扶壁式挡墙计算书手算与软件复核

前池 一、基本资料 某电站尾水电站总装机3250KW(2000KW1250KW),最大引水流量为40m3/s(循环尾水),根据水利水电工程等级划分及洪水标准(SL252-2000),本电站工程规模为小(2)型,工程等别为Ⅴ等,主要建筑物和次要建筑物工程级别均为5级。根据水工混凝土结构设计规范(DL/T 50571996),建筑物结构安全级别为Ⅲ级。

根据中国地震动参数区划图(GB183062001),本区地震动峰值加速度小于0.05g,相当于地震烈度低于Ⅵ度,区域稳定。根据水工建筑物抗震设计规范(GB50771997)的规定,可不作抗震安全复核。

二、工程布置 根据计算,本电站两台机组运行时需要调节水量8095m3,结合现场地形及上下游建筑物布置形式,前池总体呈梯形布置,上游接进口转换井,下游接厂房进水口及溢流孔,总长42.0m,进口宽10.0m,出口总宽27.0m(详见施工平面图)。前池底板高程20.5m,与溢流孔进口底板同高,边墙墙顶高程33.4m。正常运行时,池内正常水位31.8m,因故障突然停机时,池内最高水位32.77m。边墙外侧距墙外边缘10.0m范围内回填土地面高程28.0m(自然地面高程22.5023.50),然后以12边坡与自然地面衔接。

三、结构形式及尺寸拟定 前池采用底板与边墙分离式钢筋混凝土结构,结构所处的环境类别为二类,素混凝土及回填部分采用C15混凝土,钢筋混凝土采用C25混凝土,钢筋采用Ⅰ级(fy210Nmm2)、Ⅱ级(fy310Nmm2)钢筋。

底板厚度拟定为0.6m,边墙采用扶壁式挡土墙结构,墙面板厚度初定为0.6m,底板厚度初定为0.8m,扶壁厚度初定为0.4m,底板总宽度初定为8.0m,前趾板净挑底度初定为1.0m,扶壁间净距初定为4.0m。边墙断面尺寸如下图所示。

四、结构稳定计算 本工程前池为半埋式地下结构,边墙与底板之间设缝分开,稳定计算只计算边强的地基应力、抗倾、抗滑稳定及底板的抗浮稳定。计算荷载考虑基本组合和特殊组合两类,详见下表 荷载组合 计算情况 荷 载 说 明 自重 水重 静水压力 扬压力 土压力 淤沙压力 风压力 浪压力 冰压力 土的冻胀力 地震荷载 其它 基本组合 完建工况 √ √ √ √ √ 正常运行 √ √ √ √ √ √ 特殊组合 事故停机 √ √ √ √ √ √ 1、荷载统计 素混凝土容重取24.0KN/m3,钢筋混凝土容重取25.0KN/m3,墙后回填土容重取20.0KN/m3,水重取10KN/m3。

边墙计算取两个扶壁中心轴线间距单元体为计算单元(计算单元长度4.00.44.4,1墙),进行稳定计算。

(1)结构自重计算 A)底板(h800) G1258.04.40.8704.0 KN B)墙面板(h600) G22512.94.40.6851.4 KN C)扶壁(h400) G325[0.50.56.411.30.4]389.85 KN D)踵板上土重 G4204.46.47.54224.0 KN E)前趾上水重 正常运行期G510.01.04.431.80-20.5 497.2 KN 溢流期 G510.01.04.432.77-20.5 539.88 KN (2)墙后回填土侧向土压力计算 回填土容重取γ20KN/m3,按静止土压力计算,采用水工荷载规范公式11.1.3静止土压力公式计算;
作用于单位长度墙背的静止土压力标准值为 式中FOK 静止土压力标准值KN/m K0 静止土压力系数;

墙后填土的有效内摩擦角。

查水工建筑物荷载规范表F5,取K00.52,作用在计算单元墙背上的静止土压力为 (3)静水压力 正常运行时,设计水位为31.80m;

事故停机溢流时,前池最高水位为32.77m;

