4-3 稳定与强度
稳定与强度是保证水工建筑物安全极为重要的技术经济指标。水工建筑物稳定与强度不满足要求时可能导致建筑物失事,危及人民生命财产的安全;同时,水工建筑物的尺寸与稳定、强度计算密切相关。因此,对于稳定安全系数与强度指标的合理规定,不仅与采用的计算理论、方法和计算指标等有关,而且涉及国家的技术经济政策。现行标准规定的稳定安全系数与强度指标较好地反映了我国当前水利水电建设的科技水平和我国的经济水平,同时也为中华人民共和国成立以来的工程实践证明是安全可靠和经济合理的,因此,必须严格贯彻执行。
稳定安全系数是水工建筑物设计的重要指标。目前,水利工程中各类水工建筑物的稳定安全系数仍沿用单一安全系数法。影响建筑物稳定计算的因素很多,它与建筑物的等级、荷载及组合、地基类别、抗剪指标的取值、抗滑模式、计算方法以及建筑物的型式等密切相关。
4-3-1 《泵站设计规范》GB 50265—2010
a) 6.3.5 泵房沿基础底面抗滑稳定安全系数允许值应按表6.3.5采用。
表6.3.5 抗滑稳定安全系数允许值
注 特殊组合Ⅰ适用于施工工况、检修工况和非常运用工况,特殊组合Ⅱ适用于地震工况。
b) 6.3.7 泵房抗浮稳定安全系数的允许值,不分泵站级别和地基类别,基本荷载组合下不应小于1.10,特殊荷载组合下不应小于1.05。
【摘编说明】
对于土基和岩基上的泵房,条文中都并列提出了抗剪断和抗剪两种计算公式,可由设计者根据具体情况选用,其理由如下:
(1) 抗剪断公式中f′和c′值,特别是c′值,影响因素较多,难以确定。泵房对基础的要求一般比重力坝对基础的要求低。
(2)泵房单向挡水的水头一般较小,其水下部分结构尺寸往往由机电设备及结构布置需要较大,除特殊情况外,泵房整体抗滑稳定往往不是控制因素。
(3)泵房抗浮稳定一般受检修工况和校核洪水运行工况控制,规范规定以控制泵房不发生浮起为原则,可以保证泵房抗浮稳定安全,无需按建筑物的级别和地基类别规定抗浮稳定安全系数。
【检查要点和方法】
(1)土基上泵房的抗滑稳定可按抗剪断和抗剪两种方法计算,安全系数应按建筑物级别分别取值,但同一工况两种计算方法的安全系数相同;岩基上泵房的抗滑稳定按抗剪方法计算时,安全系数也应按建筑物级别分别取值,当按抗剪断方法计算安全系数时,安全系数则与建筑物级别无关。
(2)抗滑稳定安全系数的取值是否与荷载组合,计算公式和抗剪指标相对应。
(3)抗浮稳定安全系数不分建筑物级别和地基类别,检查是否按基本荷载组合和特殊荷载组合分别取值。
4-3-2 《蓄滞洪区设计规范》GB 50773—2012
a) 3.2.10 蓄滞洪区安全台台坡的抗滑稳定安全系数,不应小于表3.2.10的规定。
表3.2.10 安全台台坡的抗滑稳定安全系数
【摘编说明】
安全台是建筑在蓄滞洪区或沿堤地带高于设计洪水位的土台,为临时性的避洪场所,可按照4级堤防抗滑稳定安全系数控制。台坡的抗滑稳定以往都采用堤防的计算方法,实际运行中能够满足稳定和安全的要求。本标准提出的抗滑稳定计算公式,出于以下理由:
(1)本标准规定的安全系数标准,是按采用瑞典圆弧法计算确定的。瑞典圆弧法是不计条块间作用力的方法,计算简单,已积累了丰富的经验,可以保证安全台台坡的抗滑稳定。但理论上有缺陷,且当孔隙压力较大和地基软弱时,误差较大。“计及条块间作用力”能反映土体滑动土条之间的客观状况,但计算比瑞典圆弧法复杂。这两类不同方法对安全系数的大小有一定的影响,根据一般的经验统计,后者比前者大5%~10%左右。
(2)安全台的抗滑稳定考虑正常运用条件和非常运用条件两种工况,正常运用条件即为设计洪水工况,非常运用条件包括地震和施工期工况。
【检查要点和方法】
(1)本标准规定的安全系数应采用瑞典圆弧法计算确定。
(2)安全台的填筑材料的抗剪强度指标、计算方法和安全系数三者是否相互配套。
(3)安全台的抗滑稳定是否考虑了正常运用条件和非常运用条件。
4-3-3 《小型水利水电工程碾压式土石坝设计规范》SL 189—2013
在全国水库垮坝事故中,小型土石坝占绝大多数,主要为漫坝和质量问题。为规范小型水利水电工程碾压式土石坝的设计,制定了《小型水利水电工程碾压式土石坝设计导则》(SL 189—96)。2013年按照水利部统一安排,对该导则进行了全面修订和补充,将“导则”改为“规范”。本标准适用于山区、丘陵区4级、5级且坝高小于30m和平原、滨海部分4级、5级的碾压式土石坝的设计。
a) 8.2.3 对于圆弧滑动法,可采用瑞典圆弧法或简化毕肖普法计算,坝坡抗滑稳定安全系数应不小于表8.2.3的规定。
表8.2.3 坝坡抗滑稳定最小安全系数表
【摘编说明】
(1)原导则推荐采用不计土条间作用力的瑞典圆弧法,计算相对简单,已积累了丰富的经验,但该方法在理论上有缺陷。随着计算机技术的发展和普及,修订增加了计入土条间作用力的简化毕肖普法,更为严谨。
(2)本次修订增加了“校核洪水位有可能形成稳定渗流的情况”。
(3)本次修订将“正常运用条件遇地震”列为非常运用条件Ⅱ,与原导则相比最小安全系数有所降低。
【检查要点和方法】
(1)土石坝的稳定应计算以下四种情况:
1)施工期(包括竣工期)的上、下游坝坡。
2)稳定渗流期的下游坝坡。
3)水库水位降落期的上游坝坡。
4)正常运用遇地震的上、下游坝坡。
(2)计算工况是否包含表8.2.3中的几种工况。每种计算工况的安全系数不得小于规定的数值。
(3)坝的静力稳定计算,对于均质坝、心墙坝和厚斜墙坝可按刚体极限平衡理论采用圆弧法;对于薄斜墙坝、薄心墙坝、坝基有软土夹层的坝体可采用滑楔法。
(4)坝坡稳定计算分为有效应力法和总应力法。有效应力法的抗剪强度指标采用排水剪试验成果,最好用三轴仪测定,如无三轴仪,也可用直剪仪测定。
4-3-4 《水工混凝土结构设计规范》SL 191—2008
《水工混凝土结构设计规范》(SL 191—2008)系对《水工混凝土结构设计规范》(SL/T 191—96)和《水工钢筋混凝土结构设计规范》(SDJ 20—78)的设计基本原则进行整合和修改,并依据科学研究和工程实践增补有关内容后,编制而成。
a) 3.1.9 未经技术鉴定或设计许可,不应改变结构的用途和使用环境。
【摘编说明】
本条是对水工混凝土结构的基本设计规定,改变结构的用途和使用环境将影响结构的承载能力、使用性能及耐久性,因此未经技术鉴定或设计许可,不应改变结构的用途和使用环境。
【检查要点和方法】
若发现结构的用途和使用环境改变,应检查是否有技术鉴定书或上级审查部门的批复文件。
b) 3.2.2 承载能力极限状态计算时,结构构件计算截面上的荷载效应组合设计值S应按下列规定计算:
1 基本组合
当永久荷载对结构起不利作用时:
当永久荷载对结构起有利作用时:
式中 S G1k——自重、设备等永久荷载标准值产生的荷载效应;
S G2k——土压力、淤沙压力及围岸压力等永久荷载标准值产生的荷载效应;
S Q1k——一般可变荷载标准值产生的荷载效应;
S Q2k——可控制其不超出规定限值的可变荷载标准值产生的荷载效应。
2 偶然组合
式中 S Ak——偶然荷载标准值产生的荷载效应。
式(3.2.2-3)中,参与组合的某些可变荷载标准值,可根据有关标准作适当折减。
荷载的标准值可按《水工建筑物荷载设计规范》(DL 5077—1997)及《水工建筑物抗震设计规范》(SL 203—97)的规定取用。
注1:本标准有关承载能力极限状态计算的条文中,荷载效应组合设计算S即为截面内力设计值(M、N、V、T等)。
注2:水工建筑物的稳定性验算时,应取荷载标准值进行,其稳定性安全系数应按相关标准取值。
c) 3.2.4 承载能力极限状态计算时,钢筋混凝土、预应力混凝土及素混凝土结构构件的承载力安全系数K不应小于表3.2.4的规定。
表3.2.4 混凝土结构构件的承载力安全系数K
【摘编说明】
(1)式(3.2.2)中S为荷载效应组合设计值,包含永久荷载标准值Gk、可变荷载标准值Qk,以及它们的荷载分项系数γG、γQ。
SL 191—2008规范把永久荷载分为两类:一类是变异性很小的自重、设备重等,它所产生的荷载效应用SG1k表示;另一类是变异性稍大的土压力、围岩压力等,其荷载效应用SG2k表示。可变荷载也分为两类:一类是一般可变荷载,其荷载效应用SQ1k表示;另一类是可严格控制其不超出规定限值的可变荷载(或称为“有界荷载”),如按制造厂家铭牌额定值设计的吊车轮压,以满槽水位设计时的水压力等,其荷载效应用SQ2k表示。
对上述4种荷载分别取用不同的γG、γQ值,所以荷载效应组合设计值S可直接按式(3.2.2-1)与式(3.2.2-2)计算得出。
(2)关于结构构件的安全度,SL 191—2008是在考虑荷载与材料强度的不同变异性的基础上,采用安全系数K的形式表达。
承载力安全系数K,由SL/T 191—96中3个系数γd、γ0、ψ合并而成,其中γd为结构系数,γ0为结构重要性系数,ψ为设计状况系数。
由于永久荷载的分项系数γG取值较小,当永久荷载效应与可变荷载效应相比很大时,结构的安全度就偏低,因此当荷载效应由永久荷载控制时,表3.2.4所列安全系数应增大0.05。
【检查要点和方法】
(1)基本组合时,永久荷载分对结构有利或不利两种情况分别考虑。
