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
前池
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3/s（循环尾水），根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-200040m），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
3，结合现场地形及8095m根据计算，本电站两台机组运行时需要调节水量
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22）钢筋。
、Ⅱ级（）fy=310NmmⅠ级（fy=210Nmm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。
．
前池
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
33，墙后回填土容24.0KN/m素混凝土容重取25.0KN/m，钢筋混凝土容重取33。
10KN/m重取20.0KN/m，水重取
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．
前池
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）：
G=25×8.0×4.4×0.8=704.0KN1B）墙面板：
（h=600）
G=25×12.9×4.4×0.6=851.4KN2C）扶壁：
（h=400）
G=25×[0.5×（0.5+6.4）×11.3×0.4]=389.85KN3D）踵板上土重：
G=20×4.4×6.4×7.5=4224.0KN4E）前趾上水重：
正常运行期：
G=10.0×1.0×4.4×（31.80-20.5）=497.2KN5溢流期：
G=10.0×1.0×4.4×（32.77-20.5）=539.88KN5
（2）墙后回填土侧向土压力计算：
3，按静止土压力计算，采用《水工荷载规范》=20KN/m回填土容重取γ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：
12?
KF?
H
0ok2
式中：
F—静止土压力标准值（KN/m）
OK?
'sin1?
K?
静止土压力系数；K—00?
—墙后填土的有效内摩擦角。
'查《水工建筑物荷载规范》表F5，取K=0.52，作用在计算单元墙背上的0静止土压力为：
1122?
KN24.4?
1576..（280?
19.7）?
0.52?
0?
K?
HKL?
20.?
0k022（3）静水压力
正常运行时，设计水位为31.80m；
12KN2809.2）?
4.4?
..0F?
?
10.?
（318?
205
12事故停机溢流时，前池最高水位为32.77m；
12F?
.）.?
.（010?
.?
3277205?
443312?
KN.2
12．
前池
（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：
F=10.0×（23.0-19.7）×4.4×8.0=1161.6KN
22、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
F1水压力
0
0
8
扬压力
—
合计
5627.85
1576.2
3072.0
6555.49
23394.2
4366.1
5627.851576.2
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
134m.5?
3754?
.4?
8.0?
W
6
a）地基应力计算：
?
?
M.0505N11.6851...4917705?
3483..105?
5627max?
?
P.?
?
?
minWA.25.352375.158<200MPa
地基应力不均匀系数：
P177.6max?
?
]?
2?
[?
.5.?
?
112
P158.2minb）抗滑稳定计算：
）计算：
7.3.6-1）公式（SL265-2001（抗滑稳定按《水闸设计规范》
前池
?
Gf0.35?
5627.85?
1.25?
Kc?
1.2?
?
1576.H2
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：
?
M23394.2V?
5.?
4?
1.5K0?
?
4366.7MH
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
G1底板
624.0
0.0
4.5
2496
2
G2面板
774.0
2.7
2089.8
1.8
1006.2
3
G3扶壁
389.85
0.255
99.41
4.589
1460.0
4
G4土重
3840.0
0.8
3072.0
5.55
18432
5
G5
水重
497.2
3.5
1740.2
0.75
248.6
6
Fok土压力
1576.2
2.77
4366.7
2.77
4366.7
7
F1水压力
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
134m53758.0.?
W?
?
4.4?
6
地基应力计算：
a）
?
?
N051.05.M10204.051.05?
7613.99051.?
6125.max?
?
?
P?
?
minA5.W35.2375.5161
地基应力不均匀系数：
P204.0max?
?
]?
2..?
26?
[5?
?
1
P161.5minb）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：
?
Gf0.35?
6125.05?
Kc?
1?
.74?
1.2
?
1233.0H
c）抗倾覆稳定计算：
）计算：
7.4.8）公式（SL265-2001（抗倾覆稳定按《水闸设计规范》
前池
?
M36480.9V?
8.36?
?
1.5K0?
?
4366.M1H
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
G1底板
624.0
0.0
4.5
2496
2
G2面板
774.0
2.7
2089.8
1.8
1006.2
3
G3扶壁
389.85
0.255
99.41
4.589
1460.0
4
G4土重
3840.0
0.8
3072.0
5.55
18432
5
G5
水重
539.88
3.5
1889.58
0.75
269.94
6
Fok土压力
1576.2
2.77
4366.7
2.77
4366.7
7
F2水压力
3312.2
4.89
16196.7
4.89
16196.7
8
扬压力
—
合计
6167.73
3312.2
1576.2
19268.78445.49
39860.844366.7
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
134m5?
3754?
8.0.W?
?
4.
6
a）地基应力计算：
?
?
M0511.05.N1.05?
6167.731.05?
10823.21214.3max?
?
?
P?
?
min35.2A375.5153.W8<200MPa
地基应力不均匀系数：
P214.3max?
?
]?
2[.5?
?
1?
.39?
P153.8minb）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：
?
Gf0.35?
6167.73?
?
1.24?
1.Kc?
05
?
1736H
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：
?
M39860.84V?
9.23?
1.?
50K?
?
4366M.7H
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．
前池
四、设计系数取值
?
?
1.2?
?
1.0?
0?
1.d，结构系数取；1）结构重要性系数取，设计状况系数02）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：
90009000
6900600690015006001500
q土=150q土=150q水=122.7
泄洪期施工完建期
q=152.77q=165.43q=221.61q=170.33q土=150q水=113
正常运行期底板荷载分布简图
q=146.36q=206.61
前趾板结构计算：
前趾板按悬挑结构计算，计算简图如下图所示：
1500
q1q2前趾板计算简图
施工完建期：
q1=170.33-0.9×25×0.8-150=152.33KN/m
q2=169.72-0.9×25×0.8=151.72KN/m
正常运行期：
q1=158.83-0.9×25×0.8-113.0=27.08KN/m
q2=164.81-0.9×25×0.8-113.0=33.81KN/m
泄洪期：
q1=146.36-0.9×25×0.8-122.7=5.66KN/m
q2=163.49-0.9×25×0.8-122.7=15.07KN/m
从荷载叠加结果可知，施工完建期为最不利工况，趾板根部弯矩值为：
前池
（按均布荷载q=152.33KN/m计算）
12?
