1、 水工建筑物荷载设计规范 Specifications for load design of hydraulic structure DL 5077 1997 主编单位电力工业部中南勘测设计研究院 批准部门中华人民共和国电力工业部 批准文号电综1997 567号 施行日期1998年2月1日 前 言 本规范是根据1990年原能源部水利部水利水电规划设计总院(90)水规字11号文件的安排组织制订的其目的在于统一水利水电工程结构设计的作用(荷载)取值标准以利于按照GB50199 94水利水电工程可靠度设计统一标准的原则和方法进行水工结构设计 本规范必须与按照GB50199 94水利水电工程结构可靠度
2、设计统一标准制订的其他水工结构设计规范配套使用 本规范中所列全部附录都是标准的附录 本规范由电力工业部水电水利规划设计总院提出归口并负责解释 本规范的主编单位电力工业部中南勘测设计研究院参编单位有电力工业部北京勘测设计研究院西北勘测设计研究院成都勘测设计研究院华东勘测设计研究院水利部上海勘测设计研究院东北勘测设计研究院中国水利水电科学研究院南京水利科学研究院 本规范的主要起草人梁文浩 宋常春 苗琴生 张学易 段乐斋 周 芸 黄东军 范明桥 刘文灏 陈厚群 席与光 卢兴良 薛瑞宝 赵在望 岳耀真 吕祖珩 潘玉华 刘蕴琪 吴孝仁 侯顺载 谯常忻 王鉴义 汤书明 聂广明 徐伯孟 潘玉喜 唐政生 郦能
3、惠 李启雄 黄淑萍 1 范 围 本规范适用于各类水工建筑物的结构设计 2 引用标准 下列标准所包含的条文通过在本标准中引用而构成本标准的条文本标准出版时所示版本均为有效所有标准都会被修订使用本标准的各方应探讨使用下列标准最新版本的可能性 GB50199 94 水利水电工程结构可靠度设计统一标准 GBJ9 87建筑物结构荷载规范 GBJ145 90土的分类标准 DL5073 1997水工建筑物抗震设计规范 DL T5058 1996水电站调压室设计规范 3 总 则 3.0.1 为了统一水工结构设计的作用取值标准使设计符合安全适用经济合理技术先进的要求特制订本规范 3.0.2 本规范是根据GB50
4、199 94水利水电工程结构可靠度设计统一标准规定的原则制定的 3.0.3 本规范未予规定的其他作用应按照各类水工结构设计规范的规定确定 3.0.4 当水工结构设计引用与公路航运及港口工程等有关的作用时应根据各部门设计规范的规定经具体分析后确定 4 主要符号 4.0.1 分项系数极限状态设计式 0结构重要性系数 设计状况系数 S( )作用效应函数 R( )结构抗力函数 Gk永久作用的标准值 Qk可变作用的标准值 Ak偶然作用的代表值 ak几何参数的标准值 fk材料性能的标准值 G永久作用的分项系数 Q可变作用的分项系数 m材料性能的分项系数 d1承载能力极限状态基本组合的结构系数 d2承载能力
5、极限状态偶然组合的结构系数 d3正常使用极限状态短期组合的结构系数 d4正常使用极限状态长期组合的结构系数 C1正常使用极限状态短期组合的结构功能限值 C2正常使用极限状态长期组合的结构功能限值 可变作用的长期组合系数 4.0.2 作用代表值 pwr静水压强 pek外水压强标准值 ptr时均压强代表值 pfr脉动压强代表值 pcr水流离心力压强代表值 pfr脉动压力代表值 pir水流冲击力代表值 Hr水锤压力(水头)代表值 Vk垂直地应力标准值 hk水平地应力标准值 QVk围岩垂直压力标准值 Qhk围岩水平压力标准值 Fak主动土压力标准值 F0k静止土压力标准值 FSk埋管垂直土压力标准值
6、Ftk埋管侧向土压力标准值 pSk水平淤沙压力标准值 Fdk静冰压力标准值 Fbk动冰压力标准值 t单位切向冻胀力标准值 ht单位水平冻胀力标准值 Vt单位竖向冻胀力标准值 wk风荷载标准值 sk雪荷载标准值 pwk浪压力标准值 pmax作用在桥机一边轨道上的最大轮压 Tmk截面平均温度变化标准值 Tdk截面等效线性温差变化标准值 Tck施工期温度作用标准值 4.0.3 材料性能 w水的密度 w水的重度 fic冰的抗压强度 fib冰的抗挤压强度 Sd淤沙的干重度 Sb淤沙的浮重度 S淤沙的内摩擦角 填土的重度 R岩石的重度 c混凝土的重度 c填土的凝聚力 填土的内摩擦角 填土的有效内摩擦角 c
