阿城區(qū)河?xùn)|灌區(qū)一號跌水消力池結(jié)構(gòu)設(shè)計

張弘帥，張 帝，關(guān)麗梅

(哈爾濱市阿城區(qū)水務(wù)局，哈爾濱150300)

1 型式選擇

消力池邊墻高3.5～4.3 m，槽寬4.0～5.0 m，為了節(jié)省工程量和增加結(jié)構(gòu)的抗凍能力，采用鋼筋混凝土U型槽結(jié)構(gòu)，U型槽底板厚0.5 m。

2 U型槽邊墻結(jié)構(gòu)計算(取墻危險斷面)

2.1 按融土進行計算

墻后回填土與墻頂齊平，土壤容重r=1.80 t/m3，土壤內(nèi)摩擦角30°(考慮黏聚力)。

圖1 邊墻結(jié)構(gòu)計算圖

2.1.1 土壓力計算

按朗肯土壓力計算:p=rH2tg2(45°－φ/2)/2

2.1.2 結(jié)構(gòu)計算

截面B—B:MB=pBH/3=1.18×1.98/3=0.78tm

截面A—A:MA=pAH/3=4.70×3.96/3=6.20tm

2.1.3 配筋計算

截面A—A:MA=6.20tm h0=50－3=47cm

2.2 按凍土荷載計算

2.2.1 單位擋土墻最大水平凍脹力

由凍脹率10%及凍脹量14.2 cm，按《擋土墻抗凍脹(參考)定型設(shè)計》表2判定屬于Ⅳ類凍脹土，應(yīng)取150 kPa (1.5 kg/cm2)為單位擋土墻最大水平凍脹力，其分布圖形見圖2(a)。

2.2.2 修正單位擋土墻最大水平凍脹力

用單位最大水平凍脹力乘以修正壓強分布系數(shù)，即為修正單位擋土墻最大水平凍脹力。其分布圖形見圖2(b)。

2.2.3 單位擋土墻設(shè)計水平凍脹力

將修正單位擋土墻最大水平凍脹力乘以凍脹力系數(shù)，即為墻體有變形時的擋土墻設(shè)計水平凍脹力。根據(jù)凍脹力系數(shù)與變形遙關(guān)系，式f=1－s0.5計算結(jié)果見表1。

表1 單位墻體設(shè)計水平凍脹力計算表

圖2 擋土墻體水平凍脹力分布圖

2.2.4 結(jié)構(gòu)計算

1)A—A截面:

2)B—B截面:

3)C—C截面:

2.2.5 配筋計算

混凝土標(biāo)號250#，采用Ⅰ級鋼筋，Rg=2100kg/cm2，Rw=180kg/cm2，安全系數(shù)K=1.05。

1)A—A截面:MA=34.18tm h0=50－3=47cm

2)C—C截面:MC=16.31tm h0=45－3=42cm

3)B—B截面:MB=2.24tm h0=38－3=35cm

μ=αRw/Rg=0.0106×180/2100=0.0009＜μmin= 0.15%，按構(gòu)造配筋。

在凍土和融土分別作用下產(chǎn)生的彎矩，選其大值進行配筋，最后邊墻按A—A截面配筋。

A—A截面:Ag=38.07cm2選 φ22@10(Ag= 38.01cm2)

3 消力池U型槽水平段結(jié)構(gòu)計算

經(jīng)計算:A—A截面:Ag=26.32cm2選φ20@10(計算步驟同上)。

4 U型槽底板計算

因?qū)儆谛⌒蛦慰?，選用倒置梁法進行結(jié)構(gòu)計算，作用在梁上的均布荷載:

式中:q反、q揚為地基反力、揚壓力;q自、q水為底板重、底板上的水重。

式中:q反為底板基底壓力的最大值與最小值;∑G為作用在底板上的全部豎向荷載之和，包括作用在底板上的揚壓力;A底板底面的面積;∑M為作用于底板上的全部荷載對于底板底面垂直水流方向的形心軸的力矩之和;W為底板底面對該底面垂直水流方向形心軸的截面矩。

形心位置:yc=1/2h=1/2×8=4m

底板自重:G1=61.88t

邊墻自重:G2=55.65t

底板上水重:G3=3.5×8×1.58×1=44.24t

揚壓力p=滲透壓力p1=(0.36+0.8)×8×0.5×4.5 =20.88t

浮托力不計:

單跨底板考慮邊墻對底板約束為彈性固結(jié)，故跨中負(fù)彎矩近似按下式計算:

配筋計算:混凝土標(biāo)號250#，采用Ⅰ級鋼筋，Rg= 2100kg/cm2，Rw=180kg/cm2，安全系數(shù)K=1.4。

面層:M=7.03tm h0=50－3=47cm

選用φ14@15(Ag=10.26cm2)

底層:底板底層配筋與邊墻外側(cè)配筋相同，選用 φ22 @10。

［1］河北水利?？茖W(xué)校，黑龍江水利?？茖W(xué)校.水工建筑物［M］.北京:水利電力出版社，1993.

［2］華東水利學(xué)院，大連工學(xué)院，陜西機械學(xué)校，清華大學(xué).水工鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)學(xué)［M］.北京:水利電力出版社，1987.

［3］張世儒，夏維城.灌區(qū)水工建筑物叢書:水閘(第二版).北京:水利電力出版社，1988.

［4］那文杰，擋土墻抗凍脹(參考)定型設(shè)計［R］.黑龍江:黑龍江省水利科學(xué)研究所，1989.