一种适应止水及设备安装要求的软基闸坝沉降控制方法

技术领域

本发明涉及水利水电设计技术领域，具体涉及一种适应止水及设备安装要求的软基闸坝沉降控制方法。

背景技术

国内外在软基(即覆盖层地基)上修建了一大批混凝土闸坝，目前，以西藏尼洋河多布水电站厂房挡水重力坝段高达50m，覆盖层厚度达350m，为国内同类工程之最，其与相邻的泄洪闸坝段、安装间坝段间基础面高差将近30m，另外，国内的下马岭水电站重力坝最大高度为33m，覆盖层厚37m；福堂水电站挡水闸高31m，覆盖层厚65m；苏联的古比雪夫水电站厂房、甫凉斯克水电站厂房，均为修建在覆盖层基础的闸坝，坝高分别为57m、52m，以上工程均已安全运行多年，积累了丰富的理论研究成果及工程实践经验。

然而，目前国内在覆盖层上修建的混凝土闸坝沉降控制理论分析方面，尚缺乏专门的规范依据，以往工程沉降控制参考《水闸设计规范》，执行最大沉降不超过15cm、相邻部位的最大沉降差不宜超过5cm的要求，然而上述控制标准来源于典型工程经验的总结。实际上，从沉降差超标产生的危害分析，可能导致的后果表现为坝间止水拉裂，进一步导致可能的渗漏及渗透破环；其次，对于安装金属结构、水泵、发电机组或者上部有房屋的坝段，上述设备安装及运行、房屋建筑安全等均对沉降差提出要求，否则会导致设备运行失稳或其他安全问题。然而现有的沉降差均没有开展相关研究，导致部分工程因变形控制处理不当引起安全问题的实例也屡见不鲜，如安徽省长江北岸裕溪河口的排水闸，为砂壤土及深厚细砂层地基，采用16孔浅孔结合8孔深孔的布置形式，运行中出现总沉降量、沉降差均较大的情况；淮河中游蓄洪区城西湖分洪闸地基为深厚重壤土，采用2孔深闸结合8孔浅闸的布置形式，也出现沉降差过大现象，以上两个工程均引起不同程度的建筑物倾斜、止水拉裂，甚至混凝土开裂，严重影响工程运行安全。四川大渡河沙湾水电站工程，厂房及右侧坝段为岩基，坝高约80米，泄洪闸坝段为回填砂卵石基础，坝高约30.5米，运行以来，总沉降量、沉降差均出现大于规范要求情况，导致建筑物倾斜、闸门及启闭机系统结构损伤问题。

发明内容

本发明提供一种适应止水及设备安装要求的软基闸坝沉降差控制方法，通过建立科学的量化基础上的沉降差控制方法，为工程安全提供依据。

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案给予实现：一种适应止水及设备安装要求的软基闸坝沉降控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：开展止水材料及型式选择，确定由止水决定的沉降差允许值；

步骤二：选择地基处理方案及上部结构浇筑程序；

步骤三：计算施工期典型时段沉降量、沉降差及运行期沉降量、沉降差；

步骤四：参考《水闸设计规范》，执行最大沉降不超过15cm、相邻部位的最大沉降差不宜超过5cm的要求，同时按以下四种不同情况的沉降差、总沉降差控制，分别建立沉降差控制标准，开展判断：

情况一：建基面高程相同时，施工过程中的典型时段相邻坝段间沉降差；

情况二：相邻坝段建基面存在高差时，施工过程中的典型时段相邻坝段间沉降差；

情况三：施工过程中的典型时段同一坝段左右侧，上下游沉降差；

情况四：运行期同一坝段左右侧，上下游沉降差；

步骤五：如不满足步骤四的判据要求，选择剪切变形较大的止水形式；

步骤六：对于情况一、情况二，如果步骤五依旧不满足步骤四的判据要求，限制相邻建筑物浇筑高差，转入步骤三；对于情况三、情况四，如果步骤五依旧不满足步骤四的判据要求，调整该坝段分层分块施工程序，转入步骤三；

步骤七：如果步骤六依旧不满足步骤四的判据要求，调整步骤二中的基础处理方案，转入步骤三，直至满足步骤四的判据要求；

步骤八：如果步骤七依旧不满足步骤四的判据要求，调整步骤二中的上部结构方案，转入步骤三，直至满足步骤四的判据要求。

优选地，所述步骤三中典型时段需要按照引起坝段的加载情况考虑，如施工机械、坝段上升高度、填土加载、车辆载荷。

优选地，所述步骤三中运行期沉降量、沉降差在计算至坝顶浇筑等施工完成的同时，考虑运行期渗流、降雨、风浪、地震等不同情况的沉降量、沉降差。

优选地，所述步骤四中相邻坝段建基面高程相同时，施工过程中的典型时段沉降差、总沉降差的控制通过控制施工过程建筑物施工进度，使其高差保持在一定范围，控制相邻坝段基底应力差异，进而控制施工过程的沉降差。