7、c混凝土的比热 c混凝土的导热系数 ac混凝土的导温系数 c混凝土的表面放热系数 5 作用分类和作用效应组合 5.1 作用分类及作用代表值 5.1.1 结构上的作用可按作用随时间的变异分为下列三类 (1)永久作用 (2)可变作用 (3)偶然作用 水工结构主要作用按随时间变异的分类可按附录A采用 5.1.2 水工结构设计时对不同作用应采用不同的代表值永久作用和可变作用的代表值采用作用的标准值偶然作用的代表值除本规范已有规定者外可按有关标准的规定或根据观测资料结合工程经验综合分析确定 5.1.3 本规范所列永久作用可变作用的标准值和偶然作用的代表值以及作用的分项系数均应按各章中的规定采用 5.2
8、作用效应组合 5.2.1 水工结构设计时应根据不同设计状况下可能同时出现的作用按承载能力极限状态和正常使用极限状态分别进行作用效应组合并采用各自最不利的组合进行设计 5.2.2 当结构按承载能力极限状态设计时对应于持久设计状况和短暂设计状况应采用基本组合偶然设计状况应采用偶然组合偶然组合中应只考虑一种偶然作用 5.2.3 承载能力极限状态的基本组合应采用下列设计表达式 () 011SG Qa RfaGk Qk kdkmk(5.2.3-1) 式中S( )作用效应函数 R( )结构抗力函数 0结构重要性系数对于结构安全级别为和级的结构或构件可分别采用1.1 1.0 0.9 设计状况系数 d1承载能
9、力极限状态基本组合的结构系数 ak几何参数的标准值 fk材料性能的标准值 m材料性能的分项系数 Gk永久作用的标准值 G永久作用的分项系数 Qk可变作用的标准值 Q可变作用的分项系数 承载能力极限状态的偶然组合应采用下列设计表达式 () 021SG Qa RfaGk Qk kdkmk(5.2.3-2) 式中Ak偶然作用的代表值 d2承载能力极限状态偶然组合的结构系数 在偶然组合中偶然作用的分项系数应采用1.0与偶然作用同时出现的某些可变作用可对其标准值作适当折减 5.2.4 当结构按正常使用极限状态设计时应根据结构设计要求分别采用作用的短期效应组合和长期效应组合并可采用下列设计表达式 (1)短
10、期效应组合 ()01SG Q f ackkkkd3(5.2.4-1) (2)长期效应组合 ()02SG Q f ackkkkd4(5.2.4-2) 式中c1c2结构的功能限值 d3 d4正常使用极限状态短期组合长期组合的结构系数 可变作用长期组合系数按各类水工结构设计规范的规定采用 6 建筑物自重及永久设备自重 6.1 建筑物自重 6.1.1 水工建筑物(结构)的自重标准值可按结构设计尺寸与其材料重度计算确定水工建筑物常用材料的重度可参照附录B中表B1采用 6.1.2 大体积混凝土结构的材料重度应根据选定的混凝土配合比通过试验确定当无试验资料时可采用23.5kN/m324.0kN/m3或根据骨
11、料重度粒径按附录B中表B2采用 6.1.3 土坝(含土坝和堆石坝的防渗土体)的材料重度应根据设计计算内容和土体部位的不同分别采用湿重度饱和重度或浮重度其数值可根据压实干重度含水量和孔隙率换算得出堆石坝的材料重度应根据堆石部位的不同分别采用压实干重度或浮重度 土石坝土体和堆石体的压实干重度应由压实试验确定中小型土石坝在初步计算缺乏资料时其压实干重度可按附录B表B3采用但最终应根据试验资料予以修正 6.1.4 建筑物(结构)自重的作用分项系数应按表6.1.4采用 表 6.1.4 建筑物(结构)自重的作用分项系数 建筑物(结构)类型作用分项系数大体积混凝土结构土石坝1.0普通水工混凝土结构金属结构1
12、.05(0.95)地下工程混凝土衬砌1.1(0.9)注 1.括号内的数值在自重作用效应对结构有利时采用 2.大体积混凝土结构系指依靠其重量抵抗倾覆滑移的结构如混凝土重力坝厂房下部结构重力式挡土墙等 3.除大体积混凝土结构以外的其他混凝土结构(如厂房上部结构进水口的构架等)均作为普通水工混凝土结构6.2 永久设备自重 6.2.1 永久设备的自重标准值采用设备的铭牌重量 6.2.2 永久设备自重的作用分项系数当其作用效应对结构不利时应采用1.05有利时应采用0.95 7 静 水 压 力 7.1 一 般 规 定 7.1.1 垂直作用于建筑物(结构)表面某点处的静水压强应按下式计算 pwr=wH (7
