- 《水利工程建設標準強制性條文》(2016年版)實施指南
- 水利部水利水電規劃設計總院 中水北方勘測設計研究有限責任公司 長江勘測規劃設計研究有限公司 北京川流科技開發中心
- 27603字
- 2021-10-29 22:10:27
4-3 穩定與強度
穩定與強度是保證水工建筑物安全極為重要的技術經濟指標。水工建筑物穩定與強度不滿足要求時可能導致建筑物失事,危及人民生命財產的安全;同時,水工建筑物的尺寸與穩定、強度計算密切相關。因此,對于穩定安全系數與強度指標的合理規定,不僅與采用的計算理論、方法和計算指標等有關,而且涉及國家的技術經濟政策。現行標準規定的穩定安全系數與強度指標較好地反映了我國當前水利水電建設的科技水平和我國的經濟水平,同時也為中華人民共和國成立以來的工程實踐證明是安全可靠和經濟合理的,因此,必須嚴格貫徹執行。
穩定安全系數是水工建筑物設計的重要指標。目前,水利工程中各類水工建筑物的穩定安全系數仍沿用單一安全系數法。影響建筑物穩定計算的因素很多,它與建筑物的等級、荷載及組合、地基類別、抗剪指標的取值、抗滑模式、計算方法以及建筑物的型式等密切相關。
4-3-1 《泵站設計規范》GB 50265—2010
a) 6.3.5 泵房沿基礎底面抗滑穩定安全系數允許值應按表6.3.5采用。
表6.3.5 抗滑穩定安全系數允許值

注 特殊組合Ⅰ適用于施工工況、檢修工況和非常運用工況,特殊組合Ⅱ適用于地震工況。
b) 6.3.7 泵房抗浮穩定安全系數的允許值,不分泵站級別和地基類別,基本荷載組合下不應小于1.10,特殊荷載組合下不應小于1.05。
【摘編說明】
對于土基和巖基上的泵房,條文中都并列提出了抗剪斷和抗剪兩種計算公式,可由設計者根據具體情況選用,其理由如下:
(1) 抗剪斷公式中f′和c′值,特別是c′值,影響因素較多,難以確定。泵房對基礎的要求一般比重力壩對基礎的要求低。
(2)泵房單向擋水的水頭一般較小,其水下部分結構尺寸往往由機電設備及結構布置需要較大,除特殊情況外,泵房整體抗滑穩定往往不是控制因素。
(3)泵房抗浮穩定一般受檢修工況和校核洪水運行工況控制,規范規定以控制泵房不發生浮起為原則,可以保證泵房抗浮穩定安全,無需按建筑物的級別和地基類別規定抗浮穩定安全系數。
【檢查要點和方法】
(1)土基上泵房的抗滑穩定可按抗剪斷和抗剪兩種方法計算,安全系數應按建筑物級別分別取值,但同一工況兩種計算方法的安全系數相同;巖基上泵房的抗滑穩定按抗剪方法計算時,安全系數也應按建筑物級別分別取值,當按抗剪斷方法計算安全系數時,安全系數則與建筑物級別無關。
(2)抗滑穩定安全系數的取值是否與荷載組合,計算公式和抗剪指標相對應。
(3)抗浮穩定安全系數不分建筑物級別和地基類別,檢查是否按基本荷載組合和特殊荷載組合分別取值。
4-3-2 《蓄滯洪區設計規范》GB 50773—2012
a) 3.2.10 蓄滯洪區安全臺臺坡的抗滑穩定安全系數,不應小于表3.2.10的規定。
表3.2.10 安全臺臺坡的抗滑穩定安全系數

【摘編說明】
安全臺是建筑在蓄滯洪區或沿堤地帶高于設計洪水位的土臺,為臨時性的避洪場所,可按照4級堤防抗滑穩定安全系數控制。臺坡的抗滑穩定以往都采用堤防的計算方法,實際運行中能夠滿足穩定和安全的要求。本標準提出的抗滑穩定計算公式,出于以下理由:
(1)本標準規定的安全系數標準,是按采用瑞典圓弧法計算確定的。瑞典圓弧法是不計條塊間作用力的方法,計算簡單,已積累了豐富的經驗,可以保證安全臺臺坡的抗滑穩定。但理論上有缺陷,且當孔隙壓力較大和地基軟弱時,誤差較大。“計及條塊間作用力”能反映土體滑動土條之間的客觀狀況,但計算比瑞典圓弧法復雜。這兩類不同方法對安全系數的大小有一定的影響,根據一般的經驗統計,后者比前者大5%~10%左右。
(2)安全臺的抗滑穩定考慮正常運用條件和非常運用條件兩種工況,正常運用條件即為設計洪水工況,非常運用條件包括地震和施工期工況。
【檢查要點和方法】
(1)本標準規定的安全系數應采用瑞典圓弧法計算確定。
(2)安全臺的填筑材料的抗剪強度指標、計算方法和安全系數三者是否相互配套。
(3)安全臺的抗滑穩定是否考慮了正常運用條件和非常運用條件。
4-3-3 《小型水利水電工程碾壓式土石壩設計規范》SL 189—2013
在全國水庫垮壩事故中,小型土石壩占絕大多數,主要為漫壩和質量問題。為規范小型水利水電工程碾壓式土石壩的設計,制定了《小型水利水電工程碾壓式土石壩設計導則》(SL 189—96)。2013年按照水利部統一安排,對該導則進行了全面修訂和補充,將“導則”改為“規范”。本標準適用于山區、丘陵區4級、5級且壩高小于30m和平原、濱海部分4級、5級的碾壓式土石壩的設計。
a) 8.2.3 對于圓弧滑動法,可采用瑞典圓弧法或簡化畢肖普法計算,壩坡抗滑穩定安全系數應不小于表8.2.3的規定。
表8.2.3 壩坡抗滑穩定最小安全系數表

【摘編說明】
(1)原導則推薦采用不計土條間作用力的瑞典圓弧法,計算相對簡單,已積累了豐富的經驗,但該方法在理論上有缺陷。隨著計算機技術的發展和普及,修訂增加了計入土條間作用力的簡化畢肖普法,更為嚴謹。
(2)本次修訂增加了“校核洪水位有可能形成穩定滲流的情況”。
(3)本次修訂將“正常運用條件遇地震”列為非常運用條件Ⅱ,與原導則相比最小安全系數有所降低。
【檢查要點和方法】
(1)土石壩的穩定應計算以下四種情況:
1)施工期(包括竣工期)的上、下游壩坡。
2)穩定滲流期的下游壩坡。
3)水庫水位降落期的上游壩坡。
4)正常運用遇地震的上、下游壩坡。
(2)計算工況是否包含表8.2.3中的幾種工況。每種計算工況的安全系數不得小于規定的數值。
(3)壩的靜力穩定計算,對于均質壩、心墻壩和厚斜墻壩可按剛體極限平衡理論采用圓弧法;對于薄斜墻壩、薄心墻壩、壩基有軟土夾層的壩體可采用滑楔法。
(4)壩坡穩定計算分為有效應力法和總應力法。有效應力法的抗剪強度指標采用排水剪試驗成果,最好用三軸儀測定,如無三軸儀,也可用直剪儀測定。
4-3-4 《水工混凝土結構設計規范》SL 191—2008
《水工混凝土結構設計規范》(SL 191—2008)系對《水工混凝土結構設計規范》(SL/T 191—96)和《水工鋼筋混凝土結構設計規范》(SDJ 20—78)的設計基本原則進行整合和修改,并依據科學研究和工程實踐增補有關內容后,編制而成。
a) 3.1.9 未經技術鑒定或設計許可,不應改變結構的用途和使用環境。
【摘編說明】
本條是對水工混凝土結構的基本設計規定,改變結構的用途和使用環境將影響結構的承載能力、使用性能及耐久性,因此未經技術鑒定或設計許可,不應改變結構的用途和使用環境。
【檢查要點和方法】
若發現結構的用途和使用環境改變,應檢查是否有技術鑒定書或上級審查部門的批復文件。
b) 3.2.2 承載能力極限狀態計算時,結構構件計算截面上的荷載效應組合設計值S應按下列規定計算:
1 基本組合
當永久荷載對結構起不利作用時:
當永久荷載對結構起有利作用時:
式中 S G1k——自重、設備等永久荷載標準值產生的荷載效應;
S G2k——土壓力、淤沙壓力及圍岸壓力等永久荷載標準值產生的荷載效應;
S Q1k——一般可變荷載標準值產生的荷載效應;
S Q2k——可控制其不超出規定限值的可變荷載標準值產生的荷載效應。
2 偶然組合
式中 S Ak——偶然荷載標準值產生的荷載效應。
式(3.2.2-3)中,參與組合的某些可變荷載標準值,可根據有關標準作適當折減。
荷載的標準值可按《水工建筑物荷載設計規范》(DL 5077—1997)及《水工建筑物抗震設計規范》(SL 203—97)的規定取用。
注1:本標準有關承載能力極限狀態計算的條文中,荷載效應組合設計算S即為截面內力設計值(M、N、V、T等)。
注2:水工建筑物的穩定性驗算時,應取荷載標準值進行,其穩定性安全系數應按相關標準取值。
c) 3.2.4 承載能力極限狀態計算時,鋼筋混凝土、預應力混凝土及素混凝土結構構件的承載力安全系數K不應小于表3.2.4的規定。
表3.2.4 混凝土結構構件的承載力安全系數K