(2)可变荷载也分为两类,一类是一般可变荷载,另一类是可严格控制其不超出规定限值的可变荷载,也称可控可变荷载,其组合时系数不一样。
(3)当荷载效应由永久荷载控制时,表3.2.4所列承载力安全系数K应增大0.05。
d) 4.1.4 混凝土轴心抗压、轴心抗拉强度标准值fck、ftk 应按表4.1.4确定。
表4.1.4 混凝土强度标准值单位:N/mm2
e) 4.1.5 混凝土轴心抗压、轴心抗拉强度设计值fc、ft应按表4.1.5确定。
表4.1.5 混凝土强度设计值单位:N/mm2
【摘编说明】
第4.1.4条、第4.1.5条对混凝土的强度标准值和设计值作了规定。
(1)混凝土强度等级由立方体抗压强度标准值确定,立方体抗压强度标准值是混凝土其他力学指标的基本代表值。混凝土立方体抗压强度试件的标准尺寸为边长150mm的立方体试件。混凝土强度等级的确定原则为:混凝土强度总体分布的平均值μfcu,15减去1.645倍标准差σfcu(保证率为95%),即:
式中 σfcu——混凝土立方体抗压强度的变异系数。
SL 191—2008采用的混凝土立方体抗压强度的变异系数δfcu见表43,与SL/T 191—96的取值相同。
表4-3 水工混凝土立方体抗压强度的变异系数
混凝土轴心抗压强度标准值系根据国内120组混凝土棱柱体抗压强度与边长200mm立方体抗压强度的对比试验,并考虑试件尺寸效应的影响以及结构中混凝土强度与试件混凝土强度之间的差异,对试件混凝土强度进行修正后求得。
混凝土轴心抗拉强度标准值系国内72组混凝土轴心抗拉试件强度与边长200mm立方体抗压强度的对比试验,并考虑尺寸效应影响以及结构中混凝土强度与试件混凝土强度之间的差异,对试件混凝土强度进行修正后求得。
求得的混凝土轴心抗压及轴心抗拉强度标准值与GB 50010—2002的采用值有所不同,但两者十分接近,为了便于实际应用和标准间的相互协调,SL 191—2008混凝土强度标准值在取整时取与GB 50010—2002相同的指标。
(2)混凝土强度设计值取为混凝土强度标准值除以混凝土材料性能分项系数γc。GB 50010—2002取γc=1.4;美国标准ACI 318—05取γc=1/φ=1/0.65=1.54;欧洲标准和英国标准取γc=1.5。SL 191—2008取γc=1.4,混凝土强度设计值与GB 50010—2002的取值相同。
f) 4.2.2 钢筋的强度标准值应具有不小于95%的保证率。
普通钢筋的强度标准值 f yk应按表4.2.2-1采用;预应力钢筋的强度标准值fptk应按表4.2.2-2采用。
表4.2.2-1 普通钢筋强度标准值
表4.2.2-2 预应力钢筋强度标准值
g) 4.2.3 普通钢筋的抗拉强度设计值fy及抗压强度设计值f′y应按表4.2.3-1采用;预应力钢筋的抗拉强度设计值fpy及抗压强度设计值f′py应按表4.2.3-2采用。
表4.2.3-1 普通钢筋强度设计值单位:N/mm2
表4.2.3-2 预应力钢筋强度设计值单位:N/mm2
【摘编说明】
第4.2.2条、第4.2.3条对钢筋的强度标准值和设计值做了规定。
(1)近年来,国内混凝土结构用钢筋、钢丝、钢绞线的品种和性能有了进一步的发展,研制开发成功了一批新钢筋品种。本条列入的钢筋种类及所依据的现行钢筋国家标准见表4-4。
表4-4 钢筋种类及所依据的国家标准编号
水工钢筋混凝土结构设计时,宜优先采用HRB335级、HRB 400级钢筋;预应力混凝土结构宜优先采用高强的预应力钢绞线、钢丝。这样不仅可以提高混凝土结构的安全度水平,降低工程造价,而且还可降低配筋率,缓解钢筋密集带来的施工困难。
表4.2.2-1虽列入光面的HPB235级钢筋及余热处理的RRB400级钢筋,但并不主张推广应用。因为光面钢筋强度低,强度价格比差,延性虽好但锚固黏结性能差。由于焊接受热回火可能降低RRB400级钢筋的疲劳性能和冷弯性能,钢筋机械连接表面切削时也可能影响其强度,因此RRB400级钢筋的应用也受到一定的限制。
预应力混凝土用螺纹钢筋在我国的桥梁工程及水电站地下厂房的预应力岩壁吊车梁中已有大量应用。《预应力混凝土用螺纹钢筋》(GB/T 20065—2006)已颁布施行,故表4.2.2 2列入螺纹钢筋。
按钢棒表面形状,《预应力混凝土用钢棒》(GB/T 5223.3—2005)将钢棒分为光圆钢棒、螺旋槽钢棒、螺旋肋钢棒、带肋钢棒四种。由于光圆钢棒和带肋钢棒的黏结锚固性能较差,故表4.2.22仅列入了GB/T 5223.3—2005中的螺旋槽钢棒和螺旋肋钢棒的材料性能设计指标。预应力混凝土用钢棒在我国现阶段仅用于预应力管桩的生产,已积累了一定的工程实践经验。
考虑到我国近年来强度高、性能好的预应力钢筋 (钢丝、钢绞线)已可充分供应,故表4.2.2 2不再列入冷拔低碳钢丝、冷拉钢筋、冷轧带肋钢筋和冷轧扭钢筋等延性较差的冷加工钢筋。未列入不是不允许使用这些钢筋,而是使用冷加工钢筋时,应符合《冷拔钢丝预应力混凝土构件设计与施工规程》(JGJ 19—92)、《冷轧带肋钢筋混凝土结构技术规程》(JGJ 95—2003)、《冷轧扭钢筋混凝土构件技术规程》(JGJ 115—97)和《钢筋焊接网混凝土结构技术规程》(JGJ 114—2003)等专门规程的规定。
钢筋强度标准值的确定基本沿用SL/T 191—96的规定。
(2)普通钢筋抗拉强度设计值取为钢筋强度标准值除以钢筋材料性能分项系数γs;预应力混凝土用钢丝、钢绞线、螺纹钢筋及钢棒的抗拉强度设计值则取为条件屈服点除以钢筋的材料性能分项系数γs。
为适当提高安全度设置水平,参考GB 50010—2002规范的规定,HPB235、HRB335和HRB400三个级别的热轧钢筋的材料性能分项系数γs都取为1.1。预应力钢筋的材料性能分项系数γs取为1.2。
钢筋抗压强度设计值f′y以钢筋应变ε′s=0.002作为取值依据,按f′y=ε′sEs和f′y=fy两个条件确定,取二者的较小值。
【检查要点和方法】
混凝土和钢筋的强度标准值、设计值应按表4.1.4、表4.1.5和表4.2.2、表4.2.3取值。
【案例分析】
某小型泵站(4级建筑物)内有一单跨简支板,板厚80mm(保护层厚度取15mm),计算跨度l0=3.0m,承受均布恒荷载标准值gk=2kN/m2(包括板自重),均布活荷载标准值qk=3kN/m2,混凝土强度等级C20,Ⅰ级钢筋,求板的纵向钢筋。
(1)有关系数
按SL 191—2008第3.2.2条规定,永久荷载对结构不利时,自重、设备等永久荷载系数为1.05,一般可变荷载系数为1.20。
按SL 191—2008第3.2.4条规定,4级建筑物基本组合的安全系数K=1.15。
混凝土、钢筋强度设计值分别为fc=9.6N/mm2,fy=210N/mm2。
(2)弯矩设计值计算
取1000mm板带作为计算单元,h0=65mm
(3)配筋计算
h)5.1.1 素混凝土不得用于受拉构件。
【摘编说明】
对于素混凝土结构构件,由于混凝土抗拉强度的可靠性低,混凝土收缩和温度变化引起的效应又难以估计,一旦发生裂缝,易造成事故,故对于由受拉强度控制的素混凝土结构,应严格限制其使用范围。对于围岩中的隧洞衬砌,经论证,允许采用素混凝土结构。
【检查要点和方法】
检查素混凝土应用的部位,构件的受力特征。
i) 9.2.1 纵向受力钢筋的混凝土保护层厚度(从钢筋外边缘算起)不应小于钢筋直径及表9.2.1所列的数值,同时也不应小于粗骨料最大粒径的1.25倍。
表9.2.1 混凝土保护层最小厚度单位:mm
【摘编说明】
保护层厚度c过小,会导致混凝土沿钢筋纵向发生劈裂裂缝,严重影响钢筋的锚固。因此规定c值不应小于钢筋直径d。同时为使保护层浇筑密实,保护层厚度不应小于骨料最大粒径的1.25倍。
保护层厚度是影响钢筋混凝土构件耐久性的主要因素。因为混凝土的碳化是钢筋锈蚀的前提,保护层越厚,碳化达到钢筋表面的时间就越长,构件的耐久性就越好。
钢筋锈蚀与所处的环境条件有关,实践已证明,全处于干燥环境,钢筋不会锈蚀,全处于水下,钢筋也基本不锈,而在水位以上受水汽蒸熏、时干时湿的部位,钢筋最易锈蚀,特别在有氯离子等侵蚀性介质(如海水)存在时,则锈蚀异常迅速。因此,在不同环境条件下的保护层厚度取值就应不同。
对水工建筑物病害调查表明,由于保护层偏薄,或混凝土密实性较差,有些闸坝、水电站厂房及渠系建筑物的钢筋混凝土构件,使用不到20~30年就出现因钢筋锈蚀而导致的顺筋开裂,严重影响结构的耐久性。表9.2.1中的数据是按照50年内保护钢筋不致发生危及结构安全的锈蚀并综合国内外规范得出的。
【检查要点和方法】
本条主要检查内容包括:环境条件;钢筋直径;粗骨料最大粒径;混凝土强度等级以及抗冲耐磨要求等。
j) 9.3.2 当计算中充分利用钢筋的抗拉强度时,受拉钢筋伸入支座的锚固长度不应小于表9.3.2中规定的数值。
受压钢筋的锚固长度不应小于表9.3.2所列数值的0.7倍。
表9.3.2 受拉钢筋的最小锚固长度la
【摘编说明】
按钢筋和混凝土强度等级的不同,用查表的方法确定普通钢筋的锚固长度值,是工程界习惯方法。表9.3.2给出锚固长度,系按GB 50010—2002推荐的公式计算,并以5d为间隔取整后得到的。