13、.1.1) 式中pwr计算点处的静水压强(kN/m2) H计算点处的作用水头(m)按计算水位与计算点之间的高差确定 w水的重度(kN/m3)一般采用9.81kN/m3对于多泥沙河流应根据实际情况确定 7.1.2 应区分水工建筑物不同的设计状况分别按持久设计状况短暂设计状况和偶然设计状况下的计算水位确定相应的静水压力代表值 7.1.3 静水压力(包括外水压力)的作用分项系数应采用1.0 7.2 枢纽建筑物的静水压力 7.2.1 坝水闸等挡水建筑物和河床式水电站厂房在运用期静水压力代表值的计算水位应按下列规定确定 (1)持久设计状况上游采用水库的正常蓄水位(或防洪高水位)下游采用可能出现的不利水位
14、 (2)偶然设计状况上游采用水库的校核洪水位下游采用水库在该水位泄洪时的水位 (3)短暂设计状况采用设计预定该建筑物在检修期的上下游水位 注与地震作用组合时的静水压力代表值其计算水位应按18.3的有关规定确定 7.2.2 对于泄水建筑物的首部挡水结构其静水压力代表值的计算水位可按7.2.1所规定的上游计算水位采用 7.2.3 坝后式和岸边式水电站厂房静水压力代表值的下游计算水位可按下列规定确定 (1)持久设计状况采用厂房的设计洪水位 (2)偶然设计状况采用厂房的校核洪水位 (3)厂房在施工机组检修等短暂设计状况下的计算水位按SD335 89水电站厂房设计规范的有关规定确定 7.2.4 水工隧洞
15、压力管道及调压室等建筑物在各种设计状况下静水压力代表值的计算水位应根据水库特征水位结合建筑物具体运用条件按照各类水工结构设计规范的规定确定 7.2.5 临时性水工建筑物以及坝体在施工期渡汛时静水压力代表值的计算水位应根据有关设计规范所规定的洪水标准计算确定 7.3 水工闸门的静水压力 7.3.1 水工闸门在各种设计状况下静水压力代表值的计算水位应根据闸门的不同运用条件确定 7.3.2 设置在发电供水泄水和排沙等建筑物进水口(或泄水道内)的工作闸门或事故闸门其持久设计状况和偶然设计状况下静水压力代表值的计算水位应按7.2.1所规定的上游计算水位采用对于溢洪道露顶式工作闸门可不考虑偶然设计状况 7
16、.3.3 设置在船闸上闸首的工作闸门持久设计状况下静水压力代表值的计算水位应采用正常蓄水位或最高通航水位偶然设计状况应采用校核洪水位或最高挡水位 7.3.4 设置在泄水道船闸等建筑物以及水电站引水道的进水口尾水管出口等处的上下游检修闸门其短暂设计状况下静水压力代表值的计算水位应采用设计预定该建筑物检修时的上下游水位 7.3.5 导流底孔和其他临时性挡水建筑物的闸门应根据其临时挡水的洪水标准以及闸门的运用条件确定相应短暂设计状况下静水压力代表值的计算水位 7.4 管道及地下结构的外水压力 7.4.1 混凝土坝坝内钢管放空时各计算断面的外水压力标准值可按以下规定确定 (1)钢管起始断面的外水压力为
17、WH钢管与下游坝面相接处的外水压力为零其间压力沿管轴线按直线规律分布 (2)起始断面作用水头H的计算水位宜采用正常蓄水位折减系数可根据钢管外围的防渗排水及接触灌浆等情况采用1.0 0.5 7.4.2 计算地下结构外水压力标准值时所采用的设计地下水位线应根据实测资料结合水文地质条件和防渗排水效果并考虑工程投入运用后可能引起的地下水位变化等因素经综合分析确定 7.4.3 作用于混凝土衬砌有压隧洞的外水压强标准值可按下式计算 pek=e w e(7.4.3) 式中pek作用于衬砌上的外水压强标准值(kN/m2) e外水压力折减系数按附录C采用 He作用水头(m)按设计采用的地下水位线与隧洞中心线之间
18、的高差确定 7.4.4 当无压隧洞和地下洞室设置排水措施时可根据排水效果和排水设施的可靠性对计算外水压力标准值的作用水头作适当折减其折减值可采用工程类比或渗流计算分析确定 7.4.5 对于有钢板衬砌的压力隧洞可按下列情况确定作用于钢管的外水压力标准值的作用水头 (1)对于埋深较浅且未设排水措施的压力隧洞其外水压力作用水头宜按设计地下水位与管道中心线之间的高差确定 (2)当压力隧洞的顶部或外侧设置排水洞时可在考虑岩层性能及排水效果的基础上根据工程类比或渗流计算分析对排水洞以上的外水压力作用水头作适当折减 (3)当钢衬外围设置排水管时可根据排水措施的长期有效性采用工程类比法或渗流计算综合分析确定外