【摘編說明】
(1)式(3.2.2)中S為荷載效應組合設計值,包含永久荷載標準值Gk、可變荷載標準值Qk,以及它們的荷載分項系數γG、γQ。
SL 191—2008規范把永久荷載分為兩類:一類是變異性很小的自重、設備重等,它所產生的荷載效應用SG1k表示;另一類是變異性稍大的土壓力、圍巖壓力等,其荷載效應用SG2k表示。可變荷載也分為兩類:一類是一般可變荷載,其荷載效應用SQ1k表示;另一類是可嚴格控制其不超出規定限值的可變荷載(或稱為“有界荷載”),如按制造廠家銘牌額定值設計的吊車輪壓,以滿槽水位設計時的水壓力等,其荷載效應用SQ2k表示。
對上述4種荷載分別取用不同的γG、γQ值,所以荷載效應組合設計值S可直接按式(3.2.2-1)與式(3.2.2-2)計算得出。
(2)關于結構構件的安全度,SL 191—2008是在考慮荷載與材料強度的不同變異性的基礎上,采用安全系數K的形式表達。
承載力安全系數K,由SL/T 191—96中3個系數γd、γ0、ψ合并而成,其中γd為結構系數,γ0為結構重要性系數,ψ為設計狀況系數。
由于永久荷載的分項系數γG取值較小,當永久荷載效應與可變荷載效應相比很大時,結構的安全度就偏低,因此當荷載效應由永久荷載控制時,表3.2.4所列安全系數應增大0.05。
【檢查要點和方法】
(1)基本組合時,永久荷載分對結構有利或不利兩種情況分別考慮。
(2)可變荷載也分為兩類,一類是一般可變荷載,另一類是可嚴格控制其不超出規定限值的可變荷載,也稱可控可變荷載,其組合時系數不一樣。
(3)當荷載效應由永久荷載控制時,表3.2.4所列承載力安全系數K應增大0.05。
d) 4.1.4 混凝土軸心抗壓、軸心抗拉強度標準值fck、ftk 應按表4.1.4確定。
表4.1.4 混凝土強度標準值單位:N/mm2

e) 4.1.5 混凝土軸心抗壓、軸心抗拉強度設計值fc、ft應按表4.1.5確定。
表4.1.5 混凝土強度設計值單位:N/mm2

【摘編說明】
第4.1.4條、第4.1.5條對混凝土的強度標準值和設計值作了規定。
(1)混凝土強度等級由立方體抗壓強度標準值確定,立方體抗壓強度標準值是混凝土其他力學指標的基本代表值。混凝土立方體抗壓強度試件的標準尺寸為邊長150mm的立方體試件。混凝土強度等級的確定原則為:混凝土強度總體分布的平均值μfcu,15減去1.645倍標準差σfcu(保證率為95%),即:
式中 σfcu——混凝土立方體抗壓強度的變異系數。
SL 191—2008采用的混凝土立方體抗壓強度的變異系數δfcu見表43,與SL/T 191—96的取值相同。
表4-3 水工混凝土立方體抗壓強度的變異系數

混凝土軸心抗壓強度標準值系根據國內120組混凝土棱柱體抗壓強度與邊長200mm立方體抗壓強度的對比試驗,并考慮試件尺寸效應的影響以及結構中混凝土強度與試件混凝土強度之間的差異,對試件混凝土強度進行修正后求得。
混凝土軸心抗拉強度標準值系國內72組混凝土軸心抗拉試件強度與邊長200mm立方體抗壓強度的對比試驗,并考慮尺寸效應影響以及結構中混凝土強度與試件混凝土強度之間的差異,對試件混凝土強度進行修正后求得。
求得的混凝土軸心抗壓及軸心抗拉強度標準值與GB 50010—2002的采用值有所不同,但兩者十分接近,為了便于實際應用和標準間的相互協調,SL 191—2008混凝土強度標準值在取整時取與GB 50010—2002相同的指標。
(2)混凝土強度設計值取為混凝土強度標準值除以混凝土材料性能分項系數γc。GB 50010—2002取γc=1.4;美國標準ACI 318—05取γc=1/φ=1/0.65=1.54;歐洲標準和英國標準取γc=1.5。SL 191—2008取γc=1.4,混凝土強度設計值與GB 50010—2002的取值相同。
f) 4.2.2 鋼筋的強度標準值應具有不小于95%的保證率。
普通鋼筋的強度標準值 f yk應按表4.2.2-1采用;預應力鋼筋的強度標準值fptk應按表4.2.2-2采用。
表4.2.2-1 普通鋼筋強度標準值

表4.2.2-2 預應力鋼筋強度標準值

g) 4.2.3 普通鋼筋的抗拉強度設計值fy及抗壓強度設計值f′y應按表4.2.3-1采用;預應力鋼筋的抗拉強度設計值fpy及抗壓強度設計值f′py應按表4.2.3-2采用。
表4.2.3-1 普通鋼筋強度設計值單位:N/mm2

表4.2.3-2 預應力鋼筋強度設計值單位:N/mm2

【摘編說明】
第4.2.2條、第4.2.3條對鋼筋的強度標準值和設計值做了規定。
(1)近年來,國內混凝土結構用鋼筋、鋼絲、鋼絞線的品種和性能有了進一步的發展,研制開發成功了一批新鋼筋品種。本條列入的鋼筋種類及所依據的現行鋼筋國家標準見表4-4。
表4-4 鋼筋種類及所依據的國家標準編號

水工鋼筋混凝土結構設計時,宜優先采用HRB335級、HRB 400級鋼筋;預應力混凝土結構宜優先采用高強的預應力鋼絞線、鋼絲。這樣不僅可以提高混凝土結構的安全度水平,降低工程造價,而且還可降低配筋率,緩解鋼筋密集帶來的施工困難。
表4.2.2-1雖列入光面的HPB235級鋼筋及余熱處理的RRB400級鋼筋,但并不主張推廣應用。因為光面鋼筋強度低,強度價格比差,延性雖好但錨固黏結性能差。由于焊接受熱回火可能降低RRB400級鋼筋的疲勞性能和冷彎性能,鋼筋機械連接表面切削時也可能影響其強度,因此RRB400級鋼筋的應用也受到一定的限制。
預應力混凝土用螺紋鋼筋在我國的橋梁工程及水電站地下廠房的預應力巖壁吊車梁中已有大量應用。《預應力混凝土用螺紋鋼筋》(GB/T 20065—2006)已頒布施行,故表4.2.2 2列入螺紋鋼筋。
按鋼棒表面形狀,《預應力混凝土用鋼棒》(GB/T 5223.3—2005)將鋼棒分為光圓鋼棒、螺旋槽鋼棒、螺旋肋鋼棒、帶肋鋼棒四種。由于光圓鋼棒和帶肋鋼棒的黏結錨固性能較差,故表4.2.22僅列入了GB/T 5223.3—2005中的螺旋槽鋼棒和螺旋肋鋼棒的材料性能設計指標。預應力混凝土用鋼棒在我國現階段僅用于預應力管樁的生產,已積累了一定的工程實踐經驗。
考慮到我國近年來強度高、性能好的預應力鋼筋 (鋼絲、鋼絞線)已可充分供應,故表4.2.2 2不再列入冷拔低碳鋼絲、冷拉鋼筋、冷軋帶肋鋼筋和冷軋扭鋼筋等延性較差的冷加工鋼筋。未列入不是不允許使用這些鋼筋,而是使用冷加工鋼筋時,應符合《冷拔鋼絲預應力混凝土構件設計與施工規程》(JGJ 19—92)、《冷軋帶肋鋼筋混凝土結構技術規程》(JGJ 95—2003)、《冷軋扭鋼筋混凝土構件技術規程》(JGJ 115—97)和《鋼筋焊接網混凝土結構技術規程》(JGJ 114—2003)等專門規程的規定。
鋼筋強度標準值的確定基本沿用SL/T 191—96的規定。
(2)普通鋼筋抗拉強度設計值取為鋼筋強度標準值除以鋼筋材料性能分項系數γs;預應力混凝土用鋼絲、鋼絞線、螺紋鋼筋及鋼棒的抗拉強度設計值則取為條件屈服點除以鋼筋的材料性能分項系數γs。
為適當提高安全度設置水平,參考GB 50010—2002規范的規定,HPB235、HRB335和HRB400三個級別的熱軋鋼筋的材料性能分項系數γs都取為1.1。預應力鋼筋的材料性能分項系數γs取為1.2。
鋼筋抗壓強度設計值f′y以鋼筋應變ε′s=0.002作為取值依據,按f′y=ε′sEs和f′y=fy兩個條件確定,取二者的較小值。
【檢查要點和方法】
混凝土和鋼筋的強度標準值、設計值應按表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級建筑物)內有一單跨簡支板,板厚80mm(保護層厚度取15mm),計算跨度l0=3.0m,承受均布恒荷載標準值gk=2kN/m2(包括板自重),均布活荷載標準值qk=3kN/m2,混凝土強度等級C20,Ⅰ級鋼筋,求板的縱向鋼筋。
(1)有關系數
按SL 191—2008第3.2.2條規定,永久荷載對結構不利時,自重、設備等永久荷載系數為1.05,一般可變荷載系數為1.20。
按SL 191—2008第3.2.4條規定,4級建筑物基本組合的安全系數K=1.15。
混凝土、鋼筋強度設計值分別為fc=9.6N/mm2,fy=210N/mm2。
(2)彎矩設計值計算
取1000mm板帶作為計算單元,h0=65mm
(3)配筋計算
h)5.1.1 素混凝土不得用于受拉構件。
【摘編說明】
對于素混凝土結構構件,由于混凝土抗拉強度的可靠性低,混凝土收縮和溫度變化引起的效應又難以估計,一旦發生裂縫,易造成事故,故對于由受拉強度控制的素混凝土結構,應嚴格限制其使用范圍。對于圍巖中的隧洞襯砌,經論證,允許采用素混凝土結構。
【檢查要點和方法】
檢查素混凝土應用的部位,構件的受力特征。
i) 9.2.1 縱向受力鋼筋的混凝土保護層厚度(從鋼筋外邊緣算起)不應小于鋼筋直徑及表9.2.1所列的數值,同時也不應小于粗骨料最大粒徑的1.25倍。
表9.2.1 混凝土保護層最小厚度單位:mm

【摘編說明】
保護層厚度c過小,會導致混凝土沿鋼筋縱向發生劈裂裂縫,嚴重影響鋼筋的錨固。因此規定c值不應小于鋼筋直徑d。同時為使保護層澆筑密實,保護層厚度不應小于骨料最大粒徑的1.25倍。
保護層厚度是影響鋼筋混凝土構件耐久性的主要因素。因為混凝土的碳化是鋼筋銹蝕的前提,保護層越厚,碳化達到鋼筋表面的時間就越長,構件的耐久性就越好。
鋼筋銹蝕與所處的環境條件有關,實踐已證明,全處于干燥環境,鋼筋不會銹蝕,全處于水下,鋼筋也基本不銹,而在水位以上受水汽蒸熏、時干時濕的部位,鋼筋最易銹蝕,特別在有氯離子等侵蝕性介質(如海水)存在時,則銹蝕異常迅速。因此,在不同環境條件下的保護層厚度取值就應不同。
對水工建筑物病害調查表明,由于保護層偏薄,或混凝土密實性較差,有些閘壩、水電站廠房及渠系建筑物的鋼筋混凝土構件,使用不到20~30年就出現因鋼筋銹蝕而導致的順筋開裂,嚴重影響結構的耐久性。表9.2.1中的數據是按照50年內保護鋼筋不致發生危及結構安全的銹蝕并綜合國內外規范得出的。
【檢查要點和方法】
本條主要檢查內容包括:環境條件;鋼筋直徑;粗骨料最大粒徑;混凝土強度等級以及抗沖耐磨要求等。
j) 9.3.2 當計算中充分利用鋼筋的抗拉強度時,受拉鋼筋伸入支座的錨固長度不應小于表9.3.2中規定的數值。
受壓鋼筋的錨固長度不應小于表9.3.2所列數值的0.7倍。
表9.3.2 受拉鋼筋的最小錨固長度la

