某水庫放空沖沙兼導(dǎo)流洞結(jié)構(gòu)配筋設(shè)計(jì)

曹凱

（吐魯番市清源水利水電勘測設(shè)計(jì)院有限公司，新疆 吐魯番 838000）

1 工程概述

新疆托克遜縣某水庫主要任務(wù)為農(nóng)業(yè)灌溉和工業(yè)供水，遏制灌區(qū)地下水超采，是一座具有綜合效益的水庫樞紐工程。主要建筑物由右岸至左岸分別為放空沖沙兼導(dǎo)流洞、溢洪洞、瀝青砼心墻砂礫石壩、灌溉放水洞組成。水庫的總庫容為1440萬m3。水庫樞紐的工程等別為Ⅲ等，工程規(guī)模為中型水庫。放空沖沙兼導(dǎo)流洞布置在河床的右岸，是一條具有多種通途的水工隧洞。放空沖沙兼導(dǎo)流洞在水庫大壩工程截流后的施工過程中承擔(dān)施工導(dǎo)流任務(wù)，在水庫完建后，正常運(yùn)行期間由該隧洞完成沖沙、放空任務(wù)。汛期泄洪時(shí)應(yīng)可考慮開啟該隧洞以集中排泄泥沙；非汛期水庫水位保持正常蓄水位905.00m，根據(jù)河流徑流分配情況和運(yùn)行期泥沙觀測資料，結(jié)合來水量合理制定沖沙調(diào)度方案，定期沖沙，保證隧洞進(jìn)口門前清，減少水庫泥沙淤積，確保大壩安全和正常使用。

2 工程地質(zhì)情況

工程區(qū)位于中天山山脈博羅科努山和天格爾山北麓，吐魯番盆地西緣，地勢西高東低，高差懸殊。托克遜縣某河發(fā)源于天格爾山北麓，河道蜿蜒于峽谷中，總體流向北東，出山后匯入阿拉溝河，河道全長68km，河槽縱坡46‰左右，河谷狹窄，寬度60～150m。流域上游為高山區(qū)，屬天山主峰中段，山勢高峻雄偉，奇峰重疊，主要分水嶺為末日落克山主峰，最高標(biāo)高為4433m，3800m標(biāo)高以上常年積雪，相對高差1000～1500m，山脈走向NWW；干查拉溝至托克遜縣某出口屬中低山區(qū)，山頂標(biāo)高1400～3000m，相對高差800～1000m，兩岸零星分布有Ⅰ～Ⅳ階地；托克遜縣某出口下游為沖洪積堆積平原，標(biāo)高＜700m。

根據(jù)GB18306-2015版1：4×106《中國地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期區(qū)劃圖》和《中國地震動(dòng)峰值加速度區(qū)劃圖》，該區(qū)基本地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期為0.40 s，地震動(dòng)峰值加速度為0.20g，對應(yīng)的地震基本烈度為Ⅷ度區(qū)。

放空沖沙兼導(dǎo)流洞設(shè)計(jì)為城門洞型，布置于右岸山體內(nèi)，隧洞段長約426.90m，隧洞進(jìn)口位于壩前沖溝出口坡腳，出口位于下游坡腳。隧洞沿線地表一般基巖裸露，洞頂上覆巖體20～90m，圍巖為華力西晚期第二次侵入紅色花崗巖（γ2c4）。隧洞沿線節(jié)理裂隙較發(fā)育且低序次小斷層，其中順坡向的卸荷裂隙走向與洞向交角較小，主要發(fā)育于強(qiáng)風(fēng)化帶內(nèi)，弱風(fēng)化層至新鮮巖體內(nèi)節(jié)理多呈現(xiàn)閉合狀，與洞向呈大角度斜交，傾角陡。

3 結(jié)構(gòu)布置

放空沖沙兼導(dǎo)流洞有壓段樁號0+000～0+121.97 ，全長121.97m，隧洞斷面形式采用3m×3.50m城門洞型，縱坡i=8.26%，有壓段隧洞采用鋼筋混凝土襯砌，襯砌厚度為0.60m，樁號為0+111.97 ～0+121.97 為漸變段，由3m×3.50m城門洞型漸變?yōu)?m×3.50m的矩形斷面；無壓段樁號為0+141.07 ～0+426.91 ，總長為285.84m，無壓段斷面形式采用3.00m×4.00m城門洞型，縱坡i=3.76%，無壓段隧洞采用鋼筋砼襯砌，襯砌厚度為0.60m，在樁號為0+141.07 ～0+151.07 為漸變段，由3.00m×4.00m矩形斷面漸變?yōu)?.00m×4.00m的城門洞型。

4 襯砌配筋計(jì)算分析

放空沖沙兼導(dǎo)流洞配筋計(jì)算采用由北京理正軟件股份有限公司設(shè)計(jì)的《理正巖土工程計(jì)算分析軟件》，計(jì)算出該隧洞的不同工況下的配筋要求，通過比對分析，確定隧洞配筋大小。

4.1 計(jì)算參數(shù)

根據(jù)《新疆托克遜縣托克遜縣某水庫地質(zhì)報(bào)告》，該工程地質(zhì)力學(xué)指標(biāo)見表1。

表1 放空沖沙兼導(dǎo)流洞工程地質(zhì)力學(xué)指標(biāo)表

選取樁號0～35有壓洞段為典型進(jìn)行計(jì)算，f=3，K0=17.00 MPa/cm。

4.2 計(jì)算工況

放空沖沙兼導(dǎo)流洞荷載組成及工況組合詳見表2，計(jì)算圖詳見圖1、圖2及圖3。

圖1 工況Ⅰ及工況Ⅲ計(jì)算簡圖

圖2 工況Ⅱ及工況Ⅳ計(jì)算簡圖

圖3 工況Ⅴ計(jì)算簡圖

表2 放空沖沙兼導(dǎo)流洞荷載組成及工況組合表

4.3 計(jì)算結(jié)果分析

計(jì)算原理：各種荷載單獨(dú)作用下，求出襯砌中的彎矩和軸力，然后根據(jù)荷載組合進(jìn)行疊加。計(jì)算方法為公式法，采用理正隧道襯砌設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算結(jié)果詳見表3。

表3 放空沖沙兼導(dǎo)流洞荷載組合參數(shù)及計(jì)算結(jié)果統(tǒng)計(jì)表

通過以上5種工況下計(jì)算出的內(nèi)側(cè)及外側(cè)縱筋最大面積As，可以得出在工況Ⅳ：內(nèi)水水壓+限裂的情況下，對鋼筋的需求最大為5767.60mm2，則該段放空沖沙兼導(dǎo)流洞內(nèi)外側(cè)受力鋼筋選取7φ32@150，分布鋼筋選取φ20@200。

5 結(jié)論

利用計(jì)算軟件進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算，分析放空沖沙兼導(dǎo)流洞在不同工況下對配筋的面積需求，對于導(dǎo)流洞襯砌結(jié)構(gòu)而言，按照最不利工況下的配筋面積選取鋼筋，既能提高導(dǎo)流洞建設(shè)的質(zhì)量，同時(shí)也最大限度地防止裂縫的出現(xiàn)和發(fā)展?，F(xiàn)今隧洞結(jié)構(gòu)利用軟件計(jì)算，在解決實(shí)際的復(fù)雜問題中的作用顯得越來越明顯。運(yùn)用軟件對水庫工程放空沖沙兼導(dǎo)流洞進(jìn)行結(jié)構(gòu)配筋計(jì)算，減少了結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí)間，提高了計(jì)算精確度，為工程設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。