受压钢筋的黏结锚固机理与受拉基本相同,但钢筋受压后的镦粗效应加大了界面的摩擦力及咬合力,对锚固有利;钢筋的端面对混凝土的挤压作用也对承载力有利。因此,受压钢筋的锚固长度可以适当减小。根据试验研究,受压锚固长度可取为受拉锚固长度的0.7倍。
根据GB 1499.2—2007所规定的热轧带肋钢筋外形,当钢筋直径加大时,其横肋的相对高度逐渐减小,锚固强度将会降低,故直径大于25mm的带肋钢筋的锚固长度应乘以修正系数1.1。
研究表明,环氧树脂涂层使钢筋的锚固强度降低约20%,因此,环氧树脂涂层钢筋的锚固长度应乘以修正系数1.25。
施工扰动对锚固有不利影响,施工扰动的影响系数取1.1。
带肋钢筋常因外围混凝土的纵向劈裂而削弱锚固作用。当混凝土保护层厚度或钢筋间距较大时,握裹作用加强,锚固长度可适当减短。根据试验研究及工程实践经验,规定当保护层厚度大于锚固钢筋直径的3倍或80mm且有箍筋约束时,锚固长度可乘以修正系数0.8。
配筋设计时,实际配筋面积往往因构造等原因而大于计算值,故钢筋实际应力小于钢筋强度设计值。因此,受力钢筋的锚固长度可以缩短,其数值与配筋余量的大小成比例,但其适用范围有一定限制,即不得用于抗震设计及直接承受动力荷载的构件中。
美国ACI规范规定顶层钢筋的la应比底层钢筋的la大1.4倍,这是由于混凝土振捣时,泌水上升,聚留在顶层钢筋的底面,影响其锚固性能。考虑到水工结构中大截面构件较多,这种泌水上升的现象常会出现,因此顶层水平钢筋的la宜乘以修正系数1.2。
上述各项修正系数可以连乘,但出于构造要求,修正后的受拉钢筋锚固长度不能小于最低限度(最小锚固长度),其数值在任何情况下不应小于按表查得的锚固长度的0.7倍及250mm。
【检查要点和方法】
本条主要检查内容包括:钢筋类型、直径和受力特征;混凝土强度等级。
k) 9.5.1 钢筋混凝土构件的纵向受力钢筋的配筋率不应小于表9.5.1规定的数值。
表9.5.1 钢筋混凝土构件纵向受力钢筋的最小配筋率ρmin(%)
【摘编说明】
表9.5.1系参照GB 50010—2002的有关规定,轴心受压构件配筋率是指全部纵向钢筋面积和柱断面面积之比。将最小配筋率的具体数值适当提高,特别对受压钢筋的最小配筋率提高得相对多一些,以期与国际主流规范的差距有所减小。
纵向受压钢筋的最小配筋率主要是从承载力要求考虑的,因此,钢筋等级高时其数值可低一些。纵向受拉钢筋的最小配筋率,除从承载力要求考虑外,还考虑到限裂要求,因此,除光面钢筋采用较大的数值外,对HRB335级和HRB400级等钢筋,最小配筋率取相同的数值。
卧置在地基上以承受竖向荷载为主、板厚大于2.5m的底板,厚度大于2.5m的墩墙,纵向受拉钢筋配筋率ρ小于表9.5.1规定的最小配筋率ρmin时,可按SL 191—2008相关条文处理。对于厚度大于5m的底板,可不受表9.5.1限制。
【检查要点和方法】
本条主要检查内容包括:钢筋类型;构件受力特征;配筋率ρ的计算等。
l) 9.6.6 预制构件的吊环必须采用HPB235级钢筋制作,严禁采用冷加工钢筋。
m)9.6.7 预埋件的锚筋应采用HPB235级、HRB335级或HRB400级钢筋,严禁采用冷加工钢筋。锚筋采用光圆钢筋时,端部应加弯钩。
【摘编说明】
吊环和预埋件对保证构件吊装的安全起着重要作用,为了避免脆断,吊环和预埋件严禁采用冷加工钢筋。
【检查要点和方法】
水工混凝土结构设计时,构造要求应注意以下几点:
(1)素混凝土不得用于受拉构件。
(2)纵向受力钢筋的混凝土保护层厚度,从钢筋外边缘算起,应符合本标准9.2.1条的规定。
(3)钢筋的最小锚固长度应符合本标准9.3.2条的规定。
(4)纵向受力钢筋的最小配筋率应符合本标准9.5.1条的规定。
(5)吊环和预埋件严禁采用冷加工钢筋。
4-3-5 《溢洪道设计规范》SL 253—2000
a) 4.3.11 堰(闸)沿基底面的抗滑稳定安全系数不得小于表4.3.11规定值。
表4.3.11 抗滑稳定安全系数K值
注 地震情况为特殊组合(2),其他情况的特殊组合为特殊组合(1)。
b) 4.7.7 当按式(4.3.10)计算边墙抗滑稳定安全系数K时,K值应不小于表4.3.11规定值;当按式(4.7.6)计算边墙抗滑稳定安全系数Kc时,Kc值应不小于表4.7.7规定值。
表4.7.7 边墙抗滑稳定安全系数Kc值
注 地震情况为特殊组合(2),其他情况的特殊组合为特殊组合(1)。
式中 K ——按抗剪断强度计算的抗滑稳定安全系数;
f′ ——堰(闸)体混凝土与基岩接触面的抗剪断摩擦系数;
c′ ——堰(闸)体混凝土与基岩接触面的抗剪断凝聚力;
∑W——作用于堰(闸)体上的全部荷载对计算滑动面的法向分量;
∑P——作用于堰(闸)体上的全部荷载对计算滑动面的切向分量;
A ——堰(闸)体与基岩接触面的截面积。
式中 K c——按抗剪强度计算的抗滑稳定安全系数;
f ——边墙混凝土与基岩接触面的抗剪摩擦系数;
∑W——作用于边墙上的全部荷载对计算滑动面的法向分量;
∑P——作用于边墙上的全部荷载对计算滑动面的切向分量。
c) 4.7.11 对于合力偏心距大于等于1/4基底宽的边墙,应核算其抗倾覆稳定。
对于计入地震的特殊荷载组合抗倾稳定安全系数 K 0 ≥1.3,其余各种荷载组合抗倾稳定安全系数K0≥1.5。
【摘编说明】
(1)考虑到大部分溢洪道边墙高度不大,主要受抗滑稳定控制,基础的抗剪断强度指标往往需要经试验确定,由于溢洪道边墙较长,全面做试验难以实现,故除按抗剪断强度公式计算外,还列出了抗剪强度计算的公式和相应的安全系数,且规定抗剪摩擦系数主要由工程类比确定。
(2)经验表明,边墙抗倾覆稳定,当基底面的合力偏心距e0≥B/4(B为基底宽)时,重力式挡土墙的抗滑稳定安全系数有可能小于1.5,因此,当溢洪道边墙e0≥B/4时,需校核抗倾稳定。
【检查要点和方法】
溢洪道堰(闸)和边墙抗滑稳定安全系数和计算工况、计算公式等均与混凝土重力坝一致。对于合力偏心距大于等于1/4基底宽的边墙,应核算其抗倾覆稳定。
4-3-6 《水闸设计规范》SL 265—2001
a) 7.3.2 土基上的闸室稳定计算应满足下列要求:
1 在各种计算情况下,闸室平均基底应力不大于地基允许承载力,最大基底应力不大于地基允许承载力的1.2倍;
2 闸室基底应力的最大值与最小值之比不大于本规范7.3.5条规定的允许值;
3 沿闸室基底面的抗滑稳定安全系数不小于本规范7.3.13条规定的允许值。
【摘编说明】
土基上的闸室稳定计算,应包括两方面的含义:一是地基承载能力的计算,要求在各种计算情况下地基不致发生剪切破坏而失去稳定;二是闸室抗倾覆和抗滑稳定的计算,要求在各种计算情况下闸室不致发生倾覆或过大的沉降差,且不致发生沿地基表面的水平滑动。本条所列三项要求,就是基于上述两方面的含义提出来的,前一项是为了满足地基承载能力方面的要求,后两项是为了满足闸室抗倾覆和抗滑稳定方面的要求。
(1)通常情况下计算确定的地基容许承载力,是整个闸室地基的平均容许承载力,这就是说,允许局部的基底压力超过整个闸室地基的容许承载力,即允许地基内出现局部的塑性变形。在要求闸室平均基底应力不大于地基容许承载力的同时,还要求最大基底应力不大于地基容许承载力的1.2倍,这样的双重要求是与《建筑地基基础设计规范》(GB 50007—2002)中的有关规定一致的。
(2)为了减少和防止由于闸室基底压力分布的不均匀状态而发生过大的沉降差,以避免闸室结构发生倾斜甚至倾覆的事故,对闸室基底压力最大值与最小值之比提出了要求。在地基条件方面,确定闸室基底压力最大值与最小值之比的允许值,不取决于地基的类别是黏土还是砂土,而是取决于地基土质是坚硬、紧密还是松软。此外,确定闸室基底应力最大值与最小值之比的允许值,还应按作用荷载组合类别的不同而有所区别。
(3)在通常情况下,水闸闸室竖向荷载较小,而闸室结构所承受的水平荷载有时却很大,因此,闸室底板沿地基表面滑动(即浅层滑动)要比深层滑动的可能性大。只有在软土地基上,当闸室底板作用于地基上的压力较大,超过地基的容许承载力,且当水平荷载超过地基的抗滑能力时,闸室底板才有可能连同地基一起发生深层滑动。
【检查要点和方法】
(1)在要求闸室平均基底应力不大于地基容许承载力的同时,还要求最大基底应力不大于地基容许承载力的1.2倍。
(2)对特别重要或位于地震区的水闸,闸室基底应力最大值与最小值之比的允许值可在表7.3.5的基础上适当调整。
(3)表7.3.13安全系数的允许值与采用的计算公式、计算参数要配套使用。
b) 7.3.3 岩基上的闸室稳定计算应满足下列要求:
1 在各种计算情况下,闸室最大基底应力不大于地基允许承载力;
2 在非地震情况下,闸室基底不出现拉应力;在地震情况下,闸室基底拉应力不大于100kPa;
3 沿闸室基底面的抗滑稳定安全系数不小于本规范7.3.14条规定的允许值。
【摘编说明】