【摘編說明】
按鋼筋和混凝土強度等級的不同,用查表的方法確定普通鋼筋的錨固長度值,是工程界習慣方法。表9.3.2給出錨固長度,系按GB 50010—2002推薦的公式計算,并以5d為間隔取整后得到的。
受壓鋼筋的黏結錨固機理與受拉基本相同,但鋼筋受壓后的鐓粗效應加大了界面的摩擦力及咬合力,對錨固有利;鋼筋的端面對混凝土的擠壓作用也對承載力有利。因此,受壓鋼筋的錨固長度可以適當減小。根據試驗研究,受壓錨固長度可取為受拉錨固長度的0.7倍。
根據GB 1499.2—2007所規定的熱軋帶肋鋼筋外形,當鋼筋直徑加大時,其橫肋的相對高度逐漸減小,錨固強度將會降低,故直徑大于25mm的帶肋鋼筋的錨固長度應乘以修正系數1.1。
研究表明,環氧樹脂涂層使鋼筋的錨固強度降低約20%,因此,環氧樹脂涂層鋼筋的錨固長度應乘以修正系數1.25。
施工擾動對錨固有不利影響,施工擾動的影響系數取1.1。
帶肋鋼筋常因外圍混凝土的縱向劈裂而削弱錨固作用。當混凝土保護層厚度或鋼筋間距較大時,握裹作用加強,錨固長度可適當減短。根據試驗研究及工程實踐經驗,規定當保護層厚度大于錨固鋼筋直徑的3倍或80mm且有箍筋約束時,錨固長度可乘以修正系數0.8。
配筋設計時,實際配筋面積往往因構造等原因而大于計算值,故鋼筋實際應力小于鋼筋強度設計值。因此,受力鋼筋的錨固長度可以縮短,其數值與配筋余量的大小成比例,但其適用范圍有一定限制,即不得用于抗震設計及直接承受動力荷載的構件中。
美國ACI規范規定頂層鋼筋的la應比底層鋼筋的la大1.4倍,這是由于混凝土振搗時,泌水上升,聚留在頂層鋼筋的底面,影響其錨固性能。考慮到水工結構中大截面構件較多,這種泌水上升的現象常會出現,因此頂層水平鋼筋的la宜乘以修正系數1.2。
上述各項修正系數可以連乘,但出于構造要求,修正后的受拉鋼筋錨固長度不能小于最低限度(最小錨固長度),其數值在任何情況下不應小于按表查得的錨固長度的0.7倍及250mm。
【檢查要點和方法】
本條主要檢查內容包括:鋼筋類型、直徑和受力特征;混凝土強度等級。
k) 9.5.1 鋼筋混凝土構件的縱向受力鋼筋的配筋率不應小于表9.5.1規定的數值。
表9.5.1 鋼筋混凝土構件縱向受力鋼筋的最小配筋率ρmin(%)

【摘編說明】
表9.5.1系參照GB 50010—2002的有關規定,軸心受壓構件配筋率是指全部縱向鋼筋面積和柱斷面面積之比。將最小配筋率的具體數值適當提高,特別對受壓鋼筋的最小配筋率提高得相對多一些,以期與國際主流規范的差距有所減小。
縱向受壓鋼筋的最小配筋率主要是從承載力要求考慮的,因此,鋼筋等級高時其數值可低一些。縱向受拉鋼筋的最小配筋率,除從承載力要求考慮外,還考慮到限裂要求,因此,除光面鋼筋采用較大的數值外,對HRB335級和HRB400級等鋼筋,最小配筋率取相同的數值。
臥置在地基上以承受豎向荷載為主、板厚大于2.5m的底板,厚度大于2.5m的墩墻,縱向受拉鋼筋配筋率ρ小于表9.5.1規定的最小配筋率ρmin時,可按SL 191—2008相關條文處理。對于厚度大于5m的底板,可不受表9.5.1限制。
【檢查要點和方法】
本條主要檢查內容包括:鋼筋類型;構件受力特征;配筋率ρ的計算等。
l) 9.6.6 預制構件的吊環必須采用HPB235級鋼筋制作,嚴禁采用冷加工鋼筋。
m)9.6.7 預埋件的錨筋應采用HPB235級、HRB335級或HRB400級鋼筋,嚴禁采用冷加工鋼筋。錨筋采用光圓鋼筋時,端部應加彎鉤。
【摘編說明】
吊環和預埋件對保證構件吊裝的安全起著重要作用,為了避免脆斷,吊環和預埋件嚴禁采用冷加工鋼筋。
【檢查要點和方法】
水工混凝土結構設計時,構造要求應注意以下幾點:
(1)素混凝土不得用于受拉構件。
(2)縱向受力鋼筋的混凝土保護層厚度,從鋼筋外邊緣算起,應符合本標準9.2.1條的規定。
(3)鋼筋的最小錨固長度應符合本標準9.3.2條的規定。
(4)縱向受力鋼筋的最小配筋率應符合本標準9.5.1條的規定。
(5)吊環和預埋件嚴禁采用冷加工鋼筋。
4-3-5 《溢洪道設計規范》SL 253—2000
a) 4.3.11 堰(閘)沿基底面的抗滑穩定安全系數不得小于表4.3.11規定值。
表4.3.11 抗滑穩定安全系數K值

注 地震情況為特殊組合(2),其他情況的特殊組合為特殊組合(1)。
b) 4.7.7 當按式(4.3.10)計算邊墻抗滑穩定安全系數K時,K值應不小于表4.3.11規定值;當按式(4.7.6)計算邊墻抗滑穩定安全系數Kc時,Kc值應不小于表4.7.7規定值。
表4.7.7 邊墻抗滑穩定安全系數Kc值

注 地震情況為特殊組合(2),其他情況的特殊組合為特殊組合(1)。
式中 K ——按抗剪斷強度計算的抗滑穩定安全系數;
f′ ——堰(閘)體混凝土與基巖接觸面的抗剪斷摩擦系數;
c′ ——堰(閘)體混凝土與基巖接觸面的抗剪斷凝聚力;
∑W——作用于堰(閘)體上的全部荷載對計算滑動面的法向分量;
∑P——作用于堰(閘)體上的全部荷載對計算滑動面的切向分量;
A ——堰(閘)體與基巖接觸面的截面積。
式中 K c——按抗剪強度計算的抗滑穩定安全系數;
f ——邊墻混凝土與基巖接觸面的抗剪摩擦系數;
∑W——作用于邊墻上的全部荷載對計算滑動面的法向分量;
∑P——作用于邊墻上的全部荷載對計算滑動面的切向分量。
c) 4.7.11 對于合力偏心距大于等于1/4基底寬的邊墻,應核算其抗傾覆穩定。
對于計入地震的特殊荷載組合抗傾穩定安全系數 K 0 ≥1.3,其余各種荷載組合抗傾穩定安全系數K0≥1.5。
【摘編說明】
(1)考慮到大部分溢洪道邊墻高度不大,主要受抗滑穩定控制,基礎的抗剪斷強度指標往往需要經試驗確定,由于溢洪道邊墻較長,全面做試驗難以實現,故除按抗剪斷強度公式計算外,還列出了抗剪強度計算的公式和相應的安全系數,且規定抗剪摩擦系數主要由工程類比確定。
(2)經驗表明,邊墻抗傾覆穩定,當基底面的合力偏心距e0≥B/4(B為基底寬)時,重力式擋土墻的抗滑穩定安全系數有可能小于1.5,因此,當溢洪道邊墻e0≥B/4時,需校核抗傾穩定。
【檢查要點和方法】
溢洪道堰(閘)和邊墻抗滑穩定安全系數和計算工況、計算公式等均與混凝土重力壩一致。對于合力偏心距大于等于1/4基底寬的邊墻,應核算其抗傾覆穩定。
4-3-6 《水閘設計規范》SL 265—2001
a) 7.3.2 土基上的閘室穩定計算應滿足下列要求:
1 在各種計算情況下,閘室平均基底應力不大于地基允許承載力,最大基底應力不大于地基允許承載力的1.2倍;
2 閘室基底應力的最大值與最小值之比不大于本規范7.3.5條規定的允許值;
3 沿閘室基底面的抗滑穩定安全系數不小于本規范7.3.13條規定的允許值。
【摘編說明】
土基上的閘室穩定計算,應包括兩方面的含義:一是地基承載能力的計算,要求在各種計算情況下地基不致發生剪切破壞而失去穩定;二是閘室抗傾覆和抗滑穩定的計算,要求在各種計算情況下閘室不致發生傾覆或過大的沉降差,且不致發生沿地基表面的水平滑動。本條所列三項要求,就是基于上述兩方面的含義提出來的,前一項是為了滿足地基承載能力方面的要求,后兩項是為了滿足閘室抗傾覆和抗滑穩定方面的要求。
(1)通常情況下計算確定的地基容許承載力,是整個閘室地基的平均容許承載力,這就是說,允許局部的基底壓力超過整個閘室地基的容許承載力,即允許地基內出現局部的塑性變形。在要求閘室平均基底應力不大于地基容許承載力的同時,還要求最大基底應力不大于地基容許承載力的1.2倍,這樣的雙重要求是與《建筑地基基礎設計規范》(GB 50007—2002)中的有關規定一致的。
(2)為了減少和防止由于閘室基底壓力分布的不均勻狀態而發生過大的沉降差,以避免閘室結構發生傾斜甚至傾覆的事故,對閘室基底壓力最大值與最小值之比提出了要求。在地基條件方面,確定閘室基底壓力最大值與最小值之比的允許值,不取決于地基的類別是黏土還是砂土,而是取決于地基土質是堅硬、緊密還是松軟。此外,確定閘室基底應力最大值與最小值之比的允許值,還應按作用荷載組合類別的不同而有所區別。
(3)在通常情況下,水閘閘室豎向荷載較小,而閘室結構所承受的水平荷載有時卻很大,因此,閘室底板沿地基表面滑動(即淺層滑動)要比深層滑動的可能性大。只有在軟土地基上,當閘室底板作用于地基上的壓力較大,超過地基的容許承載力,且當水平荷載超過地基的抗滑能力時,閘室底板才有可能連同地基一起發生深層滑動。
【檢查要點和方法】
(1)在要求閘室平均基底應力不大于地基容許承載力的同時,還要求最大基底應力不大于地基容許承載力的1.2倍。
(2)對特別重要或位于地震區的水閘,閘室基底應力最大值與最小值之比的允許值可在表7.3.5的基礎上適當調整。
(3)表7.3.13安全系數的允許值與采用的計算公式、計算參數要配套使用。
b) 7.3.3 巖基上的閘室穩定計算應滿足下列要求:
1 在各種計算情況下,閘室最大基底應力不大于地基允許承載力;
2 在非地震情況下,閘室基底不出現拉應力;在地震情況下,閘室基底拉應力不大于100kPa;
3 沿閘室基底面的抗滑穩定安全系數不小于本規范7.3.14條規定的允許值。
【摘編說明】
與土基上的閘室穩定計算一樣,巖基上的閘室穩定計算同樣有地基承載能力、閘室抗傾覆和抗滑穩定兩方面的含義要求。所不同的主要是:要求巖基上閘室最大基底應力不大于地基容許承載力,及基底應力的最大值與最小值之比不受限制。由于巖基的容許承載力一般均較大,因此,要求閘室最大基底應力不超過巖基的容許承載力是不難滿足的;又由于巖基的壓縮性很小,因此,作為水閘地基一般是不會因閘室基底應力分布的不均勻狀態而發生較大的沉降差,進而導致閘室結構發生傾覆。為了避免閘室基礎底面與基巖之間脫開,對巖基上水閘在各種情況下閘室基底應力提出了具體的要求,這樣的規定與國家現行規范的有關規定是一致的。
【檢查要點和方法】
(1)要求閘室平均基底應力不大于地基容許承載力。
(2)要求在非地震情況下閘室基底不應出現拉應力;在地震情況下閘室基底拉應力不大于100kPa。
(3)表7.3.14安全系數的允許值與采用的計算公式、計算參數要配套使用。
c) 7.3.5 土基上閘室基底應力最大值與最小值之比的允許值,見表7.3.5。
表7.3.5 土基上閘室基底應力最大值與最小值之比的允許值

