水工建筑物上的荷載及

第二章水工建筑物上的荷載及荷載效應(yīng)組合第一節(jié)水工建筑物上的荷載及計算一、建筑物及永久設(shè)備自重1．建筑物自重各種建筑物的自重規(guī)范值，等于體積與資料的重度的乘積，方向垂直向下。即：W=Vγc〔2-1〕式中：W—建筑物自重〔KN〕V—建筑物的體積(m3〕γc—建筑物的資料重度〔KN/m3〕普通混凝土取23.5-24kN/m3，鋼筋混凝土取24.5-25kN/m3，漿砌石取21.5~23kN/m32．永久設(shè)備自重水工建筑物上永久固定設(shè)備，如閘門、啟閉機等，自重規(guī)范值采用設(shè)備標牌分量。自重的作用分項系數(shù)為：大體積混凝土、土石壩取1.0；對普通水工混凝土、金屬構(gòu)造〔設(shè)備〕取1.05，當自重對構(gòu)造有利時取0.95。地下工程的混凝土襯砌取1.1，其對構(gòu)造有利時取0.9。水工建筑物上的普通荷載二、水壓力1．靜水壓力水靜止形狀下對構(gòu)造外表的作用力稱為靜水壓力。可按水力學(xué)原理進展計算?！?〕作用在壩、閘等構(gòu)造面上的水壓力：作用在壩閘渡槽等建筑物外表的水壓力，可分解為程度PH和垂直PV兩部分。PH=〔2-2〕PV=〔2-3〕式中：——水的重度，普通取9.8〔KN/m3〕;H—計算點以上的水深，(m)；V—構(gòu)造外表以上水的體積〔m3〕

靜水壓力分布圖〔2〕管道及地下構(gòu)造水壓力計算作用在管道內(nèi)壁上的靜水壓力稱為內(nèi)水壓力；作用于襯砌外側(cè)的水壓力稱外水壓力。構(gòu)造分析時，應(yīng)根據(jù)詳細情況計入。計算時,將其分均勻、非均勻內(nèi)水壓力。均勻內(nèi)水壓力，沿管內(nèi)一周均勻分布，為管內(nèi)壁頂點以上靜水壓力值非均勻內(nèi)水壓力的合力方向垂直向下，數(shù)值為單位管長水重。〔2-4〕〔2-5〕式中：γw—水的重度〔KN/m3〕；ri—管道或隧洞的內(nèi)半徑〔m〕；θ—自管頂算起的圓心角〔°〕；h—管道內(nèi)壁頂點至計算靜水位的高度〔m〕。

環(huán)向〔切向〕軸向襯砌在均勻內(nèi)水壓力作用表示圖作用在管道及隧洞襯砌外壁上的水壓力，由于是由壩體滲水及地下水引起的，其值取決于壩體及圍巖的浸透特性、水文地質(zhì)條件及地基處置等情況。有壓隧洞襯砌的外水壓強規(guī)范值可為。〔2-6〕式中：pek—作用于襯砌上的外水壓強規(guī)范值〔KN/m2〕；βe—外水壓力折減系數(shù)，可按表2-1采用；He—作用水頭(m)，按設(shè)計采用的地下水位線與隧洞中心線的高差確定。同內(nèi)水壓力，外水壓力也分解成均勻外水壓力和非均勻外水壓力。非均勻外水壓力的合力垂直向上，大小等于單位洞長排開水體的分量。

級別地下水活動狀態(tài)地下水對圍巖穩(wěn)定影響建議值1洞壁干燥或潮濕無影響0~0.22沿結(jié)構(gòu)面有滲水或滴水風(fēng)化結(jié)構(gòu)面充填物，降低結(jié)構(gòu)面抗剪強度，對軟弱巖有軟化作用0.1~0.43沿裂隙面有大量滴水或線狀流水液化軟弱結(jié)構(gòu)面中充填物質(zhì)，降低抗剪強度，對中硬巖體有軟化作用0.25~0.64嚴重滴水沿軟弱結(jié)構(gòu)面有小量涌水沖刷充填物質(zhì)，加速巖體風(fēng)化，使其膨脹崩解，產(chǎn)生機械管涌。有滲透壓力。0.4~0.85嚴重股狀流水斷層有大量涌水沖刷充填物質(zhì)，分離巖體，能鼓開一定厚度的斷層等軟弱帶，能導(dǎo)致圍巖塌方0.65~1.0表2-1外水荷載折減系數(shù)值βe選用表2．動水壓力水體在流動時，對建筑物外表產(chǎn)生動水壓力〔1〕閘壩反弧段上的動水壓力:泄水時，溢流壩下游反弧段的動水壓力，主要是離心力作用，反弧底面動水壓強近似取均布，其代表值、離心力合力的程度分力和垂直分力可由下式計算。〔2-9〕