与土基上的闸室稳定计算一样,岩基上的闸室稳定计算同样有地基承载能力、闸室抗倾覆和抗滑稳定两方面的含义要求。所不同的主要是:要求岩基上闸室最大基底应力不大于地基容许承载力,及基底应力的最大值与最小值之比不受限制。由于岩基的容许承载力一般均较大,因此,要求闸室最大基底应力不超过岩基的容许承载力是不难满足的;又由于岩基的压缩性很小,因此,作为水闸地基一般是不会因闸室基底应力分布的不均匀状态而发生较大的沉降差,进而导致闸室结构发生倾覆。为了避免闸室基础底面与基岩之间脱开,对岩基上水闸在各种情况下闸室基底应力提出了具体的要求,这样的规定与国家现行规范的有关规定是一致的。
【检查要点和方法】
(1)要求闸室平均基底应力不大于地基容许承载力。
(2)要求在非地震情况下闸室基底不应出现拉应力;在地震情况下闸室基底拉应力不大于100kPa。
(3)表7.3.14安全系数的允许值与采用的计算公式、计算参数要配套使用。
c) 7.3.5 土基上闸室基底应力最大值与最小值之比的允许值,见表7.3.5。
表7.3.5 土基上闸室基底应力最大值与最小值之比的允许值
注 1.对于特别重要的大型水闸,其闸室基底应力最大值与最小值之比的允许值可按表列数值适当减小;
2.对于地震区的水闸,闸室基底应力最大值与最小值之比的允许值可按表列数值适当增大;
3.对于地基特别坚实或可压缩土层甚薄的水闸,可不受本表的规定限制,但要求闸室基底不出现拉应力。
d) 7.3.13 土基上沿闸室基底面抗滑稳定安全系数的允许值,见表7.3.13。
表7.3.13 土基上沿闸室基底面抗滑稳定安全系数的允许值
注 1.特殊组合Ⅰ适用于施工情况、检修情况及校核洪水位情况;
2.特殊组合Ⅱ适用于地震情况。
【摘编说明】
(1)闸室基底应力最大值与最小值之比允许值,在地基条件方面,不决定于地基的类别是黏土还是砂土,而是决定于地基土质的松软或坚实程度如何,实践证明,坚硬的黏土地基比松散的粉砂或细砂地基,在不均匀沉降方面的适应性好一些,因而闸室基底应力最大值与最小值之比的允许值可以大一些。此外,还应按荷载组合的不同类别而有所区别。根据上述各点,要求土基上闸室基底应力的最大值与最小值之比不大于表7.3.5规定的允许值。
(2)土基上沿闸室基底面抗滑稳定安全系数的允许值,是保证建筑物安全与经济的一个极为重要的措施。未经充分论证,不应任意提高或降低闸室基底面抗滑安全系数的允许值。由于闸室底板与地基之间的摩擦角和凝聚力(特别是后者)的数值变化一般均比较大,较难做到取值准确,因此,规定抗滑稳定安全系数允许值时需考虑留有较大的安全裕量。鉴于SL 265—2001对抗剪断和抗剪两种计算公式中抗剪强度指标的取用已做了适当的规定,当抗剪强度指标取用合理时,按两种计算公式的计算结果大体上是相当的。
【检查要点和方法】
(1)对特别重要或位于地震区的水闸,闸室基底应力最大值与最小值之比的允许值可在表7.3.5的基础上适当调整。
(2)表7.3.13安全系数的允许值与采用的计算公式、计算参数要配套使用。
e) 7.3.14 岩基上沿闸室基底面抗滑稳定安全系数的允许值,见表7.3.14。
表7.3.14 岩基上沿闸室基底面抗滑稳定安全系数的允许值
注 1.特殊组合Ⅰ适用于施工情况、检修情况及校核洪水位情况;
2.特殊组合Ⅱ适用于地震情况。
【摘编说明】
(1)与土基上的闸室稳定计算一样,岩基上的闸室稳定计算同样有地基承载能力、闸室抗倾覆和抗滑稳定两方面的含义要求。不同的主要是:要求岩基上闸室最大基底应力不大于地基容许承载力,及基底应力的最大值与最小值之比不受限制。由于岩基的容许承载力一般均较大,因此,要求闸室最大基底应力不超过岩基的容许承载力是不难满足的;又由于岩基的压缩性很小,因此,作为水闸地基一般是不会因闸室基底应力分布的不均匀状态而发生较大的沉降差,进而导致闸室结构发生倾覆。但为了避免闸室基础底面与基岩之间脱开,要求岩基上水闸在非地震情况下闸室基底不应出现拉应力;在地震情况下闸室基底拉应力不大于100kPa,这样的规定与国家现行规范的有关规定是一致的。
(2)SL 265—2001对于沿闸室基底面抗滑稳定安全系数的计算沿用使用多年的“单一安全系数计算公式”,仍采用有关标准规定的沿闸室基底面抗滑稳定安全系数允许值,只是将基本荷载组合条件下2级、3级水闸沿闸室基底面抗滑安全系数允许值1.10~1.05取平均值1.08,及特殊组合Ⅰ条件下2级、3级水闸沿闸室基底面抗滑稳定安全系数允许值1.05~1.00取平均值1.03。
【检查要点和方法】
表7.3.14规定的岩基上沿闸室基底面抗滑稳定安全系数允许值的采用应与表中规定的计算公式配套使用。
f) 7.4.2 土基上的岸墙、翼墙稳定计算应满足下列要求:
1 在各种计算情况下,岸墙、翼墙平均基底应力不大于地基允许承载力,最大基底应力不大于地基允许承载力的1.2倍。
2 岸墙、翼墙基底应力的最大值与最小值之比不大于本规范7.3.5条规定的允许值。
3 沿岸墙、翼墙基底面的抗滑稳定安全系数不小于本规范7.3.13条规定的允许值。
g) 7.4.3 岩基上的岸墙、翼墙稳定计算应满足下列要求:
1 在各种计算情况下,岸墙、翼墙最大基底应力不大于地基允许承载力;
2 翼墙抗倾覆稳定安全系数不小于本规范7.4.8条规定的允许值;
3 沿岸墙、翼墙基底面的抗滑稳定安全系数不小于本规范7.3.14条规定的允许值。
h) 7.4.8 不论水闸级别,在基本荷载组合条件下,岩基上翼墙的抗倾覆安全系数不应小于1.50;在特殊荷载组合条件下,岩基上翼墙的抗倾覆安全系数不应小于1.30。
【摘编说明】
(1)土基上的岸墙、翼墙稳定计算要求,与闸室的规定完全一致。
(2)岩基上的岸墙、翼墙稳定计算要求,除中间一项要求与闸室的相应规定稍有差别外,其余两项要求则与闸室的规定是一致的。
由于岸墙、翼墙结构的作用和重要性毕竟比不上闸室结构,而且一旦失事,与闸室结构相比又较易于修复,因此,岸墙、翼墙结构与闸室相比,前者是次要建筑物,后者是主要建筑物。按照SL 252—2000的有关规定,在同一工程中,当工程等别确定后,次要建筑物的级别应比主要建筑物低1级或2级,由表7.3.13查出的岸墙、翼墙结构抗稳定系数允许值就比闸室结构低一档或两档,因此,无需对岸墙、翼墙结构抗滑稳定安全系数的允许值另作规定。
(3)岩基上翼墙抗倾覆稳定安全系数允许值的确定,以在各种荷载作用下不倾倒为原则,但应有一定的安全储备。
【检查要点和方法】
(1)岸墙、翼墙基底面抗滑稳定安全系数允许值的采用应与表中规定的计算公式配套使用。
(2)当沿岸墙、翼墙基底面的抗滑稳定安全系数计算值小于允许值时,可采用下列一种或几种抗滑措施:
1)适当增加底板宽度。
2)在基底增设凸榫。
3)在墙后增设阻滑板或锚杆。
4)在墙后改填摩擦角较大的填料,并增设排水。
5)在不影响水闸正常运用的条件下,适当限制墙后的填土高度,或在墙后采用其他减载措施。
4-3-7 《水电站厂房设计规范》SL 266—2014
a) 5.3.5 厂房抗浮稳定应符合下列规定:
1 任何情况下,抗浮稳定安全系数不应小于1.1。
【摘编说明】
岩基上厂房地基面上最小垂直正应力满足本标准规定后,一般无需进行抗浮稳定计算。但是,对高尾水位的厂房,当地基上拉应力区面积较大时,应进行厂房抗浮稳定计算。
【检查要点和方法】
厂房抗浮稳定性可选择特殊组合中的机组检修、机组未安装、非常运行三种情况中最不利的情况进行计算,厂房抗浮稳定安全系数不得小于1.1。
4-3-8 《碾压式土石坝设计规范》SL 274—2001
a) 8.3.10 采用计及条块间作用力的计算方法时,坝坡抗滑稳定的安全系数,应不小于表8.3.10规定的数值。
表8.3.10 坝坡抗滑稳定最小安全系数
注 运用条件详见本规范1.0.5。
b) 8.3.11 采用不计条块间作用力的瑞典圆弧法计算坝坡抗滑稳定安全系数时,对1级坝正常运用条件最小安全系数应不小于1.30,其他情况应比本规范表8.3.10规定的数值减小8%。
c) 8.3.12 采用滑楔法进行稳定计算时,若假定滑楔之间作用力平行于坡面和滑底斜面的平均坡度,安全系数应符合本规范表8.3.10的规定;若假定滑楔之间作用力为水平方向,安全系数应符合本规范8.3.11的规定。
【摘编说明】
(1)计算方法问题。土石坝极限平衡稳定分析中,一般采用条分法,分为不计条块间作用力和计及条块间作用力两类。最早的瑞典圆弧法是不计条块间作用力的方法,计算简单,已积累了丰富的经验,但理论上有缺陷,且当孔隙压力较大和地基软弱时,误差较大。计及条块间作用力能反映土体滑动土条之间的客观状况,但计算比瑞典圆弧法复杂。这两类不同方法对安全系数的大小有一定的影响,根据一般的经验统计,后者比前者大5%~10%。表8.3.10规定的安全系数标准,均是与计及条块间作用力的方法相配套的。当采用不计及条块间作用力的瑞典圆弧法计算时,允许的最小安全系数应增大5%~10%。
(2)计及条块间作用力对稳定安全系数的影响问题。SL 274—2001编写过程中,补充统计计算了11座土石坝各种工况、不同计算方法等217组滑动面的稳定安全系数,结论如下:①混凝土面板堆石坝平均安全系数增大值最大,心墙坝和其他坝型相差约0.5%;②摩根斯顿—普赖斯法平均安全系数增大值,比其他方法大;③总平均安全系数增大值,混凝土面板堆石坝达9.0%,心墙坝和其他坝型分别为5.67%和5.16%。对以上资料进行计算,11座土石坝施工期上、下游坡、稳定渗流期正常运用和其遇7度或8度地震时,6种方法比瑞典圆弧法稳定安全系数升高总平均值为6.98%。平均安全系数升高值汇总见表4-5。
