13m高扶壁式挡墙计算书手算与软件复核.docx

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13m高扶壁式挡墙计算书手算与软件复核

一、基本资料

某电站尾水电站总装机3250KW（2000KW+1250KW），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/T5057—1996），建筑物结构安全级别为Ⅲ级。

根据《中国地震动参数区划图》（GB18306—2001），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》（GB5077—1997）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22.50~23.50），然后以1：

2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（fy=210Nmm2）、Ⅱ级（fy=310Nmm2）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4.0+0.4=4.4，1#墙），进行稳定计算。

（1）结构自重计算：

A）底板：

（h=800）：

G1=25×8.0×4.4×0.8=704.0KN

B）墙面板：

（h=600）

G2=25×12.9×4.4×0.6=851.4KN

C）扶壁：

（h=400）

G3=25×[0.5×（0.5+6.4）×11.3×0.4]=389.85KN

D）踵板上土重：

G4=20×4.4×6.4×7.5=4224.0KN

E）前趾上水重：

正常运行期：

G5=10.0×1.0×4.4×（31.80-20.5）=497.2KN

溢流期：

G5=10.0×1.0×4.4×（32.77-20.5）=539.88KN

（2）墙后回填土侧向土压力计算：

回填土容重取γ=20KN/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K0=0.52，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：

F2=10.0×（23.0-19.7）×4.4×8.0=1161.6KN

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：

∑N=5627.85KN∑F=1576.2KN-m∑M=3483.49KN-m

底板底面积为：

A=8.0×4.4=35.2m2

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：

∑N=6125.05KN∑F=280.22KN-m∑M=1068.01KN-m

底板底面积为：

A=8.0×4.4=35.2m2

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：

∑N=6167.73KN∑F=394.54KN-m∑M=1681.96KN-m

底板底面积为：

A=8.0×4.4=35.2m2

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，按三边固定一边自由双向板计算；b）踵板净宽与扶壁间净距的比值l2/l1＞1.5时，则自面板起至离面板1.5l1为止部分，按三边固定一边自由双向板计算；在此以外部分按单向连续板计算。

底板荷载分布如下图所示：

前趾板结构计算：

前趾板按悬挑结构计算，计算简图如下图