡上，安全性难以保证。采用燕尾镇墩，使镇墩嵌入完整稳定的岩石，if,1用围岩对镇墩的约束作用，可增强镇墩的抗滑及抗倾覆能力。通过对文家河水电站

2、8镇墩进行设计分析，总结了燕尾墩稳定分析计算方法，并介绍了在高陡边坡上设计镇墩的几点经验。关键词：压力钢管；高陡边坡；燕尾镇墩；嵌入中图分类号：Tv732．41文献标志码：B文章编号：2095—0144(2015)05—0034—021工程概况3镇墩体型比选文家河水电站位于湖北省巴东县沿渡河镇，由高陡边坡压力钢管镇墩位处高陡边坡．镇墩基左引水发电系统和右引水发电系统两部分组成。左础顺水流方向长度不易保证，高陡边坡压力钢管采引水发电系统最大水头292．43m，额定水头277．50m。用燕尾镇墩，镇墩深

3、入基岩．使镇墩基础顺水流方向设计引用流量2．16m／s，装机5MW；右引水发电系长度有效增加，燕尾镇墩与山体形成整体，镇墩抗统最大水头179．49m。额定水头173．50m．设计引用滑、抗倾稳定性加强。则燕尾镇墩是山区高边坡压流量2．22m3／s，装机3．2MW。左引水系统共设置10力钢管设置较为有效的处理方案。文家河电站8镇个镇墩，右引水系统共设置5个镇墩，左右引水系统墩设计因地制宜，对燕尾镇墩体形进行比选优化，选共用下游4个镇墩。其中左引水系统8镇墩最大水定合理的燕尾镇墩。头175．11m．控制

4、工况计算水头218．89m，右引水系图l为初拟燕尾镇墩剖面，燕尾镇墩基础深入统8镇墩最大水头62．17m，控制工况计算水头稳定完整的基岩5m，使燕尾镇墩与山体形成整体，77．7lm。以提高镇墩的稳定能力。通过分析发现初拟燕尾镇根据沿线镇墩支墩布置方案，8镇墩位于坡度墩存在一些问题，即燕尾镇墩尾坎开挖易破坏镇墩较陡的斜坡地段．其安全稳定性影响较大，对镇墩采基础完整性，造成不安全因素。对初拟燕尾镇墩结用专门设计，其基础深嵌入稳定完整的基岩一定深构进行优化(图2)，在不改变燕尾墩平洞开挖量及度，岩石对镇墩

5、的约束作用可增强镇墩的抗滑、抗倾混凝土浇筑量的条件下，取消燕尾镇墩下部尾坎。保能力，同时增加锚索等措施，并应按最不利的可能破留燕尾墩两侧尾坎(图3)，减少镇墩开挖对镇墩基坏形式进行抗倾覆、抗滑移等稳定性方面的计算，确础岩石破坏保其安全性通过对8镇墩进行体型设计及稳定分析，为山区高陡边坡镇墩设计提供一种解决方案。并总结了一种燕尾镇墩稳定计算的方法。2工程地质压力管道所处山体地形地貌、地质构造及其地基岩性等地质环境条件均较好。坡体完整、平直、稳定，第四系覆盖层厚度较小，岩层产状为NE40~NW／__13

6、。，抗剪摩擦系数为0．5，抗剪断摩擦系数为0．65，抗剪断凝聚力为0．5MPa，为岩层倾向坡内的逆向坡，该段岩质边坡开挖后处于基本稳定状态。图1初拟燕尾镇墩剖面收稿日期：2015—05—11作者简介：路书杰(1981一)，男，河南许昌人，工程师，学士，主要从事水利水电工程设计。E—mail：lookingfor666@126．com·34·第5期路书杰，等：水电站高陡边坡压力钢管燕尾镇墩设计第51卷础形心距离Z-2．82m，下游管中心与镇墩基础形心距离Z2=6．5m；上游端管道倾角Ot。=39．72

7、。，下游端管道倾角a2=54．06。；左右引水系统镇墩宽度考虑水头大小及重力因素进行分配，左支镇墩计算宽度取6=2．8m，右支镇墩计算宽度取6=1．4m，左支、右支镇墩分别按以下计算公式计算。(1)钢管对镇墩总水平力∑，总铅直力∑y，侧面总水平力，镇墩计算重力GYx=∑A1COSOtl+Ya2COSOt2一∑Q】sinO／1(1)∑y=∑41sinOt1+∑2sin2+∑Q1COS1+∑Q2(2)Mz=一(∑A1COSOtl一∑QlsinOt1)h1一[(A1sin∑l+∑图2优化燕尾镇墩剖面Q1C

8、OS1)ll一∑A2(h2cost~2+／2sin2]一∑Q2f2(3)—_-‘G=24bhhl(4)_甘l．．弋-一．÷．1一’中：·(2)镇墩抗滑稳定计算·‘：4·●。●圣±(5)-鸯I：●_-．●一．一·_●．．一一--j-．+·』二寸l、／∑2+∑yq．。．．：：—一i(3)镇墩地基应力计算：±丝(6)F式中：卜镇墩基面积。F=bh：——镇墩基面截面模数，62／6。左支、右支镇墩计算结果见表1-2所列。4燕尾镇墩结构稳定计算方法分析燕尾镇墩深入岩石，与周边山体