表4-5 平均安全系数升高值汇总%
根据上述情况,计及条块间作用力的方法比瑞典圆弧法的稳定安全系数可增大8.00%。
(3)由于滑楔法是一种仅满足静力平衡的方法,滑楔间力的方向不同,对计算结果的合理性影响较大。在滑楔间作用力假定平行于坡面和滑底斜面的平均坡度时,其计算结果接近于计及条块间作用力的情况;在滑楔间作用力假定为水平时,其计算结果接近于不计条块间作用力的情况。因此,安全系数应分别符合表8.3.10和表8.3.11条的规定。
【检查要点和方法】
(1)碾压式土石坝的抗滑稳定标准是半经验性的,坝料的抗剪强度指标、计算方法和最小安全系数标准三者应相互配套。
(2)筑坝材料的抗剪强度指标的选择有线性指标和非线性指标之分。研究和工程实践经验的总结均表明:从材料的力学特性而言,无论是细颗粒土料还是粗颗粒的堆石料和砂砾石料,内摩擦角随法向应力增加而减小,呈现明显的非线性现象,即抗剪强度是小主应力的函数。在靠近坝坡面的低应力水平部位,抗剪强度或内摩擦角较高;在靠近坝底的高应力水平部位,抗剪强度或内摩擦角较低。表示抗剪强度的摩尔包线是一条曲线,这说明采用非线性抗剪强度指标计算土石坝的抗滑稳定是合理的。根据实际工程的对比计算分析,有时两者计算的最小安全系数相差很大,设计中应注意这一点。
(3)如果堆石坝粗粒料用非线性抗剪强度计算时,稳定安全系数标准在表8.3.10基础上适当提高。
4-3-9 《混凝土拱坝设计规范》SL 282—2003
a) 6.3.1 用拱梁分载法计算时,坝体的主压应力和主拉应力,应符合下列应力控制指标的规定:
1 容许压应力。混凝土的容许压应力等于混凝土的极限抗压强度除以安全系数。对于基本荷载组合,1、2级拱坝的安全系数采用4.0,3级拱坝的安全系数采用3.5;对于非地震情况特殊荷载组合,1、2级拱坝的安全系数采用3.5,3级拱坝的安全系数采用3.0。
2 容许拉应力。在保持拱座稳定的条件下,通过调整坝的体形来减少坝体拉应力的作用范围和数值。对于基本荷载组合,拉应力不得大于1.2MPa;对于非地震情况特殊荷载组合,拉应力不得大于1.5MPa。
注:1.混凝土极限抗压强度,指90d龄期15cm立方体的强度,保证率为80%;
2.坝体局部结构的设计和计算,应符合SL 191—2008《水工混凝土结构设计规范》的规定。
【摘编说明】
拱坝应力控制指标是衡量拱坝强度安全的标准,应力分析多采用拱梁分载法计算。采用此法时,拱梁布置宜力求均匀,拱梁数目的选用应达到设计精度的要求。对于1级、2级工程或比较复杂的拱坝,如有拱坝内设有大的孔洞、基础条件复杂等情况,当用拱梁分载法计算不能取得可靠的应力成果时,应进行有限元法计算。
为使坝的基岩能安全地承受坝体传来的力,并且不发生滑动和有害的变形,除应使处理后的基岩满足强度、整体性等要求以外,还应考虑抗渗性以防止渗透变形及使基岩中的渗流场有利于减小渗透压力与降低两岸地下水。鉴于各工程所在地基础条件复杂多变,基础处理需要因地制宜,不可拘于一格。
【检查要点和方法】
混凝土极限抗压强度,指90d龄期15cm立方体的强度,保证率为80%。
b) 6.3.2 用有限元法计算时,应补充计算“有限元等效应力”。按“有限元等效应力”求得的坝体主拉应力和主压应力,应符合下列应力控制指标的规定:
1 容许压应力。按本规范6.3.1的规定执行。
2 容许拉应力。对于基本荷载组合,拉应力不得大于1.5MPa;对于非地震情况特殊荷载组合,拉应力不得大于2.0MPa。超过上述指标时,应调整坝的体形减少坝体拉应力的作用范围和数值。
【摘编说明】
关于有限元法计算的应力指标,通常有以下3种不同的处理方法:
(1)根据有限元法计算所得的拉应力值进行控制。坝体按弹性阶段工作时,有限元计算成果将在角缘附近引起应力集中,局部应力一般较大,这是有限元法应力控制指标难以确定的主要原因。因此,我国的一些学者为避免应力集中问题,提出了“有限元等效应力”法。近十几年来,有些工程采用“有限元等效应力”法的方法进行控制,即对有限元法分析所得的坝体应力进行面积分求出截面内力,再用材料力学法求出截面应力,转化为有限元等效应力,这样得出的上、下游面应力,可以消除局部应力集中问题。
(2)根据拉应力范围进行控制。假定坝体按弹性阶段工作,不考虑坝体开裂的影响。在得出有限元的应力成果后,把拉应力区的范围在整个截面中所占的比例作为控制指标。在《混凝土重力坝设计规范》(SL 319—2005)中采用这一控制指标。
(3)根据开裂范围进行控制。假定坝体只能承受压应力而不能承受拉应力,拉应力区均按开裂处理。通过有限元的非线性分析,得出坝体的开裂范围,并将开裂范围作为控制指标。国内外有些高坝就是通过这样的方法进行分析和控制的。
在上述3种处理方法中,如按第2种方法对拉应力范围进行控制,根据拱坝的受力特性,在坝体温降时,坝体上部的拱圈有可能在整体断面上出现拉应力,尽管拉应力值并不大。如以第3种方法控制开裂范围,虽然比较接近于坝体工作的实际情况,但拱坝开裂计算在国内实际工程中的应用还不多,列入标准尚不够成熟。因此,不论用拉应力范围进行控制,或用开裂范围进行控制,都难以给出相应的控制指标。
第1种方法用有限元法计算所得的拉应力值进行控制,较为明确。关于“有限元等效应力”的计算及研究,国内科研、设计单位作了很多研究分析工作,为制定有限元应力控制指标提供了重要数据。
有限元等效应力具体计算步骤为:设拱坝的整体坐标系为(x′,y′,z′),计算坝体应力的梁拱交点的局部坐标系为(x,y,z)。
(1)将有限元法计算的整体坐标系中的应力{σ′}=[σ′x,σ′y,σ′z,τ′xy,τ′yz,τ′zx]T,经坐标变换,得到局部坐标系中的应力{σ}=[σx,σy,σz,τxy,τyz,τzx]T。
(2)沿单位高度拱的径向截面和在中心线(或坝轴线)上取单位宽度的水平梁截面,对{σ}的有关应力分量进行积分,得到拱圈和梁的内力(包括梁的竖向力、切向剪力、径向剪力、弯矩、扭矩和拱的轴向力、径向剪力、弯矩)。
(3)按材料力学法计算坝体应力。
由于有限元等效应力法和拱梁分载法都规定正应力为线性分布,两者只是内力计算上的差别,因此,两者的应力控制指标不会相差较大。
通过国内7座高200m以下已建混凝土拱坝拱梁分载法和有限元法两种方法对比分析,得到以下结论:
(1)各工况最大主压应力比值的平均值为0.97,即表明,有限元等效应力法求出的最大主压应力与拱梁分载法求出的最大主压应力从总体上看,应力数值大小基本持平,故在制定有限元等效应力法控制标准时,容许压应力的安全系数可以采用与拱梁分载法同样的数值,即仍按6.3.1条的规定执行。
(2)各工况下最大主拉应力的比值平均值为1.32,取为1.30,如以拱梁分载法的容许拉应力1.2MPa(基本荷载组合)和1.5MPa(非地震情况特殊荷载组合)为基础,按上述比例进行调整,有限元等效应力法的容许拉应力分别为1.56MPa(基本荷载组合)和1.95MPa(非地震情况特殊荷载组合),故规定不得大于1.5MPa(基本荷载组合)和2.0MPa(非地震情况特殊荷载组合)。
【检查要点和方法】
(1)为了保证拱坝的强度安全,原则上对超过拉应力控制指标的拱坝,应通过拱坝体形的调整来减少拉应力的作用范围和拉应力的数值,直至满足规范要求。
(2)对于200m以上的高拱坝,其容许拉应力和容许压应力可不受本标准6.3.1条和6.3.2条规定的限制,应做专门研究。
c) 6.3.3 拱坝应力分析除研究运行期外,还应验算施工期的坝体应力和抗倾覆稳定性。
在坝体横缝灌浆以前,按单独坝段分别进行验算时,坝体最大拉应力不得大于0.5MPa,并要求在坝体自重单独作用下,合力作用点落在坝体厚度中间的2/3范围内。
坝体横缝灌浆前遭遇施工洪水时,坝体抗倾覆稳定安全系数不得小于1.2。
d) 7.2.7 按公式(7.2.6-1)或公式(7.2.6-2)计算时,相应安全系数应符合表7.2.7的规定。
式中 K 1 、K2——抗滑稳定安全系数;
N ——垂直于滑裂面的作用力;
T ——沿滑裂面的作用力;
A ——计算滑裂面的面积;
f 1——抗剪断摩擦系数;
c 1——抗剪断凝聚力;
f 2——抗剪摩擦系数。
表7.2.7 抗滑稳定安全系数
【摘编说明】
(1)为保证施工期坝体的安全,在坝体横缝灌浆以前,除验算坝体应力外,还必须验算各单独坝段的抗倾覆稳定性,即要求任意一计算截面上的合力作用点必须落在坝体范围内,并保留一定安全裕度。
(2)表7.2.7适用于大、中型工程中岩基上的1级、2级、3级拱坝,4级、5级混凝土拱坝可参照使用。对于坝高超过200m或有特殊问题的工程,应进行专门研究。
(3)根据国内24个拱坝工程的调查资料,采用抗剪公式计算K′值在1.0~1.3之间;采用抗剪断公式计算K′大多数在2.5~3.5之间。考虑到拱坝拱座稳定性问题与两坝肩岩体结构,如与产状、不平整度、裂隙密集程度、连通率等紧密相关,实质是属于深层滑动的性质。同时,拱坝大多数重大事故均与拱座滑动稳定有关,据不完全统计,因拱座失稳造成拱坝失事的工程约占60%,因此,拱坝抗滑安全系数与混凝土重力坝相比要求要高。如1级建筑物混凝土重力坝K′值要求2.5~3.0,而混凝土拱坝K′值为3.0~3.5;3级建筑物混凝土重力坝K值为1.0~1.05,而混凝土拱坝K值要求1.1~1.3。