76.17KN?
15233?
1.0mM?
?
2正截面配筋计算见下表：
M（KN-m）
γ0ΨγdM
α
ξ
ρ（%）
min（%）ρ
As（mm2）
76.17
91.41
0.0141
0.0142
0.06
0.15
1125
2、踵板结构计算：
踵板净宽l2=6.4m，扶壁净距l1=4.0m，l2/l1=6.4/4.0=1.6>1.5，自面板起至离面板1.5l1=1.5×4.0=6.4m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。
a）双向板部分结构计算（计算简图及荷载分布如下图）
Y000X46400
q1q2踵板计算简图
=16.35KN/m）施工完建期：
q1=169.35-0.9×（25×0.8+150.0=12.08KN/mq2=165.08-0.9×（25×0.8+150.0）
=15.39KN/m0.8+150.0）×（25×q1=168.39-0.9正常运行期：
=51.23KN/m×0.8+150.0）q2=204.23-0.9×（25
=8.41KN/m）q1=161.41-0.9×（25×0.8+150.0泄洪期：
=64.85KN/m×250.8+150.0）q2=217.85-0.9×（，查《水工混凝土结构设计q=64.85均布荷载（简化计算）取泄洪期为最不利工况，荷载取:
）计算板内力，手册》表18-1（j4.02=41.72KN-mMx=64.85×0.0402×4.02=11.73KN-m××My=64.850.01134.02=81.98KN-m×0.079Mxo=64.85×4.02=59.04KN-m
Myo=64.85×0.0569×）连续板部分结构计算（计算简图及荷载分布如下图）b
前池
6000400
连续板段双向板段
q荷载计算简图q
ABC
44004400计算简图
施工完建期：
q=165.08-0.9×（25×0.8+150.0）=12.08KN/m
正常运行期：
q=206.61-0.9×（25×0.8+150.0）=53.61KN/m
泄洪期：
q=221.61-0.9×（25×0.8+150.0）=68.61KN/m
按两跨连续梁计算内力，取泄洪期为最不利工况，荷载取
q=1.2×68.61=82.33KN/m:
MB=0.125×82.33×4.42=199.25KN-m
Mmax=0.07×82.33×4.42=111.57KN-m
c）配筋计算
按M=199.25KN-m进行配筋：
正截面配筋计算见下表：
M（KN-m）Y00X06
γ0ΨγdM双
α
ξ
ρ（%）
min（%）ρ
As（mm2）
199.25
239.1
0.037
0.038
0.157
0.15
1129
五、面板结构计算
面板荷载土压力和水压力等水平向外力。
面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：
前池
a）双向板部分结构计算（计算简图及荷载分布如下图）
4000
q1
q2面板计算简图
施工完建期：
q1=20×1.5×0.52=15.6KN/m
q2=20×7.5×0.52=78.0KN/m
正常运行期：
q1=20×1.5×0.52-10×5.3=-37.4KN/m
q2=20×7.5×0.52-10×11.3=-35.0KN/m
泄洪期：
q1=20×1.5×0.52-10×6.27=-47.1KN/m
q2=20×7.5×0.52-10×12.27=-44.7KN/m
查《水工混凝土结构设计手册》表18-1（j）和表18-2（l）计算板内力，荷载分别取施工完建期和泄洪期分别计算:
施工完建期：
Mx=（15.6×0.0402+62.4×0.0184）×4.02=11.52KN-m
My=（15.6×0.0113+62.4×0.007）×4.02=1.23KN-m
Mxo=（15.6×0.0794+62.4×0.0387）×4.02=47.86KN-m
Myo=（15.6×0.0569+62.4×0.0421）×4.02=37.31KN-m
泄洪期（按q=46.8KN/m均布荷载计算）：
4.02=30.29KN-m
×0.0402×Mx=47.1．
前池
My=47.1×0.0113×4.02=8.52KN-m
Mxo=47.1×0.0794×4.02=59.84KN-m
Myo=47.1×0.0569×4.02=42.88KN-m
b）连续板部分结构计算（计算简图及荷载分布如下图）
32.770731.8090083段28.00板续00连51q
A0CB0段0
板644004400向计算简图20.50qqq荷载计算简图
施工完建期：
q=20×1.5×0.52=15.6KN/m（26.5高程处）
正常运行期：
q=10×3.8=38.0KN/m（28.00高程处）
泄洪期：
q=10×4.77=47.7KN/m（28.00高程处）
按两跨连续梁计算内力，分别取施工完建期（背面不利）和泄洪期（正面不利）工况进行计算:
施工完建期：
MB=0.125×（1.2×15.6）×4.42=45.31KN-m
Mmax=0.07×（1.2×15.6）×4.42=25.37KN-m
泄洪期：
MB=0.125×47.7×4.42=115.44KN-m
Mmax=0.07×47.7×4.42=64.65KN-m
c）配筋计算
按M=90.69KN-m进行配筋：
正截面配筋计算见下表：
M（KN-m）
γ0γΨdM
α
ξ
（%）ρ
min（%）ρ
As（mm2）
115.44
138.53
0.037
0.0373
0.156
0.15
856
前池
六、扶壁计算
1、内力计算
沿扶壁高度分别在20.5m、24.5m和28.0m高程处
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