注 1.對于特別重要的大型水閘,其閘室基底應力最大值與最小值之比的允許值可按表列數值適當減小;
2.對于地震區的水閘,閘室基底應力最大值與最小值之比的允許值可按表列數值適當增大;
3.對于地基特別堅實或可壓縮土層甚薄的水閘,可不受本表的規定限制,但要求閘室基底不出現拉應力。
d) 7.3.13 土基上沿閘室基底面抗滑穩定安全系數的允許值,見表7.3.13。
表7.3.13 土基上沿閘室基底面抗滑穩定安全系數的允許值

注 1.特殊組合Ⅰ適用于施工情況、檢修情況及校核洪水位情況;
2.特殊組合Ⅱ適用于地震情況。
【摘編說明】
(1)閘室基底應力最大值與最小值之比允許值,在地基條件方面,不決定于地基的類別是黏土還是砂土,而是決定于地基土質的松軟或堅實程度如何,實踐證明,堅硬的黏土地基比松散的粉砂或細砂地基,在不均勻沉降方面的適應性好一些,因而閘室基底應力最大值與最小值之比的允許值可以大一些。此外,還應按荷載組合的不同類別而有所區別。根據上述各點,要求土基上閘室基底應力的最大值與最小值之比不大于表7.3.5規定的允許值。
(2)土基上沿閘室基底面抗滑穩定安全系數的允許值,是保證建筑物安全與經濟的一個極為重要的措施。未經充分論證,不應任意提高或降低閘室基底面抗滑安全系數的允許值。由于閘室底板與地基之間的摩擦角和凝聚力(特別是后者)的數值變化一般均比較大,較難做到取值準確,因此,規定抗滑穩定安全系數允許值時需考慮留有較大的安全裕量。鑒于SL 265—2001對抗剪斷和抗剪兩種計算公式中抗剪強度指標的取用已做了適當的規定,當抗剪強度指標取用合理時,按兩種計算公式的計算結果大體上是相當的。
【檢查要點和方法】
(1)對特別重要或位于地震區的水閘,閘室基底應力最大值與最小值之比的允許值可在表7.3.5的基礎上適當調整。
(2)表7.3.13安全系數的允許值與采用的計算公式、計算參數要配套使用。
e) 7.3.14 巖基上沿閘室基底面抗滑穩定安全系數的允許值,見表7.3.14。
表7.3.14 巖基上沿閘室基底面抗滑穩定安全系數的允許值

注 1.特殊組合Ⅰ適用于施工情況、檢修情況及校核洪水位情況;
2.特殊組合Ⅱ適用于地震情況。
【摘編說明】
(1)與土基上的閘室穩定計算一樣,巖基上的閘室穩定計算同樣有地基承載能力、閘室抗傾覆和抗滑穩定兩方面的含義要求。不同的主要是:要求巖基上閘室最大基底應力不大于地基容許承載力,及基底應力的最大值與最小值之比不受限制。由于巖基的容許承載力一般均較大,因此,要求閘室最大基底應力不超過巖基的容許承載力是不難滿足的;又由于巖基的壓縮性很小,因此,作為水閘地基一般是不會因閘室基底應力分布的不均勻狀態而發生較大的沉降差,進而導致閘室結構發生傾覆。但為了避免閘室基礎底面與基巖之間脫開,要求巖基上水閘在非地震情況下閘室基底不應出現拉應力;在地震情況下閘室基底拉應力不大于100kPa,這樣的規定與國家現行規范的有關規定是一致的。
(2)SL 265—2001對于沿閘室基底面抗滑穩定安全系數的計算沿用使用多年的“單一安全系數計算公式”,仍采用有關標準規定的沿閘室基底面抗滑穩定安全系數允許值,只是將基本荷載組合條件下2級、3級水閘沿閘室基底面抗滑安全系數允許值1.10~1.05取平均值1.08,及特殊組合Ⅰ條件下2級、3級水閘沿閘室基底面抗滑穩定安全系數允許值1.05~1.00取平均值1.03。
【檢查要點和方法】
表7.3.14規定的巖基上沿閘室基底面抗滑穩定安全系數允許值的采用應與表中規定的計算公式配套使用。
f) 7.4.2 土基上的岸墻、翼墻穩定計算應滿足下列要求:
1 在各種計算情況下,岸墻、翼墻平均基底應力不大于地基允許承載力,最大基底應力不大于地基允許承載力的1.2倍。
2 岸墻、翼墻基底應力的最大值與最小值之比不大于本規范7.3.5條規定的允許值。
3 沿岸墻、翼墻基底面的抗滑穩定安全系數不小于本規范7.3.13條規定的允許值。
g) 7.4.3 巖基上的岸墻、翼墻穩定計算應滿足下列要求:
1 在各種計算情況下,岸墻、翼墻最大基底應力不大于地基允許承載力;
2 翼墻抗傾覆穩定安全系數不小于本規范7.4.8條規定的允許值;
3 沿岸墻、翼墻基底面的抗滑穩定安全系數不小于本規范7.3.14條規定的允許值。
h) 7.4.8 不論水閘級別,在基本荷載組合條件下,巖基上翼墻的抗傾覆安全系數不應小于1.50;在特殊荷載組合條件下,巖基上翼墻的抗傾覆安全系數不應小于1.30。
【摘編說明】
(1)土基上的岸墻、翼墻穩定計算要求,與閘室的規定完全一致。
(2)巖基上的岸墻、翼墻穩定計算要求,除中間一項要求與閘室的相應規定稍有差別外,其余兩項要求則與閘室的規定是一致的。
由于岸墻、翼墻結構的作用和重要性畢竟比不上閘室結構,而且一旦失事,與閘室結構相比又較易于修復,因此,岸墻、翼墻結構與閘室相比,前者是次要建筑物,后者是主要建筑物。按照SL 252—2000的有關規定,在同一工程中,當工程等別確定后,次要建筑物的級別應比主要建筑物低1級或2級,由表7.3.13查出的岸墻、翼墻結構抗穩定系數允許值就比閘室結構低一檔或兩檔,因此,無需對岸墻、翼墻結構抗滑穩定安全系數的允許值另作規定。
(3)巖基上翼墻抗傾覆穩定安全系數允許值的確定,以在各種荷載作用下不傾倒為原則,但應有一定的安全儲備。
【檢查要點和方法】
(1)岸墻、翼墻基底面抗滑穩定安全系數允許值的采用應與表中規定的計算公式配套使用。
(2)當沿岸墻、翼墻基底面的抗滑穩定安全系數計算值小于允許值時,可采用下列一種或幾種抗滑措施:
1)適當增加底板寬度。
2)在基底增設凸榫。
3)在墻后增設阻滑板或錨桿。
4)在墻后改填摩擦角較大的填料,并增設排水。
5)在不影響水閘正常運用的條件下,適當限制墻后的填土高度,或在墻后采用其他減載措施。
4-3-7 《水電站廠房設計規范》SL 266—2014
a) 5.3.5 廠房抗浮穩定應符合下列規定:
1 任何情況下,抗浮穩定安全系數不應小于1.1。
【摘編說明】
巖基上廠房地基面上最小垂直正應力滿足本標準規定后,一般無需進行抗浮穩定計算。但是,對高尾水位的廠房,當地基上拉應力區面積較大時,應進行廠房抗浮穩定計算。
【檢查要點和方法】
廠房抗浮穩定性可選擇特殊組合中的機組檢修、機組未安裝、非常運行三種情況中最不利的情況進行計算,廠房抗浮穩定安全系數不得小于1.1。
4-3-8 《碾壓式土石壩設計規范》SL 274—2001
a) 8.3.10 采用計及條塊間作用力的計算方法時,壩坡抗滑穩定的安全系數,應不小于表8.3.10規定的數值。
表8.3.10 壩坡抗滑穩定最小安全系數

注 運用條件詳見本規范1.0.5。
b) 8.3.11 采用不計條塊間作用力的瑞典圓弧法計算壩坡抗滑穩定安全系數時,對1級壩正常運用條件最小安全系數應不小于1.30,其他情況應比本規范表8.3.10規定的數值減小8%。
c) 8.3.12 采用滑楔法進行穩定計算時,若假定滑楔之間作用力平行于坡面和滑底斜面的平均坡度,安全系數應符合本規范表8.3.10的規定;若假定滑楔之間作用力為水平方向,安全系數應符合本規范8.3.11的規定。
【摘編說明】
(1)計算方法問題。土石壩極限平衡穩定分析中,一般采用條分法,分為不計條塊間作用力和計及條塊間作用力兩類。最早的瑞典圓弧法是不計條塊間作用力的方法,計算簡單,已積累了豐富的經驗,但理論上有缺陷,且當孔隙壓力較大和地基軟弱時,誤差較大。計及條塊間作用力能反映土體滑動土條之間的客觀狀況,但計算比瑞典圓弧法復雜。這兩類不同方法對安全系數的大小有一定的影響,根據一般的經驗統計,后者比前者大5%~10%。表8.3.10規定的安全系數標準,均是與計及條塊間作用力的方法相配套的。當采用不計及條塊間作用力的瑞典圓弧法計算時,允許的最小安全系數應增大5%~10%。
(2)計及條塊間作用力對穩定安全系數的影響問題。SL 274—2001編寫過程中,補充統計計算了11座土石壩各種工況、不同計算方法等217組滑動面的穩定安全系數,結論如下:①混凝土面板堆石壩平均安全系數增大值最大,心墻壩和其他壩型相差約0.5%;②摩根斯頓—普賴斯法平均安全系數增大值,比其他方法大;③總平均安全系數增大值,混凝土面板堆石壩達9.0%,心墻壩和其他壩型分別為5.67%和5.16%。對以上資料進行計算,11座土石壩施工期上、下游坡、穩定滲流期正常運用和其遇7度或8度地震時,6種方法比瑞典圓弧法穩定安全系數升高總平均值為6.98%。平均安全系數升高值匯總見表4-5。
表4-5 平均安全系數升高值匯總%