我国抗剪摩擦系数f值按下述特征取用:对脆性破坏材料,采用比例极限;对塑性破坏材料,采用屈服强度;对剪切错动过的材料,采用残余强度。f值一般都在0.75以下,明显偏低。苏联和美国f值一般采用1.0,所以按抗剪公式计算时,我国的安全系数K值应比国外K值低1.2~1.3倍,也就是说,我国的K值相当于国外的1.3~1.7。
【检查要点和方法】
(1)采用刚体极限平衡法进行抗滑稳定分析时,对1级、2级工程及高坝,应采用抗剪断公式计算,其他则可按抗剪公式计算。如果在坝区内存在影响抗剪稳定的软弱夹层时,其c′值很小或接近于零,在这种情况下,基本组合要满足3.0~3.5的安全系数是十分困难的,需增加处理工程量和付出重大代价。为此,在选择拱坝坝址和坝轴线时,要特别慎重,注意坝基和两坝肩是否有影响稳定的软弱地层或结构面。
(2)表7.2.7中所列的安全系数应与抗剪强度参数的取值和工程经验相协调。
(3)拱坝应力分析除研究运行期外,还应验算施工期的坝体应力和抗倾覆稳定性。
4-3-10 《水利水电工程进水口设计规范》SL 285—2003
a) 3.2.3 建筑物整体稳定安全标准。
整体布置进水口的整体稳定安全标准应与大坝、河床式水电站和拦河闸等枢纽工程主体建筑物相同。
对于独立布置进水口,当建基面为岩石地基时,沿建基面整体稳定安全标准应根据其建筑物等级及荷载组合按表3.2.3规定采用;当建基面为土质地基时,应按《水闸设计规范》SL 265—2001有关规定采用。
表3.2.3 独立布置进水口整体稳定安全标准
注 本表适用于建基面为岩石地基情况。
b) 3.2.4 建基面应力标准。
整体布置进水口建基面应力标准应与大坝、河床式水电站和拦河闸等枢纽工程主体建筑物相同。
对于独立布置进水口,当建基面为岩石地基时,建基面允许应力标准应按表3.2.4规定采用;当建基面为土质地基时,地基容许承载力应按SL265—2001中有关地基整体稳定的规定采用。
表3.2.4 独立布置进水口建基面允许应力(MPa)
注 本表适用于建基面为岩石地基情况。
【摘编说明】
(1)整体布置进水口一旦出现事故,不仅影响工程效益,而且还将造成下游灾害,因此,建筑物整体稳定安全标准应与所在的主体建筑物相同。
对于独立布置进水口,当建基面为土质地基时,整体稳定安全标准按《水闸设计规范》(SL 265—2001)有关规定采用;当建基面为岩质地基时,沿建基面稳定安全标准按本标准表3.2.3采用,沿深层软弱面的稳定问题和安全标准应另行研究确定。对于堤防涵闸式进水口,因一旦失事将造成堤内严重灾害,故还应符合《堤防工程设计规范》(GB 50286—98)的有关规定。
(2)基于与本标准3.2.3条的相同理由,对修建在岩基上的整体布置进水口建基面允许应力标准,应与所在的主体建筑物相同。对于岩质地基上独立布置进水口(堤防涵闸式进水口除外),一旦出现事故,一般不会造成下游灾害,因此,建基面允许应力标准略低于混凝土重力坝标准。
【检查要点和方法】
进水口的型式是整体布置进水口还是独立布置进水口;建基面为土质地基还是岩基;应根据不同的型式、不同的基础,选用不同的标准要求。
4-3-11 《水利水电工程施工组织设计规范》SL 303—2004
a) 3.4.12 混凝土围堰、浆砌石围堰与土石围堰的稳定安全系数应满足下列要求:
1 重力式混凝土围堰、浆砌石围堰采用抗剪断公式计算时,安全系数K不小于3.0,若考虑排水失效情况,K不小于2.5;按抗剪强度公式计算时,安全系数K不小于1.05。
2 混凝土拱围堰、浆砌石拱围堰的稳定安全系数及应力控制指标分别参照 SL 282—2003和SL 25—1991的有关规定选取。
3 土石围堰边坡稳定安全系数:3级,K不小于1.20;4~5级,K不小于1.05。
【摘编说明】
围堰工程具有使用期短、修建时间受限制、使用任务完成后往往还需拆除等特点。因此,围堰结构型式应在满足安全运用的基础上,力求结构简单、修筑及拆除方便、造价低廉。围堰工程虽系临时性水工建筑物,而一但失事仍将造成人员伤亡和财产损失,因此,围堰工程的安全同其他水工建筑物一样重要。
【检查要点和方法】
(1)施工围堰,特别是土石围堰失事的实例时有发生,对土石围堰除满足上述边坡稳定安全系数外,还应重视水流冲刷问题,土石围堰与泄水道接头处,宜适当加长导水墙或设丁坝将主流挑离围堰,防止水流冲刷堰基。
(2)对过水土石围堰的迎水面堰坡和堰顶应设置有效的保护措施,根据水流流速、施工条件等因素采用沉排、砌石或钢筋石笼、混凝土护面等防止冲刷的工程措施。
4-3-12 《碾压混凝土坝设计规范》SL 314—2004
我国自1986年建成了第一座碾压混凝土重力坝——坑口坝以来,碾压混凝土筑坝技术得到了迅速的发展,通过工程实践及国家重点科技攻关项目取得了许多实用价值很高的成果,在《碾压混凝土坝设计导则》(DL 5005—92)的基础上,编制了《碾压混凝土坝设计规范》(SL 314—2004)。本标准适用于水利水电工程岩基上的1级、2级、3级碾压混凝土重力坝设计,4级、5级可参照使用,也适用于碾压混凝土拱坝设计。坝高大于200m的碾压混凝土重力坝设计应做专门研究。
a) 4.0.4 碾压混凝土重力坝坝体抗滑稳定分析应包括沿坝基面、碾压层(缝)面和基础深层滑动面的抗滑稳定。必要时,应分析斜坡坝段的整体稳定。碾压混凝土重力坝碾压层(缝)面的抗滑稳定计算应采用抗剪断公式,其安全系数应符合SL 319—2005中沿坝基面抗滑稳定安全系数的有关规定。
【摘编说明】
碾压混凝土重力坝与常态混凝土重力坝坝体抗滑稳定分析相比,除计算沿坝基面、基础深层滑动面抗滑稳定外,还应计算沿碾压混凝土碾压层(缝)面的抗滑稳定。由于碾压混凝土坝的碾压层(缝)面的结合质量受材料性质、混凝土配合比、施工工艺和施工管理水平以及施工现场气候条件等诸多因素的影响,易成为坝体的薄弱环节,所以需核算沿坝体混凝土碾压层(缝)面的抗滑稳定。
【检查要点和方法】
(1)坝体碾压层(缝)面的抗滑稳定计算应采用抗剪断公式,其安全系数值的控制标准应符合《混凝土重力坝设计规范》(SL 319—2005)中沿坝基面抗滑稳定安全系数的有关规定。
(2)斜坡坝段,若横缝间距较大且基础面高差较大或坝基条件复杂时,应计算斜坡坝段的整体稳定。
(3)碾压层(缝)面抗剪断参数与施工质量、配合比、气候条件、是否及时覆盖以及取样方式等密切相关,故离散性较大,碾压混凝土重力坝中坝、低坝在无抗剪断试验资料时,根据类似工程选用抗剪断参数时应慎重。
4-3-13 《混凝土重力坝设计规范》 SL 3192005
a) 6.3.2 重力坝坝基面坝踵、坝趾的垂直应力应符合下列要求:
1 运用期:
1)在各种荷载组合下(地震荷载除外),坝踵垂直应力不应出现拉应力,坝趾垂直应力应小于坝基容许压应力。
2)在地震荷载作用下,坝踵、坝趾的垂直应力应符合SL 203的要求。
2 施工期:坝趾垂直应力允许有小于0.1MPa的拉应力。
b) 6.3.4 重力坝坝体应力应符合下列要求:
1 运用期:
1)坝体上游面的垂直应力不出现拉应力(计扬压力)。
2)坝体最大主压应力,不应大于混凝土的允许压应力值。
3)在地震情况下,坝体上游面的应力控制标准应符合SL 203的要求。
4)关于坝体局部区域拉应力的规定:
——宽缝重力坝离上游面较远的局部区域,允许出现拉应力,但不应超过混凝土的允许拉应力。
——当溢流坝堰顶部位出现拉应力时,应配置钢筋。
——廊道及其他孔洞周边的拉应力区域,宜配置钢筋;有论证时,可少配或不配钢筋。
2 施工期:
1)坝体任何截面上的主压应力不应大于混凝土的允许压应力。
2)在坝体的下游面,允许有不大于0.2MPa的主拉应力。
c) 6.3.10 混凝土的允许应力应按混凝土的极限强度除以相应的安全系数确定。
坝体混凝土抗压安全系数,基本组合不应小于4.0;特殊组合(不含地震情况)不应小于3.5。
当局部混凝土有抗拉要求时,抗拉安全系数不应小于4.0。
在地震情况下,坝体的结构安全应符合SL 203的要求。
注1:混凝土极限抗压强度,指90d龄期的15cm立方体强度,强度保证率为80%。
注2:坝体局部结构的设计和计算,应符合SL/T 191的规定。
【摘编说明】
影响重力坝应力的因素非常复杂,不仅与坝体断面和所受荷载有关,而且还取决于基岩性质及基础处理设计、坝体混凝土设计及相应参数、施工的方式和程序、气温变化、原材料品种和养护条件等。很显然,要在计算中考虑全部有关因素的影响,将是很困难甚至是不可能的。
SL 319—2005规定应力计算应按材料力学公式进行。对于中、低坝,当地质条件较简单时,可只按材料力学方法计算坝的应力,有时可只计算坝的边缘应力。对于高坝,尤其当地质条件复杂,除用材料力学方法计算外,宜同时采用有限元法进行计算研究,所得结果应没有特殊不利的应力分布状态,局部应力数值可不受本条文应力指标的限制,但如果局部应力数值超过指标较多时,应研究其原因,必要时应采取改善措施。对于复杂地基上的中、低坝,也可根据需要进行上述研究。