优选地，所述步骤四中相邻坝段建基面存在高差时，施工过程中的典型时段的典型时段的沉降差、总沉降差的控制中，止水以下部分的所有沉降不计入止水安装高程以下部分的沉降差。

优选地，所述步骤四中同一坝段左右侧，上下游典型时段的沉降差、总沉降差控制中，对于倾斜引起的设备运行安全，总沉降差小于或等于，设备安装要求决定的沉降差允许值与倾斜长度的比例。

优选地，所述步骤四中同一坝段左右侧，上下游运行期的沉降差、总沉降差控制中，设备沉降差对于倾斜引起的设备运行安全，总沉降差小于或等于，设备运行要求决定的沉降差允许值与倾斜长度的比例。

本发明具备以下有益效果：

本发明提供的一种适应止水及设备安装要求的软基闸坝沉降差控制方法，在理论分析方面建立了专门的规范依据，避免在运行后，总沉降量、沉降差均出现大于规范要求的情况，导致建筑物倾斜、止水拉裂、混凝土开裂、闸门及启闭机系统结构损伤等问题；建立科学的量化基础上的沉降差控制方法，为工程安全提供依据。

附图说明

图1为本发明的建基面高差沉降差影响示意图。

具体实施方式

下面对本发明进行具体描述，本发明提供一种技术方案：一种适应止水及设备安装要求的软基闸坝沉降控制方法，包括以下步骤：

步骤一：开展止水材料及型式选择，确定由止水决定的沉降差允许值；依据《水工建筑物止水带技术规范》，初估坝段间沉降差，以此作为止水能够适应的剪切变形，开展铜止水、橡胶止水等止水材料及形式选型，根据选定止水的允许应力、伸长率确定采用的沉降差允许值。

步骤二：选择地基处理方案及上部结构浇筑程序。

步骤三：计算施工期典型时段沉降量、沉降差及运行期沉降量、沉降差；

沉降量的计算方法可采用分层总和法，或者开展仿真分析；

典型时段需要按照引起坝段沉降的加载情况考虑，如施工机械、坝段上升高度、填土加载、车辆荷载等，典型时段坝段i沉降量计算按下式进行:

δ

δ

δ

运行期沉降量、沉降差在计算至坝顶浇筑等施工完成的同时，考虑运行期渗流、降雨、风浪、地震等不同情况的沉降量、沉降差。

步骤四：参考《水闸设计规范》，执行最大沉降不超过15cm、相邻部位的最大沉降差不宜超过5cm的要求，同时按下面四种不同情况分别建立沉降差控制标准，开展判断：

情况一：相邻坝段建基面高程相同时，施工过程中的典型时段沉降差控制；

通过控制施工过程建筑物施工进度，使其高差保持在一定范围，则可控制相邻坝段基底应力差异，进而控制施工过程的沉降差，使施工每一层时均不致发生沉降差过大导致的建筑物安全问题；

典型时段沉降差控制要求公式如下：

△δ

△δ

λ为由止水要求决定的沉降差允许值，同时要求不大于5cm；

情况二：相邻坝段建基面存在高差时，施工过程中的典型时段沉降差控制；

如图1所示，此种情况下，由于止水一般在高建基面建筑物下部加设，止水以下部分所有沉降在止水安装前已经产生，故不计入止水安装高程以下部分沉降差；

典型时段沉降差控制要求公式如下：

△δ

△δ

△δ

情况三：同一坝段左右侧、上下游典型时段沉降差控制；

由设备安装要求决定的沉降差允许值，需要根据具体设备安装要求分析得到，对于倾斜引起的闸门、发电机组、泵站等设备等运行安全，在以上沉降差计算基础上计算其与倾斜长度l的比例即可，总沉降差控制要求公式如下：

△δ

为安装典型时段由设备安装要求决定的沉降差允许值；

ε

情况四：同一坝段左右侧、上下游运行期沉降差控制；

由设备运行要求决定的沉降差允许值，需要根据具体设备安装要求分析得到，对于闸门、发电机组、泵站等沉降差对于倾斜引起的设备等运行安全，在以上沉降差计算基础上计算其与倾斜长度l的比例即可，总沉降差控制要求公式如下：

△δ

为由设备运行要求决定的沉降差允许值；

ε、l为由设备运行要求决定的倾斜率、倾斜长度。

步骤五：如不满足步骤四的判据要求，选择剪切变形较大的止水形式。

步骤六：对于情况一、情况二，如果步骤五依旧不满足步骤四的判据要求，限制相邻建筑物浇筑高差，转入步骤三；对于情况三、情况四，如果步骤五依旧不满足步骤四的判据要求，调整该坝段分层分块施工程序，转入步骤三；

步骤七：如果步骤六依旧不满足步骤四的判据要求，调整步骤二中的基础处理方案，转入步骤三，直至满足步骤四的判据要求。

步骤八：如果步骤七依旧不满足步骤四的判据要求，调整步骤二中的上部结构方案，转入步骤三，直至满足步骤四的判据要求。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。