根據上述情況,計及條塊間作用力的方法比瑞典圓弧法的穩定安全系數可增大8.00%。
(3)由于滑楔法是一種僅滿足靜力平衡的方法,滑楔間力的方向不同,對計算結果的合理性影響較大。在滑楔間作用力假定平行于坡面和滑底斜面的平均坡度時,其計算結果接近于計及條塊間作用力的情況;在滑楔間作用力假定為水平時,其計算結果接近于不計條塊間作用力的情況。因此,安全系數應分別符合表8.3.10和表8.3.11條的規定。
【檢查要點和方法】
(1)碾壓式土石壩的抗滑穩定標準是半經驗性的,壩料的抗剪強度指標、計算方法和最小安全系數標準三者應相互配套。
(2)筑壩材料的抗剪強度指標的選擇有線性指標和非線性指標之分。研究和工程實踐經驗的總結均表明:從材料的力學特性而言,無論是細顆粒土料還是粗顆粒的堆石料和砂礫石料,內摩擦角隨法向應力增加而減小,呈現明顯的非線性現象,即抗剪強度是小主應力的函數。在靠近壩坡面的低應力水平部位,抗剪強度或內摩擦角較高;在靠近壩底的高應力水平部位,抗剪強度或內摩擦角較低。表示抗剪強度的摩爾包線是一條曲線,這說明采用非線性抗剪強度指標計算土石壩的抗滑穩定是合理的。根據實際工程的對比計算分析,有時兩者計算的最小安全系數相差很大,設計中應注意這一點。
(3)如果堆石壩粗粒料用非線性抗剪強度計算時,穩定安全系數標準在表8.3.10基礎上適當提高。
4-3-9 《混凝土拱壩設計規范》SL 282—2003
a) 6.3.1 用拱梁分載法計算時,壩體的主壓應力和主拉應力,應符合下列應力控制指標的規定:
1 容許壓應力。混凝土的容許壓應力等于混凝土的極限抗壓強度除以安全系數。對于基本荷載組合,1、2級拱壩的安全系數采用4.0,3級拱壩的安全系數采用3.5;對于非地震情況特殊荷載組合,1、2級拱壩的安全系數采用3.5,3級拱壩的安全系數采用3.0。
2 容許拉應力。在保持拱座穩定的條件下,通過調整壩的體形來減少壩體拉應力的作用范圍和數值。對于基本荷載組合,拉應力不得大于1.2MPa;對于非地震情況特殊荷載組合,拉應力不得大于1.5MPa。
注:1.混凝土極限抗壓強度,指90d齡期15cm立方體的強度,保證率為80%;
2.壩體局部結構的設計和計算,應符合SL 191—2008《水工混凝土結構設計規范》的規定。
【摘編說明】
拱壩應力控制指標是衡量拱壩強度安全的標準,應力分析多采用拱梁分載法計算。采用此法時,拱梁布置宜力求均勻,拱梁數目的選用應達到設計精度的要求。對于1級、2級工程或比較復雜的拱壩,如有拱壩內設有大的孔洞、基礎條件復雜等情況,當用拱梁分載法計算不能取得可靠的應力成果時,應進行有限元法計算。
為使壩的基巖能安全地承受壩體傳來的力,并且不發生滑動和有害的變形,除應使處理后的基巖滿足強度、整體性等要求以外,還應考慮抗滲性以防止滲透變形及使基巖中的滲流場有利于減小滲透壓力與降低兩岸地下水。鑒于各工程所在地基礎條件復雜多變,基礎處理需要因地制宜,不可拘于一格。
【檢查要點和方法】
混凝土極限抗壓強度,指90d齡期15cm立方體的強度,保證率為80%。
b) 6.3.2 用有限元法計算時,應補充計算“有限元等效應力”。按“有限元等效應力”求得的壩體主拉應力和主壓應力,應符合下列應力控制指標的規定:
1 容許壓應力。按本規范6.3.1的規定執行。
2 容許拉應力。對于基本荷載組合,拉應力不得大于1.5MPa;對于非地震情況特殊荷載組合,拉應力不得大于2.0MPa。超過上述指標時,應調整壩的體形減少壩體拉應力的作用范圍和數值。
【摘編說明】
關于有限元法計算的應力指標,通常有以下3種不同的處理方法:
(1)根據有限元法計算所得的拉應力值進行控制。壩體按彈性階段工作時,有限元計算成果將在角緣附近引起應力集中,局部應力一般較大,這是有限元法應力控制指標難以確定的主要原因。因此,我國的一些學者為避免應力集中問題,提出了“有限元等效應力”法。近十幾年來,有些工程采用“有限元等效應力”法的方法進行控制,即對有限元法分析所得的壩體應力進行面積分求出截面內力,再用材料力學法求出截面應力,轉化為有限元等效應力,這樣得出的上、下游面應力,可以消除局部應力集中問題。
(2)根據拉應力范圍進行控制。假定壩體按彈性階段工作,不考慮壩體開裂的影響。在得出有限元的應力成果后,把拉應力區的范圍在整個截面中所占的比例作為控制指標。在《混凝土重力壩設計規范》(SL 319—2005)中采用這一控制指標。
(3)根據開裂范圍進行控制。假定壩體只能承受壓應力而不能承受拉應力,拉應力區均按開裂處理。通過有限元的非線性分析,得出壩體的開裂范圍,并將開裂范圍作為控制指標。國內外有些高壩就是通過這樣的方法進行分析和控制的。
在上述3種處理方法中,如按第2種方法對拉應力范圍進行控制,根據拱壩的受力特性,在壩體溫降時,壩體上部的拱圈有可能在整體斷面上出現拉應力,盡管拉應力值并不大。如以第3種方法控制開裂范圍,雖然比較接近于壩體工作的實際情況,但拱壩開裂計算在國內實際工程中的應用還不多,列入標準尚不夠成熟。因此,不論用拉應力范圍進行控制,或用開裂范圍進行控制,都難以給出相應的控制指標。
第1種方法用有限元法計算所得的拉應力值進行控制,較為明確。關于“有限元等效應力”的計算及研究,國內科研、設計單位作了很多研究分析工作,為制定有限元應力控制指標提供了重要數據。
有限元等效應力具體計算步驟為:設拱壩的整體坐標系為(x′,y′,z′),計算壩體應力的梁拱交點的局部坐標系為(x,y,z)。
(1)將有限元法計算的整體坐標系中的應力{σ′}=[σ′x,σ′y,σ′z,τ′xy,τ′yz,τ′zx]T,經坐標變換,得到局部坐標系中的應力{σ}=[σx,σy,σz,τxy,τyz,τzx]T。
(2)沿單位高度拱的徑向截面和在中心線(或壩軸線)上取單位寬度的水平梁截面,對{σ}的有關應力分量進行積分,得到拱圈和梁的內力(包括梁的豎向力、切向剪力、徑向剪力、彎矩、扭矩和拱的軸向力、徑向剪力、彎矩)。
(3)按材料力學法計算壩體應力。
由于有限元等效應力法和拱梁分載法都規定正應力為線性分布,兩者只是內力計算上的差別,因此,兩者的應力控制指標不會相差較大。
通過國內7座高200m以下已建混凝土拱壩拱梁分載法和有限元法兩種方法對比分析,得到以下結論:
(1)各工況最大主壓應力比值的平均值為0.97,即表明,有限元等效應力法求出的最大主壓應力與拱梁分載法求出的最大主壓應力從總體上看,應力數值大小基本持平,故在制定有限元等效應力法控制標準時,容許壓應力的安全系數可以采用與拱梁分載法同樣的數值,即仍按6.3.1條的規定執行。
(2)各工況下最大主拉應力的比值平均值為1.32,取為1.30,如以拱梁分載法的容許拉應力1.2MPa(基本荷載組合)和1.5MPa(非地震情況特殊荷載組合)為基礎,按上述比例進行調整,有限元等效應力法的容許拉應力分別為1.56MPa(基本荷載組合)和1.95MPa(非地震情況特殊荷載組合),故規定不得大于1.5MPa(基本荷載組合)和2.0MPa(非地震情況特殊荷載組合)。
【檢查要點和方法】
(1)為了保證拱壩的強度安全,原則上對超過拉應力控制指標的拱壩,應通過拱壩體形的調整來減少拉應力的作用范圍和拉應力的數值,直至滿足規范要求。
(2)對于200m以上的高拱壩,其容許拉應力和容許壓應力可不受本標準6.3.1條和6.3.2條規定的限制,應做專門研究。
c) 6.3.3 拱壩應力分析除研究運行期外,還應驗算施工期的壩體應力和抗傾覆穩定性。
在壩體橫縫灌漿以前,按單獨壩段分別進行驗算時,壩體最大拉應力不得大于0.5MPa,并要求在壩體自重單獨作用下,合力作用點落在壩體厚度中間的2/3范圍內。
壩體橫縫灌漿前遭遇施工洪水時,壩體抗傾覆穩定安全系數不得小于1.2。
d) 7.2.7 按公式(7.2.6-1)或公式(7.2.6-2)計算時,相應安全系數應符合表7.2.7的規定。
式中 K 1 、K2——抗滑穩定安全系數;
N ——垂直于滑裂面的作用力;
T ——沿滑裂面的作用力;
A ——計算滑裂面的面積;
f 1——抗剪斷摩擦系數;
c 1——抗剪斷凝聚力;
f 2——抗剪摩擦系數。
表7.2.7 抗滑穩定安全系數