应力计算主要内容包括:计算坝体选定截面上的应力(应根据坝高选定计算截面,包括坝基面、折坡处及其他计算的截面);计算坝体削弱部位(如孔洞、泄水流道部位)的局部应力;需要时分析坝基内部的应力。
当应力值不满足要求时,可通过适当调整坝体断面来达到。另外,在坝基岩石条件较好,无夹泥或无水溶性物质时,也可考虑采用抽排降压措施,降低扬压力,从而达到改善应力的目的。
【检查要点和方法】
(1)混凝土重力坝应以材料力学法和刚体极限平衡法计算成果作为确定坝体断面的依据,有限元法作为辅助方法。用材料力学法计算实体重力坝坝体上游面、下游面应力的计算公式见SL 319—2005附录C。
(2)混凝土极限抗压强度,指90d龄期的15cm立方体强度,强度保证率为80%。
d) 6.4.1 坝体抗滑稳定计算主要核算坝基面滑动条件,应按抗剪断强度公式(6.4.1-1)或抗剪强度公式(6.4.1-2)计算坝基面的抗滑稳定安全系数。
1 抗剪断强度的计算公式:
式中 K ′——按抗剪断强度计算的抗滑稳定安全系数;
f′ ——坝体混凝土与坝基接触面的抗剪断摩擦系数;
C′ ——坝体混凝土与坝基接触面的抗剪断凝聚力,kPa;
A ——坝基接触面截面积,m2;
∑W——作用于坝体上全部荷载(包括扬压力,下同)对滑动平面的法向分值,kN;
∑P——作用于坝体上全部荷载对滑动平面的切向分值,kN。
2 抗剪强度的计算公式:
式中 K ——按抗剪强度计算的抗滑稳定安全系数;
f ——坝体混凝土与坝基接触面的抗剪摩擦系数。
3 抗滑稳定安全系数的规定:
1)按抗剪断强度公式(6.4.1-1)计算的坝基面抗滑稳定安全系数K′值不应小于表6.4.1-1的规定。
表6.4.1-1 坝基面抗滑稳定安全系数K'
2)按抗剪强度公式(6.4.1-2)计算的坝基面抗滑稳定安全系数K值不应小于表6.4.1-2规定的数值。
表6.4.1-2 坝基面抗滑稳定安全系数K
4 坝基岩体内存在软弱结构面、缓倾角裂隙时,坝基深层抗滑稳定安全系数按附录E计算。按抗剪断强度公式(E.0.2-1)、公式(E.0.2-2)计算的K′值不应小于表6.4.1-1的规定。当采取工程措施后K′值仍不能达到表6.4.1-1要求时,可按抗剪强度公式(E.0.3-1)及公式(E.0.3-2)计算坝基深层抗滑稳定安全系数,其安全系数指标应经论证后确定。对于单滑面情况,尤须慎重。
附录E 坝基深层抗滑稳定计算
E.0.1 坝基深层存在缓倾角结构面时,根据地质资料可概括为单滑动面、双滑动面和多滑动面,进行抗滑稳定分析。
双滑动面为最常见情况,见图E.0.1。
图E.0.1 双滑动面示意图
深层抗滑稳定计算采用等安全系数法,应按抗剪断强度公式或按抗剪强度公式进行计算。
E.0.2 采用抗剪断强度公式计算。考虑ABD块的稳定,则有:
考虑 BCD 块的稳定,则有:
式中 K ′1、K′2——按抗剪断强度计算的抗滑稳定安全系数;
W ——作用于坝体上全部荷载(不包括扬压力,下同)的垂直分值,kN;
H ——作用于坝体上全部荷载的水平分值,kN;
G 1 、G2——岩体ABD、BCD重量的垂直作用力,kN;
f′ 1 、f′2——AB、BC滑动面的抗剪断摩擦系数;
c′ 1 、c′2——AB、BC滑动面的抗剪断凝聚力,kPa;
A 1 、A2——AB、BC面的面积,m2;
α、β——AB、BC面与水平面的夹角;
U 1 、U2、U3——AB、BC、BD面上的扬压力,kN;
Q——BD 面上的作用力,kN;
φ——BD 面上的作用力 Q 与水平面的夹角。夹角φ值需经论证后选用,从偏于安全考虑φ可取0°。
通过公式 (E.0.21)、公式 (E.0.22)及K'1=K'2=K',求解Q、K'值。
E.0.3 采用抗剪强度公式计算。对于采取工程措施后应用抗剪断强度公式计算仍无法满足表6.4.1-1要求的坝段,可采用抗剪强度公式(E.0.3-1)、公式(E.0.3-2)计算抗滑稳定安全系数,其安全系数指标可经论证确定。
考虑 ABD 块的稳定,则有:
考虑 BCD 块的稳定,则有:
式中 K 1 、K2——按抗剪强度计算的抗滑稳定安全系数;
f 1 、f2——AB、BC滑动面的抗剪摩擦系数。
通过公式(E.0.3-1)、公式(E.0.3-2)及K1=K2=K,求解Q、K值。
单滑面的情况比较简单,这里不再列出计算式。多滑面的情况比较复杂,可参照双滑面的计算式,列出各个滑动体的算式,求解K值。
【摘编说明】
坝体抗滑稳定计算采用抗剪强度公式与抗剪断强度公式并列。工程实践表明,坝基岩体条件较好,采用抗剪断强度公式是合适的;但当坝基岩体较差时,如软岩或存在软弱结构面时,采用抗剪强度公式也是可行的。所以设计时应根据工程地质条件选取适当的计算公式。
对坝基岩体内存在软弱结构面、缓倾角裂隙时,应进行坝基深层抗滑稳定分析,首先应按抗剪断强度公式计算,并满足表6.4.1-1的要求;如采取工程措施后仍不能满足表6.4.1-1的要求时,可按抗剪强度计算公式(E.0.1-3)、公式(E.0.1-4)计算坝基深层抗滑稳定安全系数,其指标应经论证确定。对于双滑面、多滑面等情况,由于BD面是假定的,φ值又取为0,又用等K法计算,有不少安全裕度。但对于单滑面,没有上述安全裕度,其安全系数取值尤须慎重。
在进行坝基岩体存在的软弱结构面、缓倾角裂隙的深层抗滑稳定分析时,以刚体极限平衡法计算为主。有限元法目前各种分析方法发展很快,稳定安全系数也有多种定义,各种方法的计算结果相差较大,尚难以作为判据,但可作为对工程的深层抗滑稳定性进行综合评定和处理方案选择依据。
【检查要点和方法】
(1)坝体抗滑稳定采用刚体极限平衡法计算。
(2)坝体混凝土与坝基接触面之间的抗剪断摩擦系数f′、凝聚力c′和抗剪摩擦系数f的取值:规划阶段可参考SL 319—2005附录D选用;可行性研究阶段及以后的设计阶段,应经试验确定;中型工程的中、低坝,若无条件进行野外试验时,宜进行室内试验,并参照SL 319—2005附录D和工程类比选用。
4-3-14 《水工挡土墙设计规范》SL 379—2007
a) 3.2.7 沿挡土墙基底面的抗滑稳定安全系数不应小于表3.2.7规定的允许值。
表3.2.7 挡土墙抗滑稳定安全系数的允许值
b) 3.2.8 当验算土质地基上挡土墙沿软弱土体整体滑动时,按瑞典圆弧滑动法或折线滑动法计算的抗滑稳定安全系数不应小于表3.2.7规定的允许值。
【摘编说明】
(1)沿挡土墙基底面的抗滑稳定安全系数,反映了挡土墙是否安全与经济的指标。表3.2.7规定的沿挡土墙基底面抗滑稳定安全系数的允许值与《堤防工程设计规范》(GB 50286)以及《水闸设计规范》(SL 265—2001)的规定是对应的。
(2)由于挡土墙底板以下的土质地基和墙后回填土两个部分连在一起,其稳定计算的边界条件比较复杂,还有深层抗滑稳定问题。因此,对于挡土墙的地基整体稳定可采用瑞典圆弧滑动法计算。
土质地基上的建筑物经常遇到持力层内夹有软弱土层的情况。由于软弱土层抗剪强度低,在水平向荷载作用下,有可能产生沿软弱土层的滑动,因此当土质地基持力层内夹有软弱土层时,还应采用折线滑动法(复合圆弧滑动法)对软弱土层进行整体抗滑稳定验算。按折线滑动法计算的挡土墙深层抗滑稳定安全系数也应满足表3.2.7规定的允许值。
【检查要点和方法】
必须指出,表3.2.7规定的沿挡土墙基底面抗滑稳定安全系数允许值应与表中规定的相应计算公式配套使用。
c) 3.2.10 设有锚碇墙的板桩式挡土墙,其锚碇墙抗滑稳定安全系数不应小于表3.2.10规定的允许值。
表3.2.10 锚碇墙抗滑稳定安全系数的允许值
d) 3.2.11 对于加筋式挡土墙,不论其级别,基本荷载组合条件下的抗滑稳定安全系数不应小于1.40,特殊荷载组合条件下的抗滑稳定安全系数不应小于1.30。
【摘编说明】
(1)有锚碇墙的板桩式挡土墙是依靠作用在插入地基的板桩和置入墙后填土内可能滑动面以外锚碇墙上的被动土压力来维持结构整体稳定的,其锚碇墙的抗滑稳定安全系数应按表3.2.10的规定采用。
(2)加筋式挡土墙目前在级别较高的工程中应用较少,不考虑挡土墙的级别是可以的。按照《水利水电工程土工合成材料应用技术规范》(SL/T 225—98)的规定,加筋式挡土墙在验算沿水平向的抗滑稳定性和按圆弧滑动法验算整体深层抗滑稳定性时,不论挡土墙的级别和荷载组合情况,其抗滑稳定安全系数均应不小于1.30。在基本荷载组合和特殊荷载组合时,应有所区别。参考土质地基上的其他类型挡土墙的抗滑稳定安全系数允许值的取值范围,在基本荷载组合和特殊荷载组合时差距约在0.1~0.15之间。
【检查要点和方法】
设有锚碇墙的板桩式挡土墙,其锚碇墙抗滑稳定安全系数应按建筑物级别和荷载组合分别确定;加筋式挡土墙稳定安全系数则不考虑挡土墙的级别。
e) 3.2.12 土质地基上挡土墙的抗倾覆稳定安全系数不应小于表3.2.12规定的允许值。
表3.2.12 土质地基上挡土墙抗倾覆稳定安全系数的允许值
f) 3.2.13 岩石地基上1~3级水工挡土墙,在基本荷载组合条件下,抗倾覆稳定安全系数不应小于1.50,4级水工挡土墙抗倾覆稳定安全系数不应小于1.40;在特殊荷载组合条件下,不论挡土墙的级别,抗倾覆稳定安全系数不应小于1.30。
【摘编说明】
