高水头水电站压力钢管镇墩设计若干技术问题探讨

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1、设计与施工水利规划与设计2011年第2期高水头水电站压力钢管镇墩设计若干技术问题探讨王兴云娄绍撑(浙江省水利水电勘测设计院杭州310002)【摘要】文章简要论述了小型水电站镇墩设计现状和一般设计原则，着重探讨高水头、小流量水电站镇墩设计中的若干技术问题和必须引起重视的环节。通过总结，对镇墩设计及有关规范提出了建议。【关键词】水电站镇墩关键技术经验建议【中图分类号】TV732．4【文献标识码】C【文章编号】1672—2469(2011)02—0050-03【D0I编码】10．3969／j．issn．1672—2469．2011．0

2、2．018不具体，缺乏指导性，规范的欠缺之处大致如下。1引言(1)对于镇墩结构设计应计算的内容规定不够目前，国内镇墩设计可依据的现行规范和设计全面；手册主要有：《水电站压力钢管设计规范》、《小型(2)抗滑稳定计算可采用的公式未明确，设计水力发电站设计规范》和《水工设计手册》等，根时只能参照水工设计手册去执行；据这些规范和手册，需要进行如下镇墩设计计算：(3)水平转弯处镇墩的结构计算比较复杂，特(1)建基面抗滑稳定计算，即镇墩在承受各种力的别是基底应力的计算，规范中应明确采用的计算方作用下，镇墩抗滑安全系数大于允许安全系数；法；(

3、2)对于陡坡上的镇墩，若基岩面以下存在不利结(4)对于保证镇墩整体性的细部结构设计没有构面时，还应沿不利结构面进行验算；(3)基底应说明，有关计算要求也缺乏。力计算，即地基最大应力要小于地基允许承载力；2．2业内对高水头、小流量钢管缺乏技术总结(4)当镇墩较高时，还应进行抗倾覆验算。笔者参加了2010年第七届全国水电站压力管由于镇墩整体性不足，造成一些工程发生质量道学术会议，会议上交流内容是大型水电站压力管事故。因此，除了把镇墩作为一个整体进行抗滑、道，形式主要为埋管。而对于高水头、小流量的压地基应力及抗倾覆计算外，还必须对镇墩

4、的体型、力管道几乎没有交流。实际上我国也建设了大量的选用材料及配筋布置等细部结构进行设计，以确保高水头、小流量水电站，如若进行认真总结是很有镇墩的整体性。价值的。对于大型压力钢管，国内已经积累了丰富的经3镇墩设计中若干技术问题探讨验。本文主要探讨高水头、小流量压力明钢管镇墩的设计。3．1抗滑稳定计算公式《水电站压力钢管设计规范》对镇墩的抗滑稳2小型水电站镇墩设计存在的问题定计算没有明确公式类型，《水工设计手册》中推近年来，笔者通过几个高水头、小流量水电站荐的是抗剪公式(即摩擦公式)，安全系数K不小设计工作，对镇墩设计有了较深刻的

5、认识，认为目于1．5～2。前国内小型水电站镇墩设计存在如下问题。2．1设计规范中的不足作者简介：王兴云(1979年一)，男，工程师，从事水利工程设计规范中关于镇墩、支墩的内容相对较少且设计工作。·28·设计与施工水利规划与设计2011年第2期对于手册中的公式和安全系数要求，业内也存对于水平转弯角度较大的空间转弯，往往是垂在疑问和争论。当按抗剪公式计算的系数K为1．5直水流方向的水平推力大，镇墩体型设计时就需要～2时，则按抗剪断公式计算的系数K可达6～选择较大的镇墩宽度，否则基底应力很难满足不出1O。因此，我们不禁会思考：对于镇墩

6、抗滑稳定验现拉应力的要求。这种情况跟竖向弯管镇墩情形有算，是否可以采用重力坝规范推荐的抗剪断公式?较大区别。若采用抗剪断公式，最小安全系数取多大是合适3．3镇墩开裂及上突弯管镇墩的设计的?镇墩要承受内水压力、管段的轴向力和转弯处抗剪强度公式没有考虑基底粘结力，对于底面的不平衡水压力，还要适应钢管径向变形，是一个积较大的镇墩是偏保守的。笔者认为采用抗剪断强受力复杂的结构。既要靠自身重量保证钢管的稳度公式计算底面积较大的镇墩抗滑稳定更为合理。定，又要有合理的配筋和布置来保证不开裂或控制《混凝土重力坝设计规范》中抗剪断强度公式安全开裂

7、宽度。系数为3．0，对应的抗剪强度公式安全系数K上突弯管镇墩尤其突出，国内若干电站(如早为1．O5，相差了3倍左右。镇墩一般位于斜坡上，期的西洱河四级、近期的白水河二级等)已经出现稳定条件和施工条件较差，采用较大安全系数是合纵向开裂。上突弯管镇墩由于不平衡水压力的合力适的。建议若采用抗剪断强度公式计算抗滑稳定，方向朝上，混凝土容易开裂，此类镇墩一旦出现腰安全系数可取4．5～5．0。线纵向裂缝，腰线以上混凝土有被掀起的危险。3．2空间弯管镇墩结构计算上突弯管镇墩除应满足一般镇墩的稳定和地基《水电站压力钢管设计规范》对镇墩的结构计应

8、力要求外，还应校核它的纵向开裂和研究开裂后算没有明确，设计中主要参考《水工设计手册》进的安全性。行抗滑稳定和基底应力等验算。设计手册是以竖向3．3．1上突弯管镇墩的受力转弯的弯管上的镇墩进行合力计算说明。在明钢管上突弯管镇墩的受力情况见图2。的布置中，为减少转弯