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关于水封洞库封塞结构计算中特别是混凝土密封塞的几点注释
背景资料：
混凝土是一种极好的建筑材料，有很好的承受压力的特性。但是对于承受拉力的构件，必须配有钢筋避免混凝土的断裂。因此，建议混凝土密封塞的设计应充分利用材料的抗压性不仅为了保证结构的安全性，同时也避免过多的钢筋配置，增大混凝土浇注的难度。

对于混凝土密封塞8.5章节的注释：
混凝土密封塞有两种，一种是置于施工巷道和水封洞之间的结构，另一种是竖井密封塞。由于不同的荷载作用和不同的要求，为避免混淆，两种结构被分开考虑。

竖井密封塞
大气压力下的水封洞
水封井和10米厚膨润土塞
套管及结构重量
巷道密封塞
满水压力
大气压力下的水封洞
施工巷道包括人孔
计算时应考虑地震荷载和相关爆破荷载。

须考虑的几个要点：
l    密封塞的形状可考虑有利的几何形状。基台建议按1：3倾斜。
l    如果最小跨厚比小于或等于4，结构可按纯受压构件计算，这样，混凝土能够有利的利用其材料性能，同时结构通过其力学性能，将支撑力传递给岩体支座（如图1所示）。结构设计中，可将图1视为一拉－压杆模型或数字模型来计算。若密封塞由于设备安装需要较多空洞，可以采用数字模型进行计算。
l    数字模型计算方法在附件中。
l    如果上述比值超过4，密封塞可视为板件进行计算，这样会引起结构配筋量比较大。
l    板件的设计应遵循有效规范和混凝土结构的相关设计建议。我们对于附录B的一些注释在下文中可见。
l    结构设计应尽可能采用简单且对称形式。由于安装设备引起的对结构的穿透部位应尽可能靠近结构中心，并且在套管和开口处应配有足够的钢筋。
l    基台应采用对称设计，使得结构在受到冲击荷载作用时允许结构产生有利变形。地面运动可能会引起结构的共振荷载应由螺栓承受。因此，结构整体为一个紧凑的结构以减小冲击荷载的影响。设计阶段中应就此类问题进行分析考虑并完善。为减小岩体与构件间渗漏应通过接触灌浆方式减小。此外，混凝土的混合应考虑其凝结收缩。
l    硬化过程中的热量排除，应同时考虑减小裂缝的产生。在设计的计算过程里，同样要进行热力分析。
l    密封塞处人造孔应包括每一端的水密门，同时要能够承受足够大的荷载。



Figure 1 Schematic figure of the compressive forces in the concrete plug

当结构受到类似武器攻击或类似的冲击荷载时，设计若采用近似弹性理论，会使得结构不具有经济性。因此，结构应采用允许最大永久变形的近似塑性理论进行设计。对于变形的要求，要客户来决定。由于材料的限定条件，特定荷载下使得构件达到要求的概率计算是非常重要的。
竖井密封塞通常使用C25/30混凝土(fcck=24 MPa)浇注。当受到武器攻击时允许受压荷载为24MPa。
混凝土表面处最低配筋要求为直径12mm，300mm的Ks 400S钢筋，其余钢筋不作特殊规定。表面钢筋应配置有通过密封塞中心的封闭式箍筋。箍筋应复合下列要求：密封塞厚度小于1.5时，箍筋配筋率为0.0017；当密封塞厚度在1.5-3.0范围内，配筋率约为0.030；厚度大于3时，配筋率约为0.0046。如果密封塞开有较大空洞，在密封塞中心部位以外也应配有箍筋。

岩层力学方面须考虑的几点：
l    混凝土密封塞的最终定位应根据当地的地址水文条件。
l    风化，断层，强渗透和不利节理倾向的地带不予考虑。
l    在邻近混凝土密封塞基台处要合理选取爆破技术，应尽量减小对岩层的扰动和软化影响，同时也应尽量避免节理的断裂和扩宽。
l    岩石基台要经过预处理，以减小密封塞周边的渗漏，及对岩石进行加固。
l    基台的岩石表面在混凝土凝固前要严格清扫干净，并要求准确测量。
l    密封塞中应使用永久性螺栓进行锚固，以对岩石基台加固，同时要注意不均匀剪力作用。





关于附录B的审核
边界条件
假定密封塞周边固定。理想的周边固定构件比较难以实现，但可以考虑构件边界采用螺栓固定或者采取限制构件移动的措施实现部分固定。如果将螺栓置于岩体内，则要考虑钻孔有足够的空间，如果空间较紧密岩体便会发生软化。此外，如果边界固定，封塞于岩体的连接部位要能够承受剪力和弯距。
若封塞为简支支撑，则问题会容易的多。简支支撑可以是单向或者双向，并且连接部位仅传递剪力。

裂缝宽度
根据瑞典规范，0.2mm的最大裂缝宽度同样使用于承受水压力的水下构件

挠度
附录B中的最大挠度为L/500。而L/400就足够了。

设计方法
如果最小跨厚比小于或等于4，可采用压拉杆模型设计。但如果封塞开孔较多，则有必要采用数字模型进行设计。如果最小跨厚比大于4，封塞可以作为厚板并使用附录B中建议的方法计算或者采用相应的数字模型设计方法。

当结构受到类似武器攻击或类似的冲击荷载时，设计若采用近似弹性理论，会使得结构不具有经济性。因此，结构应采用允许最大永久变形的近似塑性理论进行设计。
附录B中提到的关于剪力、弯距、裂缝宽度和内力的计算方法看似是合理的。

附录B 中介绍了支点力矩和场力矩。下列图表中介绍了周边固定的平板和边界简支的平板中，力矩的计算方法。附录B中泊松比为1/6，而下表中的计算中，泊松比为1/5。总之，能否实现边界完全固定是一个疑问。在实际中，边界是可以部分固定的。因此，我们推荐使用边界简支平板来计算弯距。

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