【摘編說明】
(1)為保證施工期壩體的安全,在壩體橫縫灌漿以前,除驗算壩體應力外,還必須驗算各單獨壩段的抗傾覆穩定性,即要求任意一計算截面上的合力作用點必須落在壩體范圍內,并保留一定安全裕度。
(2)表7.2.7適用于大、中型工程中巖基上的1級、2級、3級拱壩,4級、5級混凝土拱壩可參照使用。對于壩高超過200m或有特殊問題的工程,應進行專門研究。
(3)根據國內24個拱壩工程的調查資料,采用抗剪公式計算K′值在1.0~1.3之間;采用抗剪斷公式計算K′大多數在2.5~3.5之間。考慮到拱壩拱座穩定性問題與兩壩肩巖體結構,如與產狀、不平整度、裂隙密集程度、連通率等緊密相關,實質是屬于深層滑動的性質。同時,拱壩大多數重大事故均與拱座滑動穩定有關,據不完全統計,因拱座失穩造成拱壩失事的工程約占60%,因此,拱壩抗滑安全系數與混凝土重力壩相比要求要高。如1級建筑物混凝土重力壩K′值要求2.5~3.0,而混凝土拱壩K′值為3.0~3.5;3級建筑物混凝土重力壩K值為1.0~1.05,而混凝土拱壩K值要求1.1~1.3。
我國抗剪摩擦系數f值按下述特征取用:對脆性破壞材料,采用比例極限;對塑性破壞材料,采用屈服強度;對剪切錯動過的材料,采用殘余強度。f值一般都在0.75以下,明顯偏低。蘇聯和美國f值一般采用1.0,所以按抗剪公式計算時,我國的安全系數K值應比國外K值低1.2~1.3倍,也就是說,我國的K值相當于國外的1.3~1.7。
【檢查要點和方法】
(1)采用剛體極限平衡法進行抗滑穩定分析時,對1級、2級工程及高壩,應采用抗剪斷公式計算,其他則可按抗剪公式計算。如果在壩區內存在影響抗剪穩定的軟弱夾層時,其c′值很小或接近于零,在這種情況下,基本組合要滿足3.0~3.5的安全系數是十分困難的,需增加處理工程量和付出重大代價。為此,在選擇拱壩壩址和壩軸線時,要特別慎重,注意壩基和兩壩肩是否有影響穩定的軟弱地層或結構面。
(2)表7.2.7中所列的安全系數應與抗剪強度參數的取值和工程經驗相協調。
(3)拱壩應力分析除研究運行期外,還應驗算施工期的壩體應力和抗傾覆穩定性。
4-3-10 《水利水電工程進水口設計規范》SL 285—2003
a) 3.2.3 建筑物整體穩定安全標準。
整體布置進水口的整體穩定安全標準應與大壩、河床式水電站和攔河閘等樞紐工程主體建筑物相同。
對于獨立布置進水口,當建基面為巖石地基時,沿建基面整體穩定安全標準應根據其建筑物等級及荷載組合按表3.2.3規定采用;當建基面為土質地基時,應按《水閘設計規范》SL 265—2001有關規定采用。
表3.2.3 獨立布置進水口整體穩定安全標準

注 本表適用于建基面為巖石地基情況。
b) 3.2.4 建基面應力標準。
整體布置進水口建基面應力標準應與大壩、河床式水電站和攔河閘等樞紐工程主體建筑物相同。
對于獨立布置進水口,當建基面為巖石地基時,建基面允許應力標準應按表3.2.4規定采用;當建基面為土質地基時,地基容許承載力應按SL265—2001中有關地基整體穩定的規定采用。
表3.2.4 獨立布置進水口建基面允許應力(MPa)

注 本表適用于建基面為巖石地基情況。
【摘編說明】
(1)整體布置進水口一旦出現事故,不僅影響工程效益,而且還將造成下游災害,因此,建筑物整體穩定安全標準應與所在的主體建筑物相同。
對于獨立布置進水口,當建基面為土質地基時,整體穩定安全標準按《水閘設計規范》(SL 265—2001)有關規定采用;當建基面為巖質地基時,沿建基面穩定安全標準按本標準表3.2.3采用,沿深層軟弱面的穩定問題和安全標準應另行研究確定。對于堤防涵閘式進水口,因一旦失事將造成堤內嚴重災害,故還應符合《堤防工程設計規范》(GB 50286—98)的有關規定。
(2)基于與本標準3.2.3條的相同理由,對修建在巖基上的整體布置進水口建基面允許應力標準,應與所在的主體建筑物相同。對于巖質地基上獨立布置進水口(堤防涵閘式進水口除外),一旦出現事故,一般不會造成下游災害,因此,建基面允許應力標準略低于混凝土重力壩標準。
【檢查要點和方法】
進水口的型式是整體布置進水口還是獨立布置進水口;建基面為土質地基還是巖基;應根據不同的型式、不同的基礎,選用不同的標準要求。
4-3-11 《水利水電工程施工組織設計規范》SL 303—2004
a) 3.4.12 混凝土圍堰、漿砌石圍堰與土石圍堰的穩定安全系數應滿足下列要求:
1 重力式混凝土圍堰、漿砌石圍堰采用抗剪斷公式計算時,安全系數K不小于3.0,若考慮排水失效情況,K不小于2.5;按抗剪強度公式計算時,安全系數K不小于1.05。
2 混凝土拱圍堰、漿砌石拱圍堰的穩定安全系數及應力控制指標分別參照 SL 282—2003和SL 25—1991的有關規定選取。
3 土石圍堰邊坡穩定安全系數:3級,K不小于1.20;4~5級,K不小于1.05。
【摘編說明】
圍堰工程具有使用期短、修建時間受限制、使用任務完成后往往還需拆除等特點。因此,圍堰結構型式應在滿足安全運用的基礎上,力求結構簡單、修筑及拆除方便、造價低廉。圍堰工程雖系臨時性水工建筑物,而一但失事仍將造成人員傷亡和財產損失,因此,圍堰工程的安全同其他水工建筑物一樣重要。
【檢查要點和方法】
(1)施工圍堰,特別是土石圍堰失事的實例時有發生,對土石圍堰除滿足上述邊坡穩定安全系數外,還應重視水流沖刷問題,土石圍堰與泄水道接頭處,宜適當加長導水墻或設丁壩將主流挑離圍堰,防止水流沖刷堰基。
(2)對過水土石圍堰的迎水面堰坡和堰頂應設置有效的保護措施,根據水流流速、施工條件等因素采用沉排、砌石或鋼筋石籠、混凝土護面等防止沖刷的工程措施。
4-3-12 《碾壓混凝土壩設計規范》SL 314—2004
我國自1986年建成了第一座碾壓混凝土重力壩——坑口壩以來,碾壓混凝土筑壩技術得到了迅速的發展,通過工程實踐及國家重點科技攻關項目取得了許多實用價值很高的成果,在《碾壓混凝土壩設計導則》(DL 5005—92)的基礎上,編制了《碾壓混凝土壩設計規范》(SL 314—2004)。本標準適用于水利水電工程巖基上的1級、2級、3級碾壓混凝土重力壩設計,4級、5級可參照使用,也適用于碾壓混凝土拱壩設計。壩高大于200m的碾壓混凝土重力壩設計應做專門研究。
a) 4.0.4 碾壓混凝土重力壩壩體抗滑穩定分析應包括沿壩基面、碾壓層(縫)面和基礎深層滑動面的抗滑穩定。必要時,應分析斜坡壩段的整體穩定。碾壓混凝土重力壩碾壓層(縫)面的抗滑穩定計算應采用抗剪斷公式,其安全系數應符合SL 319—2005中沿壩基面抗滑穩定安全系數的有關規定。
【摘編說明】
碾壓混凝土重力壩與常態混凝土重力壩壩體抗滑穩定分析相比,除計算沿壩基面、基礎深層滑動面抗滑穩定外,還應計算沿碾壓混凝土碾壓層(縫)面的抗滑穩定。由于碾壓混凝土壩的碾壓層(縫)面的結合質量受材料性質、混凝土配合比、施工工藝和施工管理水平以及施工現場氣候條件等諸多因素的影響,易成為壩體的薄弱環節,所以需核算沿壩體混凝土碾壓層(縫)面的抗滑穩定。
【檢查要點和方法】
(1)壩體碾壓層(縫)面的抗滑穩定計算應采用抗剪斷公式,其安全系數值的控制標準應符合《混凝土重力壩設計規范》(SL 319—2005)中沿壩基面抗滑穩定安全系數的有關規定。
(2)斜坡壩段,若橫縫間距較大且基礎面高差較大或壩基條件復雜時,應計算斜坡壩段的整體穩定。
(3)碾壓層(縫)面抗剪斷參數與施工質量、配合比、氣候條件、是否及時覆蓋以及取樣方式等密切相關,故離散性較大,碾壓混凝土重力壩中壩、低壩在無抗剪斷試驗資料時,根據類似工程選用抗剪斷參數時應慎重。
4-3-13 《混凝土重力壩設計規范》 SL 3192005
a) 6.3.2 重力壩壩基面壩踵、壩趾的垂直應力應符合下列要求:
1 運用期:
1)在各種荷載組合下(地震荷載除外),壩踵垂直應力不應出現拉應力,壩趾垂直應力應小于壩基容許壓應力。
2)在地震荷載作用下,壩踵、壩趾的垂直應力應符合SL 203的要求。
2 施工期:壩趾垂直應力允許有小于0.1MPa的拉應力。
b) 6.3.4 重力壩壩體應力應符合下列要求:
1 運用期:
1)壩體上游面的垂直應力不出現拉應力(計揚壓力)。
2)壩體最大主壓應力,不應大于混凝土的允許壓應力值。
3)在地震情況下,壩體上游面的應力控制標準應符合SL 203的要求。
4)關于壩體局部區域拉應力的規定:
——寬縫重力壩離上游面較遠的局部區域,允許出現拉應力,但不應超過混凝土的允許拉應力。
——當溢流壩堰頂部位出現拉應力時,應配置鋼筋。
——廊道及其他孔洞周邊的拉應力區域,宜配置鋼筋;有論證時,可少配或不配鋼筋。
2 施工期:
1)壩體任何截面上的主壓應力不應大于混凝土的允許壓應力。
2)在壩體的下游面,允許有不大于0.2MPa的主拉應力。
c) 6.3.10 混凝土的允許應力應按混凝土的極限強度除以相應的安全系數確定。
壩體混凝土抗壓安全系數,基本組合不應小于4.0;特殊組合(不含地震情況)不應小于3.5。
當局部混凝土有抗拉要求時,抗拉安全系數不應小于4.0。
在地震情況下,壩體的結構安全應符合SL 203的要求。
注1:混凝土極限抗壓強度,指90d齡期的15cm立方體強度,強度保證率為80%。
注2:壩體局部結構的設計和計算,應符合SL/T 191的規定。
【摘編說明】
影響重力壩應力的因素非常復雜,不僅與壩體斷面和所受荷載有關,而且還取決于基巖性質及基礎處理設計、壩體混凝土設計及相應參數、施工的方式和程序、氣溫變化、原材料品種和養護條件等。很顯然,要在計算中考慮全部有關因素的影響,將是很困難甚至是不可能的。
SL 319—2005規定應力計算應按材料力學公式進行。對于中、低壩,當地質條件較簡單時,可只按材料力學方法計算壩的應力,有時可只計算壩的邊緣應力。對于高壩,尤其當地質條件復雜,除用材料力學方法計算外,宜同時采用有限元法進行計算研究,所得結果應沒有特殊不利的應力分布狀態,局部應力數值可不受本條文應力指標的限制,但如果局部應力數值超過指標較多時,應研究其原因,必要時應采取改善措施。對于復雜地基上的中、低壩,也可根據需要進行上述研究。
應力計算主要內容包括:計算壩體選定截面上的應力(應根據壩高選定計算截面,包括壩基面、折坡處及其他計算的截面);計算壩體削弱部位(如孔洞、泄水流道部位)的局部應力;需要時分析壩基內部的應力。
當應力值不滿足要求時,可通過適當調整壩體斷面來達到。另外,在壩基巖石條件較好,無夾泥或無水溶性物質時,也可考慮采用抽排降壓措施,降低揚壓力,從而達到改善應力的目的。
【檢查要點和方法】
(1)混凝土重力壩應以材料力學法和剛體極限平衡法計算成果作為確定壩體斷面的依據,有限元法作為輔助方法。用材料力學法計算實體重力壩壩體上游面、下游面應力的計算公式見SL 319—2005附錄C。
(2)混凝土極限抗壓強度,指90d齡期的15cm立方體強度,強度保證率為80%。
d) 6.4.1 壩體抗滑穩定計算主要核算壩基面滑動條件,應按抗剪斷強度公式(6.4.1-1)或抗剪強度公式(6.4.1-2)計算壩基面的抗滑穩定安全系數。
1 抗剪斷強度的計算公式:
式中 K ′——按抗剪斷強度計算的抗滑穩定安全系數;
f′ ——壩體混凝土與壩基接觸面的抗剪斷摩擦系數;
C′ ——壩體混凝土與壩基接觸面的抗剪斷凝聚力,kPa;
A ——壩基接觸面截面積,m2;
∑W——作用于壩體上全部荷載(包括揚壓力,下同)對滑動平面的法向分值,kN;
∑P——作用于壩體上全部荷載對滑動平面的切向分值,kN。
2 抗剪強度的計算公式:
式中 K ——按抗剪強度計算的抗滑穩定安全系數;
f ——壩體混凝土與壩基接觸面的抗剪摩擦系數。
3 抗滑穩定安全系數的規定:
1)按抗剪斷強度公式(6.4.1-1)計算的壩基面抗滑穩定安全系數K′值不應小于表6.4.1-1的規定。
表6.4.1-1 壩基面抗滑穩定安全系數K'