〔2-10〕式中：q—相應(yīng)反弧段上的單寬流量(m3/s.m)；ρw—水的密度；v—反弧段最低處的斷面平均流速(m/s)；R—反弧半徑(m)；Φ1、Φ2—如圖2-4所示，分別為反弧段圓心豎線左、右的中心角，取其絕對值。作用在反弧段上的動水壓力的作用分項系數(shù)為1.1。三、揚壓力建筑物擋水后，由于上下游水頭差的作用，水從地基的孔隙向下浸透，由浸透引起的水壓力稱浸透壓力，由下游水深而引起的水壓力稱浮托力，浸透壓力和浮托力之和稱為揚壓力。作用于建筑物底面上的揚壓力值，應(yīng)按垂直作用于計算截面積上的揚壓力分布圖形求和。揚壓力分布與上下游水位、防滲排水措施有關(guān)。1．重力壩、拱壩的揚壓力對巖基上混凝土壩，壩體底面揚壓力分布：〔1〕壩基無防滲帷幕和排水孔幕時，作用于壩底面上游邊緣處的揚壓力為H1，下游邊緣處為H2，其間用直線銜接。如圖2-5(f)所示。揚壓力 1、壩底揚壓力構(gòu)成緣由：①上下游水位差；②砼、巖石都是透水資料。由于基巖節(jié)理裂隙很不規(guī)那么，難以求出壩底揚壓力的準確分布，故通常加定揚壓力從壩踵到壩趾成直線變化。α為揚壓力折減系數(shù)與巖體的性質(zhì)和構(gòu)造，帷幕深度和厚度，灌漿的質(zhì)量，排水孔的直徑、間距、深度等有關(guān)。規(guī)范規(guī)定：河床壩段α=0.2～0.3;岸坡壩段α=0.3～0.4 2、壩身揚壓力壩身排水管折減系數(shù)α3=0.15～0.3〔2〕當壩基上游設(shè)防滲帷幕和排水孔時，上游處的揚壓力作用水頭為H1，排水孔中心線處為H2+α〔H1-H2〕，下游〔壩趾〕處為H2，其間各段以直線銜接。如圖2-4(a,b,c,d)所示?！?〕當壩基上游有防滲帷幕和排水孔并設(shè)下游副排水孔及抽排系統(tǒng)時，壩基面上游處的揚壓力作用水頭為H1，主副排水孔中心處的揚壓力作用水頭分別為α1H1和α2H2，下游處為H2，其間各段依次以直線銜接。如圖2-4(e)所示。浸透壓力強度系數(shù)α，對寬縫重力壩、大頭壩河床段α取0.2，岸坡段為0.3；對實體重力壩拱壩等,河床段取0.25，岸坡段取0.35;揚壓力強度系數(shù)α2取0.15-0.2；剩余揚壓力系數(shù)α2與排水強度有關(guān)，普通情況下均取0.5。壩體內(nèi)部浸透壓力和浮托力:不設(shè)排水管時，其上游處為H1‘，下游為H2‘，其間直線銜接。當上游面設(shè)壩體排水管時排水管中心線處為α3H2’。壩體內(nèi)部揚壓力系數(shù)α3，對實體重力壩、拱壩取0.2，寬縫壩、大頭壩取0.15~0.2。壩底面和壩體內(nèi)揚壓力分項系數(shù)系數(shù)：①浮托力的作用分項系數(shù)均采用1.0；②浸透壓力的作用分項系數(shù)，對實體重力壩采用1.2；寬縫重力壩、大頭壩、空腹重力壩及拱壩采用1.1；③壩基下游設(shè)置抽排系統(tǒng)時，主排水孔之前揚壓力的作用分項系數(shù)采用1.1，主排水孔之后剩余揚壓力的作用分項系數(shù)采用1.2。2．水閘揚壓力水閘擋水時，上下游水頭差使水流沿鋪蓋及閘底板底面向下游浸透，閘底板底面上作用有揚壓力?！?〕巖基閘底板上的揚壓力底面上的揚壓力分布圖形，可按實體重力壩確定。〔2〕軟基上水閘底板揚壓力分布同樣包括浸透壓力和浮托力兩部分，根據(jù)上下游水位差，地下輪廓線的布置、地基K等分析確定。普通情況下，浸透壓力可采用直線比例法、改良阻力系數(shù)法和流網(wǎng)法計算，〔詳見第七章水閘〕。浮托力按下游水位至底板底面的高度計算?！?〕兩岸墩墻揚壓力1〕當墻后土K小于地基K值時，可近似地采用底板上浸透壓力分布圖形；2〕當墻后土K大于地基時，應(yīng)按側(cè)向滲流計算確定。水閘揚壓力分項系數(shù)，浮托力采用1.0，浸透壓力采用1.2。水閘揚壓力分布表示圖四、土壓力及淤沙壓力

1．擋土建筑物的土壓力〔1〕靜止土壓力當墻后填土程度，墻背鉛直時(圖2-7a)，作用在墻背的靜止土壓力規(guī)范值可按下式計算：(2-11)式中：Fok—靜止土壓力規(guī)范值〔KN/m〕，作用于距墻底處，程度指向墻背。γ—擋土墻后填土的重度〔KN/m3〕；H—擋土墻高度(m)；Ko—靜止土壓力系數(shù)，當墻后為正常固結(jié)粘土?xí)rKo=1-sin