(1)对于土质地基上的挡土墙,其抗倾覆稳定是由地基稳定性和控制基底大小应力的比值来保证的;GB 50286—98中规定,防洪墙(即挡土墙)按堤防工程级别分为5级,正常运用期的抗倾覆稳定安全系数允许值为1.6~1.4之间,非正常运用期的抗倾覆稳定安全系数允许值为1.5~1.3之间。抗倾覆稳定也是衡量挡土墙安全性的重要指标,对工程投资有直接影响,按建筑物级别分级取用抗倾覆稳定安全系数较为合理。本条规定的挡土墙抗倾覆稳定安全系数允许值与GB 50286—98是一致的。
(2)对于岩基上的挡土墙,抗倾覆稳定安全系数允许值的确定,以在各种荷载作用下不倾倒为原则,但应有一定的安全储备。参照现行有关规范对抗倾覆稳定安全系数允许值的规定,本条做出相应规定。
【检查要点和方法】
土质地基上的挡土墙,其抗倾覆安全系数应按建筑物级别和荷载组合分别确定;岩基上的挡土墙,抗倾覆安全系数在基本荷载组合条件下,与建筑物级别有关,但在特殊荷载组合条件下,与建筑物级别无关。
g) 3.2.14 对于空箱式挡土墙,不论其级别和地基条件,基本荷载组合条件下的抗浮稳定安全系数不应小于1.10,特殊荷载组合条件下的抗浮稳定安全系数不应小于1.05。
【摘编说明】
对于挡土墙来说,空箱式挡土墙的抗浮稳定性要求是个特例。参照现行有关标准的规定,做出本条规定。
【检查要点和方法】
空箱式挡土墙的抗浮稳定安全系数,与建筑物级别和地基条件无关。
h) 6.3.1 土质地基和软质岩石地基上的挡土墙基底应力计算应满足下列要求:
1 在各种计算情况下,挡土墙平均基底应力不大于地基允许承载力,最大基底应力不大于地基允许承载力的1.2倍。
2 挡土墙基底应力的最大值与最小值之比不大于表6.3.1规定的允许值。
表6.3.1 挡土墙基底应力最大值与最小值之比的允许值
i) 6.3.2 硬质岩石地基上的挡土墙基底应力计算应满足下列要求:
1 在各种计算情况下,挡土墙最大基底应力不大于地基允许承载力。
2 除施工期和地震情况外,挡土墙基底不应出现拉应力;在施工期和地震情况下,挡土墙基底拉应力不应大于100kPa。
【摘编说明】
(1)对于土质地基以及软质岩石上的挡土墙,要求在各种计算情况下(一般控制在完建情况下),挡土墙平均基底应力不大于地基容许承载力,最大基底应力不大于地基容许承载力的1.2倍。由于地基容许承载力是指平均的允许承载力,因此不允许挡土墙平均基底应力超过平均的地基容许承载力,但允许局部的基底应力超过平均的地基容许承载力,即允许地基内出现局部的塑性变形。至于局部的基底应力允许超过的限度,一般是要求最大基底应力不要超过平均地基容许承载力的1.2倍。这一规定与SL 265—2001等的有关规定是一致的。
(2)岩石地基上的挡土墙,同样有基底应力方面的要求。由于硬质岩石地基的容许承载力较大,压缩性极小,地基承载能力通常不存在问题,也不会因基底应力分布的不均匀而发生较大的沉降差,从而导致挡土结构倾覆,因此硬质岩石地基上挡土墙基底应力的最大值与最小值之比可不作限制。但为避免挡土墙基础底面与基岩之间脱开,要求在非地震情况下挡土墙基底不应出现拉应力;在施工期和在地震情况下基底拉应力不应大于100kPa,这一规定与现行有关标准的规定是一致的。
【检查要点和方法】
(1)对于土质地基上特别是修建在软土地基上的挡土墙,要满足上述要求往往比较困难,需要通过减轻结构重量、调整结构重心或对地基进行人工处理才能达到。基底应力最大值与最小值之比的允许值的规定,主要是防止结构产生过大的不均匀沉降及可能的倾覆破坏。因此,对于人工加固的深基础,可不受表6.3.1的规定限制。
(2)对于岩石地基上挡土高度特别大,且又修建在强风化或有不良地质构造的岩石地基上的挡土墙,还应核算其地基承载能力状况。对于全风化的岩石地基,其地质条件已与土质地基基本相似,可按土质地基进行计算。
4-3-15 《水利水电工程边坡设计规范》SL 386—2007
a) 3.4.2 采用5.2节规定的极限平衡方法计算的边坡抗滑稳定最小安全系数应满足表3.4.2的规定。经论证,破坏后给社会、经济和环境带来重大影响的1级边坡,在正常运用条件下的抗滑稳定安全系数可取1.30~1.50。
表3.4.2 抗滑稳定安全系数标准
【摘编说明】
边坡抗滑稳定安全系数标准的主要依据是:相关标准的规定和已建水利水电工程边坡的实际取值。
实际边坡工程采用的安全系数标准和实际计算值,可反映目前边坡安全系数的应用现状。通过对103例边坡的抗滑稳定安全系数进行统计,结果表明:
(1)工程规定的安全系数标准变动区间,正常运用条件下的范围值为1.10~1.60,非常运用条件Ⅰ下的范围值为1.00~1.30,非常运用条件Ⅱ下的范围值为1.05~1.20;而实际采用的计算值变动区间则相对较大,三种运用条件下的范围值分别为1.02~4.24、1.00~2.92和0.96~1.696。
(2)各工况间的安全系数数值级差。采用的安全系数标准正常运用条件数值比非常运用条件Ⅰ高13.6%,非常运用条件Ⅰ比非常运用条件Ⅱ高2.7%,实际计算值高出比例略大。与本规范规定的级差(4%~9%)基本相符合。
由于划分Ⅰ等工程的技术标准上限是不封顶的,如长江三峡、黄河小浪底等特大型工程,边坡在工程安全中的地位无疑是非常重要的。因此将此种重要且影响大的1级边坡正常运用条件下抗滑稳定最小安全系数定为1.30~1.50认为是合理的。
【检查要点和方法】
(1)抗滑稳定计算应以极限平衡方法为基本计算方法。对于1级边坡,可同时采用强度指标折减的有限元法验算其抗滑稳定性。
(2)对于土质边坡和呈碎裂结构、散体结构的岩质边坡,当滑动面呈圆弧形时,宜采用简化毕肖普(Simplified Bishop)法和摩根斯顿-普赖斯法(Morgenstern-Price)进行抗滑稳定计算。
当滑动面呈非圆弧形时,宜采用摩根斯顿-普赖斯法和不平衡推力传递法进行抗滑稳定计算。
(3)对于呈块体结构和层状结构的岩质边坡,宜采用萨尔玛法(Sarma)和不平衡推力传递法进行抗滑稳定计算。
(4)对由两组及其以上节理、裂隙等结构面切割形成楔形潜在滑体的边坡,宜采用楔体法进行抗滑稳定计算。
(5)抗滑稳定计算方法的公式、荷载计算及其各种假定应符合本标准附录D的规定。
4-3-16 《水利水电工程施工导流设计规范》SL 623—2013
a) 6.3.4 土石围堰、混凝土围堰与浆砌石围堰的稳定安全系数应满足下列要求:
1 土石围堰边坡稳定安全系数应满足表6.3.4的规定。
表6.3.4 土石围堰边坡稳定安全系数表
2 重力式混凝土围堰、浆砌石围堰采用抗剪断公式计算时,安全系数K′应不小于3.0,排水失效时安全系数K′应不小于2.5;按抗剪强度公式计算时安全系数K应不小于1.05。
【摘编说明】
本条细化了土石围堰边坡稳定的安全系数的规定,摘编说明同4-3-12。
【检查要点和方法】
同4-3-12,但应注意不同计算方法的安全系数值。
4-3-17 《水利水电工程围堰设计规范》SL 645—2013
a) 6.5.1 土石围堰稳定计算应符合下列要求:
2 抗滑稳定采用瑞典圆弧法或简化毕肖普法时,土石围堰的边坡稳定安全系数应满足表6.5.1 的规定。
表6.5.1 土石围堰边坡稳定安全系数表
b) 6.5.2 混凝土围堰稳定计算应符合下列要求:
4 混凝土重力式围堰采用抗剪断公式计算时,安全系数K′≥3.0,排水失效时安全系数K′≥2.5;按抗剪强度公式计算时安全系数K≥1.05。
【摘编说明】
同4-3-17。
【检查要点和方法】
同4-3-17。
4-3-18 《预应力钢筒混凝土管道技术规范》SL 702—2015
预应力钢筒混凝土管 (PCCP)是在带有钢筒的混凝土管芯外侧缠绕环向预应力钢丝并用水泥砂浆作保护层而制成的管材,包括内衬式预应力钢筒混凝土管(PCCPL)和埋置式预应力钢筒混凝土管(PCCPE)。
预应力钢筒混凝土管具有高强度、高抗渗性、高密封性及耐久性好的优点,近10余年国内建成了一批预应力钢筒混凝土管道工程,积累了较丰富的设计、施工及运行经验。为便于指导预应力钢筒混凝土管设计、生产、敷设、监理及工程验收,制定本标准。
a) 6.5.1 管道抗浮稳定安全系数应符合下列要求:
1 抗浮稳定安全系数不应小于1.1。
【摘编说明】
抗浮稳定安全系数的取值与现行水利行业标准相关规定一致。
【检查要点和方法】
各种工况下,管道抗浮稳定安全系数不应小于1.1。
b) 6.5.2 管道直径变化处、转弯处、堵头、闸阀、伸缩节处的镇墩(支墩)或由限制性接头连接的管段抗滑稳定验算应符合下列要求:
1 抗滑稳定安全系数不应小于1.5,采用限制性接头连接多节管道时不应小于1.1。
【摘编说明】
抗滑稳定验算应按纯摩公式计算。在没有试验资料的情况下,管道或建筑物基底面与地基之间的摩擦系数f值,可根据地基类别按表6.5.3-2所列数值选用。
表6.5.3-2 管道或建筑物基底面与地基之间的摩擦系数f值
限制性接头是指以形成限制管段为目的,采用夹钳式铠式、承口螺栓式铠式、开口环限制性、焊接及法兰连接等方式,实现传递轴向力为目的的特殊接头。
【检查要点和方法】
(1)检查管道的镇墩(支墩)抗滑稳定计算相关的荷载、设计参数、计算工况和计算结果,抗滑稳定安全系数不应低于1.5。
(2) 采用限制性接头连接多节管道抗滑稳定安全系数不应低于1.1。