2)按抗剪強度公式(6.4.1-2)計算的壩基面抗滑穩定安全系數K值不應小于表6.4.1-2規定的數值。
表6.4.1-2 壩基面抗滑穩定安全系數K

4 壩基巖體內存在軟弱結構面、緩傾角裂隙時,壩基深層抗滑穩定安全系數按附錄E計算。按抗剪斷強度公式(E.0.2-1)、公式(E.0.2-2)計算的K′值不應小于表6.4.1-1的規定。當采取工程措施后K′值仍不能達到表6.4.1-1要求時,可按抗剪強度公式(E.0.3-1)及公式(E.0.3-2)計算壩基深層抗滑穩定安全系數,其安全系數指標應經論證后確定。對于單滑面情況,尤須慎重。
附錄E 壩基深層抗滑穩定計算
E.0.1 壩基深層存在緩傾角結構面時,根據地質資料可概括為單滑動面、雙滑動面和多滑動面,進行抗滑穩定分析。
雙滑動面為最常見情況,見圖E.0.1。
圖E.0.1 雙滑動面示意圖
深層抗滑穩定計算采用等安全系數法,應按抗剪斷強度公式或按抗剪強度公式進行計算。
E.0.2 采用抗剪斷強度公式計算。考慮ABD塊的穩定,則有:
考慮 BCD 塊的穩定,則有:
式中 K ′1、K′2——按抗剪斷強度計算的抗滑穩定安全系數;
W ——作用于壩體上全部荷載(不包括揚壓力,下同)的垂直分值,kN;
H ——作用于壩體上全部荷載的水平分值,kN;
G 1 、G2——巖體ABD、BCD重量的垂直作用力,kN;
f′ 1 、f′2——AB、BC滑動面的抗剪斷摩擦系數;
c′ 1 、c′2——AB、BC滑動面的抗剪斷凝聚力,kPa;
A 1 、A2——AB、BC面的面積,m2;
α、β——AB、BC面與水平面的夾角;
U 1 、U2、U3——AB、BC、BD面上的揚壓力,kN;
Q——BD 面上的作用力,kN;
φ——BD 面上的作用力 Q 與水平面的夾角。夾角φ值需經論證后選用,從偏于安全考慮φ可取0°。
通過公式 (E.0.21)、公式 (E.0.22)及K'1=K'2=K',求解Q、K'值。
E.0.3 采用抗剪強度公式計算。對于采取工程措施后應用抗剪斷強度公式計算仍無法滿足表6.4.1-1要求的壩段,可采用抗剪強度公式(E.0.3-1)、公式(E.0.3-2)計算抗滑穩定安全系數,其安全系數指標可經論證確定。
考慮 ABD 塊的穩定,則有:
考慮 BCD 塊的穩定,則有:
式中 K 1 、K2——按抗剪強度計算的抗滑穩定安全系數;
f 1 、f2——AB、BC滑動面的抗剪摩擦系數。
通過公式(E.0.3-1)、公式(E.0.3-2)及K1=K2=K,求解Q、K值。
單滑面的情況比較簡單,這里不再列出計算式。多滑面的情況比較復雜,可參照雙滑面的計算式,列出各個滑動體的算式,求解K值。
【摘編說明】
壩體抗滑穩定計算采用抗剪強度公式與抗剪斷強度公式并列。工程實踐表明,壩基巖體條件較好,采用抗剪斷強度公式是合適的;但當壩基巖體較差時,如軟巖或存在軟弱結構面時,采用抗剪強度公式也是可行的。所以設計時應根據工程地質條件選取適當的計算公式。
對壩基巖體內存在軟弱結構面、緩傾角裂隙時,應進行壩基深層抗滑穩定分析,首先應按抗剪斷強度公式計算,并滿足表6.4.1-1的要求;如采取工程措施后仍不能滿足表6.4.1-1的要求時,可按抗剪強度計算公式(E.0.1-3)、公式(E.0.1-4)計算壩基深層抗滑穩定安全系數,其指標應經論證確定。對于雙滑面、多滑面等情況,由于BD面是假定的,φ值又取為0,又用等K法計算,有不少安全裕度。但對于單滑面,沒有上述安全裕度,其安全系數取值尤須慎重。
在進行壩基巖體存在的軟弱結構面、緩傾角裂隙的深層抗滑穩定分析時,以剛體極限平衡法計算為主。有限元法目前各種分析方法發展很快,穩定安全系數也有多種定義,各種方法的計算結果相差較大,尚難以作為判據,但可作為對工程的深層抗滑穩定性進行綜合評定和處理方案選擇依據。
【檢查要點和方法】
(1)壩體抗滑穩定采用剛體極限平衡法計算。
(2)壩體混凝土與壩基接觸面之間的抗剪斷摩擦系數f′、凝聚力c′和抗剪摩擦系數f的取值:規劃階段可參考SL 319—2005附錄D選用;可行性研究階段及以后的設計階段,應經試驗確定;中型工程的中、低壩,若無條件進行野外試驗時,宜進行室內試驗,并參照SL 319—2005附錄D和工程類比選用。
4-3-14 《水工擋土墻設計規范》SL 379—2007
a) 3.2.7 沿擋土墻基底面的抗滑穩定安全系數不應小于表3.2.7規定的允許值。
表3.2.7 擋土墻抗滑穩定安全系數的允許值

b) 3.2.8 當驗算土質地基上擋土墻沿軟弱土體整體滑動時,按瑞典圓弧滑動法或折線滑動法計算的抗滑穩定安全系數不應小于表3.2.7規定的允許值。
【摘編說明】
(1)沿擋土墻基底面的抗滑穩定安全系數,反映了擋土墻是否安全與經濟的指標。表3.2.7規定的沿擋土墻基底面抗滑穩定安全系數的允許值與《堤防工程設計規范》(GB 50286)以及《水閘設計規范》(SL 265—2001)的規定是對應的。
(2)由于擋土墻底板以下的土質地基和墻后回填土兩個部分連在一起,其穩定計算的邊界條件比較復雜,還有深層抗滑穩定問題。因此,對于擋土墻的地基整體穩定可采用瑞典圓弧滑動法計算。
土質地基上的建筑物經常遇到持力層內夾有軟弱土層的情況。由于軟弱土層抗剪強度低,在水平向荷載作用下,有可能產生沿軟弱土層的滑動,因此當土質地基持力層內夾有軟弱土層時,還應采用折線滑動法(復合圓弧滑動法)對軟弱土層進行整體抗滑穩定驗算。按折線滑動法計算的擋土墻深層抗滑穩定安全系數也應滿足表3.2.7規定的允許值。
【檢查要點和方法】
必須指出,表3.2.7規定的沿擋土墻基底面抗滑穩定安全系數允許值應與表中規定的相應計算公式配套使用。
c) 3.2.10 設有錨碇墻的板樁式擋土墻,其錨碇墻抗滑穩定安全系數不應小于表3.2.10規定的允許值。
表3.2.10 錨碇墻抗滑穩定安全系數的允許值

d) 3.2.11 對于加筋式擋土墻,不論其級別,基本荷載組合條件下的抗滑穩定安全系數不應小于1.40,特殊荷載組合條件下的抗滑穩定安全系數不應小于1.30。
【摘編說明】
(1)有錨碇墻的板樁式擋土墻是依靠作用在插入地基的板樁和置入墻后填土內可能滑動面以外錨碇墻上的被動土壓力來維持結構整體穩定的,其錨碇墻的抗滑穩定安全系數應按表3.2.10的規定采用。
(2)加筋式擋土墻目前在級別較高的工程中應用較少,不考慮擋土墻的級別是可以的。按照《水利水電工程土工合成材料應用技術規范》(SL/T 225—98)的規定,加筋式擋土墻在驗算沿水平向的抗滑穩定性和按圓弧滑動法驗算整體深層抗滑穩定性時,不論擋土墻的級別和荷載組合情況,其抗滑穩定安全系數均應不小于1.30。在基本荷載組合和特殊荷載組合時,應有所區別。參考土質地基上的其他類型擋土墻的抗滑穩定安全系數允許值的取值范圍,在基本荷載組合和特殊荷載組合時差距約在0.1~0.15之間。
【檢查要點和方法】
設有錨碇墻的板樁式擋土墻,其錨碇墻抗滑穩定安全系數應按建筑物級別和荷載組合分別確定;加筋式擋土墻穩定安全系數則不考慮擋土墻的級別。
e) 3.2.12 土質地基上擋土墻的抗傾覆穩定安全系數不應小于表3.2.12規定的允許值。
表3.2.12 土質地基上擋土墻抗傾覆穩定安全系數的允許值

