其次章、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標準值，等于體積與材料的重度的乘積，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—建筑物的材料重度（KN/m3

）一般混凝土取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，自重標準值接受設(shè)備標牌重量。自重的作用分項系數(shù)為：大體積混凝土、土石壩取1.0；對一般水工混凝土、金屬結(jié)構(gòu)（設(shè)備）取1.05，當自重對結(jié)構(gòu)有利時取0.95。地下工程的混凝土襯砌取1.1，其對結(jié)構(gòu)有利時取0.9。水工建筑物上的一般荷載二、水壓力1．靜水壓力水靜止狀態(tài)下對結(jié)構(gòu)表面的作用力稱為靜水壓力?？砂此W原理進行計算。（1）作用在壩、閘等結(jié)構(gòu)面上的水壓力：

作用在壩閘渡槽等建筑物表面的水壓力，可分解為水平PH和垂直PV兩部分。

PH=

（2-2）

PV=（2-3）式中：——水的重度，一般取9.8（KN/m3）;H—計算點以上的水深，(m)；V—結(jié)構(gòu)表面以上水的體積（m3）

靜水壓力分布圖（2）管道及地下結(jié)構(gòu)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。結(jié)構(gòu)分析時，應(yīng)依據(jù)具體狀況計入。計算時,將其分勻整、非勻整內(nèi)水壓力。勻整內(nèi)水壓力，沿管內(nèi)一周勻整分布，為管內(nèi)壁頂點以上靜水壓力值非勻整內(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)水壓力作用示意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滲透特性、水文地質(zhì)條件及地基處理等狀況。有壓隧洞襯砌的外水壓強標準值可為。（2-6）式中：pek—作用于襯砌上的外水壓強標準值（KN/m2）；βe—外水壓力折減系數(shù)，可按表2-1接受；He—作用水頭(m)，按設(shè)計接受的地下水位線與隧洞中心線的高差確定。同內(nèi)水壓力，外水壓力也分解成勻整外水壓力和非勻整外水壓力。非勻整外水壓力的合力垂直向上，大小等于單位洞長排開水體的重量。

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．動水壓力水體在流淌時，對建筑物表面產(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、離心力合力的水平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，取其確定值。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滲透，由滲透引起的水壓力稱滲透壓力，由下游水深而引起的水壓力稱浮托力，滲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，其間用直線連接。如圖2-5(f)所示。（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，其間各段以直線連接。如圖2-4(a,b,c,d)所示。（3）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連接。如圖2-4(e)所示。滲透壓力強度系數(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；殘余揚壓力系數(shù)α2與排水強度有關(guān)，一般狀況下均取0.5。壩體內(nèi)部滲透壓力和浮托力:不設(shè)排水管時，其上游處為H1‘，下游為H2‘，其間直線連接。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)均接受1.0；②滲透壓力的作用分項系數(shù)，對實體重力壩接受1.2；寬縫重力壩、大頭壩、空腹重力壩及拱壩接受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)接受1.1，主排水孔之后殘余揚壓力的作用分項系數(shù)接受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對下游滲透，閘底板底面上作用有揚壓力。（1）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滲透壓力和浮托力兩部分，依據(jù)上下游水位差，地下輪廓線的布置、地基K等分析確定。一般狀況下，滲透壓力可接受直線比例法、改進阻力系數(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。（3）兩岸墩墻揚壓力1）當墻后土K小于地基K值時，可近似地接受底板上滲透壓力分布圖形；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)，浮托力接受1.0，滲透壓力接受1.2。水閘揚壓力分布示意圖四、土壓力及淤沙壓力

1．擋土建筑物的土壓力（1）靜止土壓力

當墻后填土水平，墻背鉛直時(圖2-7a)，作用在墻背的靜止土壓力標準值可按下式計算：

(2-11)式中：Fok

—靜止土壓力標準值（KN/m），作用于距墻底處，水平指向墻背。

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)粘土時Ko=1-sinφ’;φ‘—墻后填土的有效內(nèi)摩擦（°）

（2）主動土