(4)扬压力 本工程前池段场区地面高程为23.0~23.6m,根据地质勘察报告ZK2313、ZK2328、ZK2329,钻孔稳定水位均为0.3m,初步确定前池场区地下水位按23.0m计。边墙底板底面高程为19.7m,作用在计算单元体底板上的扬压力为 F210.023.0-19.74.48.01161.6KN 2、地基强度稳定计算 分别对施工完建期、正常运行期和泄洪期三种工况进行地基承载力验算 施工完建期计算详见表一 表一 施工完建期计算表 序号 荷载名称 竖向力 水平力 对底板中心线取矩 对倾覆点A取矩 力臂 (m) 力臂 (m 1 底板G1 624.0 0.0 4.0 2496.0 2 面板G2 774.0 2.7 2089.98 1.3 1006.2 3 扶壁G3 389.85 0.255 99.41 3.745 1460.0 4 土重G4 3840.0 0.8 3072.0 4.8 18432.0 5 水重G5 0 0.0 0 6 土压力Fok 1576.2 2.77 4366.1 2.77 4366.1 7 水压力F1 0 0 8 扬压力 合计 5627.85 1576.2 3072.0 6555.49 23394.2 4366.1 5627.85 1576.2 3483.49 由上表计算可知 ∑N5627.85 KN ∑F1576.2 KN-m ∑M3483.49 KN-m 底板底面积为A8.04.435.2 m2 a 地基应力计算 200MPa 地基应力不均匀系数 b 抗滑稳定计算 抗滑稳定按水闸设计规范(SL265-2001)公式(7.3.6-1)计算 c 抗倾覆稳定计算 抗倾覆稳定按水闸设计规范(SL265-2001)公式(7.4.8)计算 正常运行期计算详见表二 表二 正常运行期计算表 序号 荷载名称 竖向力 水平力 对底板中心线取矩 对倾覆点A取矩 力臂 (m) 力臂 (m 1 底板G1 624.0 0.0 4.5 2496 2 面板G2 774.0 2.7 2089.8 1.8 1006.2 3 扶壁G3 389.85 0.255 99.41 4.589 1460.0 4 土重G4 3840.0 0.8 3072.0 5.55 18432 5 水重G5 497.2 3.5 1740.2 0.75 248.6 6 土压力Fok 1576.2 2.77 4366.7 2.77 4366.7 7 水压力F1 2809.2 4.57 12838.1 4.57 12838.1 8 扬压力 合计 6125.05 2809.2 1576.2 15910.1 8296.11 36480.9 4366.7 6125.05 1233 7613.99 由上表计算可知 ∑N6125.05 KN ∑F280.22 KN-m ∑M1068.01 KN-m 底板底面积为A8.04.435.2 m2 a 地基应力计算 地基应力不均匀系数 b 抗滑稳定计算 抗滑稳定按水闸设计规范(SL265-2001)公式(7.3.6-1)计算 c 抗倾覆稳定计算 抗倾覆稳定按水闸设计规范(SL265-2001)公式(7.4.8)计算 最高水位时计算详见表三 表三 泄洪时计算表 序号 荷载名称 竖向力 水平力 对底板中心线取矩 对倾覆点A取矩 力臂 (m) 力臂 (m 1 底板G1 624.0 0.0 4.5 2496 2 面板G2 774.0 2.7 2089.8 1.8 1006.2 3 扶壁G3 389.85 0.255 99.41 4.589 1460.0 4 土重G4 3840.0 0.8 3072.0 5.55 18432 5 水重G5 539.88 3.5 1889.58 0.75 269.94 6 土压力Fok 1576.2 2.77 4366.7 2.77 4366.7 7 水压力F2 3312.2 4.89 16196.7 4.89 16196.7 8 扬压力 合计 6167.73 3312.2 1576.2 19268.7 8445.49 39860.84 4366.7 6167.73 1736 10823.21 由上表计算可知 ∑N6167.73 KN ∑F394.54 KN-m ∑M1681.96 KN-m 底板底面积为A8.04.435.2 m2 a 地基应力计算 200MPa 地基应力不均匀系数 b 抗滑稳定计算 抗滑稳定按水闸设计规范(SL265-2001)公式(7.3.6-1)计算 c 抗倾覆稳定计算 抗倾覆稳定按水闸设计规范(SL265-2001)公式(7.4.8)计算 以上计算结果表明,满足地基强度及稳定要求。

四、底板内力及配筋计算 四、设计系数取值 1 结构重要性系数取,设计状况系数,结构系数取;

2 荷载分项系数 结构自重、永久设备对结构不利时取1.05,对结构有利时取0.95;

静止水压力取1.0;
静止土压力取1.2。

底板荷载包括自重、水重、填土重、地基反力(浮托力、渗透压力忽略)等垂直向外力。底板前趾按悬挑板计算,踵板计算按两种情况考虑a)踵板净宽l2与扶壁间净距l1的比值l2/l1≤1.5时