f) 3.2.13 巖石地基上1~3級水工擋土墻,在基本荷載組合條件下,抗傾覆穩定安全系數不應小于1.50,4級水工擋土墻抗傾覆穩定安全系數不應小于1.40;在特殊荷載組合條件下,不論擋土墻的級別,抗傾覆穩定安全系數不應小于1.30。
【摘編說明】
(1)對于土質地基上的擋土墻,其抗傾覆穩定是由地基穩定性和控制基底大小應力的比值來保證的;GB 50286—98中規定,防洪墻(即擋土墻)按堤防工程級別分為5級,正常運用期的抗傾覆穩定安全系數允許值為1.6~1.4之間,非正常運用期的抗傾覆穩定安全系數允許值為1.5~1.3之間。抗傾覆穩定也是衡量擋土墻安全性的重要指標,對工程投資有直接影響,按建筑物級別分級取用抗傾覆穩定安全系數較為合理。本條規定的擋土墻抗傾覆穩定安全系數允許值與GB 50286—98是一致的。
(2)對于巖基上的擋土墻,抗傾覆穩定安全系數允許值的確定,以在各種荷載作用下不傾倒為原則,但應有一定的安全儲備。參照現行有關規范對抗傾覆穩定安全系數允許值的規定,本條做出相應規定。
【檢查要點和方法】
土質地基上的擋土墻,其抗傾覆安全系數應按建筑物級別和荷載組合分別確定;巖基上的擋土墻,抗傾覆安全系數在基本荷載組合條件下,與建筑物級別有關,但在特殊荷載組合條件下,與建筑物級別無關。
g) 3.2.14 對于空箱式擋土墻,不論其級別和地基條件,基本荷載組合條件下的抗浮穩定安全系數不應小于1.10,特殊荷載組合條件下的抗浮穩定安全系數不應小于1.05。
【摘編說明】
對于擋土墻來說,空箱式擋土墻的抗浮穩定性要求是個特例。參照現行有關標準的規定,做出本條規定。
【檢查要點和方法】
空箱式擋土墻的抗浮穩定安全系數,與建筑物級別和地基條件無關。
h) 6.3.1 土質地基和軟質巖石地基上的擋土墻基底應力計算應滿足下列要求:
1 在各種計算情況下,擋土墻平均基底應力不大于地基允許承載力,最大基底應力不大于地基允許承載力的1.2倍。
2 擋土墻基底應力的最大值與最小值之比不大于表6.3.1規定的允許值。
表6.3.1 擋土墻基底應力最大值與最小值之比的允許值

i) 6.3.2 硬質巖石地基上的擋土墻基底應力計算應滿足下列要求:
1 在各種計算情況下,擋土墻最大基底應力不大于地基允許承載力。
2 除施工期和地震情況外,擋土墻基底不應出現拉應力;在施工期和地震情況下,擋土墻基底拉應力不應大于100kPa。
【摘編說明】
(1)對于土質地基以及軟質巖石上的擋土墻,要求在各種計算情況下(一般控制在完建情況下),擋土墻平均基底應力不大于地基容許承載力,最大基底應力不大于地基容許承載力的1.2倍。由于地基容許承載力是指平均的允許承載力,因此不允許擋土墻平均基底應力超過平均的地基容許承載力,但允許局部的基底應力超過平均的地基容許承載力,即允許地基內出現局部的塑性變形。至于局部的基底應力允許超過的限度,一般是要求最大基底應力不要超過平均地基容許承載力的1.2倍。這一規定與SL 265—2001等的有關規定是一致的。
(2)巖石地基上的擋土墻,同樣有基底應力方面的要求。由于硬質巖石地基的容許承載力較大,壓縮性極小,地基承載能力通常不存在問題,也不會因基底應力分布的不均勻而發生較大的沉降差,從而導致擋土結構傾覆,因此硬質巖石地基上擋土墻基底應力的最大值與最小值之比可不作限制。但為避免擋土墻基礎底面與基巖之間脫開,要求在非地震情況下擋土墻基底不應出現拉應力;在施工期和在地震情況下基底拉應力不應大于100kPa,這一規定與現行有關標準的規定是一致的。
【檢查要點和方法】
(1)對于土質地基上特別是修建在軟土地基上的擋土墻,要滿足上述要求往往比較困難,需要通過減輕結構重量、調整結構重心或對地基進行人工處理才能達到。基底應力最大值與最小值之比的允許值的規定,主要是防止結構產生過大的不均勻沉降及可能的傾覆破壞。因此,對于人工加固的深基礎,可不受表6.3.1的規定限制。
(2)對于巖石地基上擋土高度特別大,且又修建在強風化或有不良地質構造的巖石地基上的擋土墻,還應核算其地基承載能力狀況。對于全風化的巖石地基,其地質條件已與土質地基基本相似,可按土質地基進行計算。
4-3-15 《水利水電工程邊坡設計規范》SL 386—2007
a) 3.4.2 采用5.2節規定的極限平衡方法計算的邊坡抗滑穩定最小安全系數應滿足表3.4.2的規定。經論證,破壞后給社會、經濟和環境帶來重大影響的1級邊坡,在正常運用條件下的抗滑穩定安全系數可取1.30~1.50。
表3.4.2 抗滑穩定安全系數標準

【摘編說明】
邊坡抗滑穩定安全系數標準的主要依據是:相關標準的規定和已建水利水電工程邊坡的實際取值。
實際邊坡工程采用的安全系數標準和實際計算值,可反映目前邊坡安全系數的應用現狀。通過對103例邊坡的抗滑穩定安全系數進行統計,結果表明:
(1)工程規定的安全系數標準變動區間,正常運用條件下的范圍值為1.10~1.60,非常運用條件Ⅰ下的范圍值為1.00~1.30,非常運用條件Ⅱ下的范圍值為1.05~1.20;而實際采用的計算值變動區間則相對較大,三種運用條件下的范圍值分別為1.02~4.24、1.00~2.92和0.96~1.696。
(2)各工況間的安全系數數值級差。采用的安全系數標準正常運用條件數值比非常運用條件Ⅰ高13.6%,非常運用條件Ⅰ比非常運用條件Ⅱ高2.7%,實際計算值高出比例略大。與本規范規定的級差(4%~9%)基本相符合。
由于劃分Ⅰ等工程的技術標準上限是不封頂的,如長江三峽、黃河小浪底等特大型工程,邊坡在工程安全中的地位無疑是非常重要的。因此將此種重要且影響大的1級邊坡正常運用條件下抗滑穩定最小安全系數定為1.30~1.50認為是合理的。
【檢查要點和方法】
(1)抗滑穩定計算應以極限平衡方法為基本計算方法。對于1級邊坡,可同時采用強度指標折減的有限元法驗算其抗滑穩定性。
(2)對于土質邊坡和呈碎裂結構、散體結構的巖質邊坡,當滑動面呈圓弧形時,宜采用簡化畢肖普(Simplified Bishop)法和摩根斯頓-普賴斯法(Morgenstern-Price)進行抗滑穩定計算。
當滑動面呈非圓弧形時,宜采用摩根斯頓-普賴斯法和不平衡推力傳遞法進行抗滑穩定計算。
(3)對于呈塊體結構和層狀結構的巖質邊坡,宜采用薩爾瑪法(Sarma)和不平衡推力傳遞法進行抗滑穩定計算。
(4)對由兩組及其以上節理、裂隙等結構面切割形成楔形潛在滑體的邊坡,宜采用楔體法進行抗滑穩定計算。
(5)抗滑穩定計算方法的公式、荷載計算及其各種假定應符合本標準附錄D的規定。
4-3-16 《水利水電工程施工導流設計規范》SL 623—2013
a) 6.3.4 土石圍堰、混凝土圍堰與漿砌石圍堰的穩定安全系數應滿足下列要求:
1 土石圍堰邊坡穩定安全系數應滿足表6.3.4的規定。
表6.3.4 土石圍堰邊坡穩定安全系數表

2 重力式混凝土圍堰、漿砌石圍堰采用抗剪斷公式計算時,安全系數K′應不小于3.0,排水失效時安全系數K′應不小于2.5;按抗剪強度公式計算時安全系數K應不小于1.05。
【摘編說明】
本條細化了土石圍堰邊坡穩定的安全系數的規定,摘編說明同4-3-12。
【檢查要點和方法】
同4-3-12,但應注意不同計算方法的安全系數值。
4-3-17 《水利水電工程圍堰設計規范》SL 645—2013
a) 6.5.1 土石圍堰穩定計算應符合下列要求:
2 抗滑穩定采用瑞典圓弧法或簡化畢肖普法時,土石圍堰的邊坡穩定安全系數應滿足表6.5.1 的規定。
表6.5.1 土石圍堰邊坡穩定安全系數表

b) 6.5.2 混凝土圍堰穩定計算應符合下列要求:
4 混凝土重力式圍堰采用抗剪斷公式計算時,安全系數K′≥3.0,排水失效時安全系數K′≥2.5;按抗剪強度公式計算時安全系數K≥1.05。
【摘編說明】
同4-3-17。
【檢查要點和方法】
同4-3-17。
4-3-18 《預應力鋼筒混凝土管道技術規范》SL 702—2015
預應力鋼筒混凝土管 (PCCP)是在帶有鋼筒的混凝土管芯外側纏繞環向預應力鋼絲并用水泥砂漿作保護層而制成的管材,包括內襯式預應力鋼筒混凝土管(PCCPL)和埋置式預應力鋼筒混凝土管(PCCPE)。
預應力鋼筒混凝土管具有高強度、高抗滲性、高密封性及耐久性好的優點,近10余年國內建成了一批預應力鋼筒混凝土管道工程,積累了較豐富的設計、施工及運行經驗。為便于指導預應力鋼筒混凝土管設計、生產、敷設、監理及工程驗收,制定本標準。
a) 6.5.1 管道抗浮穩定安全系數應符合下列要求:
1 抗浮穩定安全系數不應小于1.1。
【摘編說明】
抗浮穩定安全系數的取值與現行水利行業標準相關規定一致。
【檢查要點和方法】
各種工況下,管道抗浮穩定安全系數不應小于1.1。
b) 6.5.2 管道直徑變化處、轉彎處、堵頭、閘閥、伸縮節處的鎮墩(支墩)或由限制性接頭連接的管段抗滑穩定驗算應符合下列要求:
1 抗滑穩定安全系數不應小于1.5,采用限制性接頭連接多節管道時不應小于1.1。
【摘編說明】
抗滑穩定驗算應按純摩公式計算。在沒有試驗資料的情況下,管道或建筑物基底面與地基之間的摩擦系數f值,可根據地基類別按表6.5.3-2所列數值選用。
表6.5.3-2 管道或建筑物基底面與地基之間的摩擦系數f值

限制性接頭是指以形成限制管段為目的,采用夾鉗式鎧式、承口螺栓式鎧式、開口環限制性、焊接及法蘭連接等方式,實現傳遞軸向力為目的的特殊接頭。
【檢查要點和方法】
(1)檢查管道的鎮墩(支墩)抗滑穩定計算相關的荷載、設計參數、計算工況和計算結果,抗滑穩定安全系數不應低于1.5。
(2) 采用限制性接頭連接多節管道抗滑穩定安全系數不應低于1.1。