19、水压力作用水头 8 扬压力 8.1 一般规定 8.1.1 混凝土坝水闸和水电站厂房等建筑物的扬压力应按垂直作用于计算截面全部截面积上的分布力计算 8.1.2 作用于建筑物计算截面上的扬压力分布图形应根据不同的水工结构型式上下游计算水位地基地质条件及防渗排水措施等情况确定 确定扬压力分布图形时的上下游计算水位应与计算静水压力代表值的上下游计算水位一致 8.1.3 计算截面上的扬压力代表值应根据该截面上的扬压力分布图形计算确定其中矩形部分的合力为浮托力代表值其余部分的合力为渗透压力代表值对于在坝基设置抽排系统的情况主排水孔之前的合力为扬压力代表值主排水孔之后的合力为残余扬压力代表值 8.2 混凝土
20、坝的扬压力 8.2.1 岩基上各类混凝土坝坝底面的扬压力分布图形可按下列三种情况分别确定 (1)当坝基设有防渗帷幕和排水孔时坝底面上游(坝踵)处的扬压力作用水头为H1排水孔中心线处为H2(H1-H2)下游(坝趾)处为H2其间各段依次以直线连接见图8.2.1(a)(b) (c) (d) 1排水孔中心线2主排水孔3副排水孔 图8.2.1 坝底面扬压力分布 (a)实体重力坝(b)宽缝重力坝及大头支墩坝(c)拱坝 (d)空腹重力坝(e)坝基设有抽排系统(f)未设帷幕及排水孔 (2)当坝基设有防渗帷幕和上游主排水孔并设有下游副排水孔及抽排系统时坝底面上游处的扬压力作用水头为H1主副排水孔中心线处分别为1
21、 1 2 2下游处为H2其间各段依次以直线连接见图8.2.1(e) (3)当坝基未设防渗帷幕和上游排水孔时坝底面上游处的扬压力作用水头为H1下游处为H2其间以直线连接见图8.2.1(f) 上述情况中渗透压力强度系数扬压力强度系数1及残余扬压力强度系数2可按表8.2.1采用 8.2.2 坝体内部计算截面上的扬压力分布图形当设有坝体排水管时可按图8.2.2确定其中排水管处的坝体内部渗透压力强度系数3可按下列情况采用 (1)实体重力坝拱坝及空腹重力坝的实体部位采用0.2 表8.2.1 坝底面的渗透压力扬压力强度系数 坝型及部位坝 基 处 理 情 况(A) 设置防渗帷幕及排水孔(B) 设置防渗帷幕 及
22、主副排水孔并抽排HJ部位坝 型渗透压力强度系数 主排水孔前的扬压 力强度系数1 残余扬压力强度 系数2 实体重力坝0.250.200.50宽缝重力坝0.200.150.50大头支墩坝0.200.150.50空腹重力坝0.25河 床 坝 段拱 坝0.250.200.50实体重力坝0.35宽缝重力坝0.30大头支墩坝0.30空腹重力坝0.35岸 坡 坝 段拱 坝0.35注 1.当坝基仅设排水孔而未设防渗帷幕时渗透压力强度系数可按表中(A)项适当提高 2.拱坝拱座侧面排水孔处的渗透压力强度系数可按表中岸坡坝段采用0.35但对于地质条件复杂的高拱坝则应经三向渗流计算或试验验证(2)宽缝重力坝大头支墩坝
23、的无宽缝部位采用0.2有宽缝部位采用0.15 当未设坝体排水管时上游坝面处扬压力作用水头为H1下游坝面处为H2其间以直线连接 8.2.3 坝底面和坝体内部扬压力的作用分项系数应按下列情况采用 1坝内排水管2排水管中心线 图8.2.2 坝体计算截面上扬压力分布 (a)实体重力坝(b)宽缝重力坝(c)拱坝(d)空腹重力坝 (1)浮托力的作用分项系数均采用1.0 (2)渗透压力的作用分项系数对实体重力坝采用1.2对宽缝重力坝大头支墩坝空腹重力坝以及拱坝采用1.1 (3)对于坝基下游设置抽排系统的情况主排水孔之前扬压力的作用分项系数采用1.1主排水孔之后残余扬压力的作用分项系数采用1.2 8.2.4
24、当坝前地基面设有粘土铺盖或多泥沙河流的坝前地基面上能形成淤沙铺盖时可依据工程经验对坝踵及排水孔处的扬压力作用水头作适当折减 8.2.5 作用于护坦底面的扬压力分布图形可根据相应设计状况下坝趾与护坦首部连接处的扬压力作用水头以及护坦下游水位确定若底部设置妥善的排水系统并具备检修条件且接缝间止水可靠时可考虑排水对降低扬压力的影响 8.3 水闸的扬压力 8.3.1 岩基上水闸底面的扬压力分布图形可按8.2中实体重力坝情况确定 8.3.2 软基上水闸底面的扬压力分布图形宜根据上下游计算水位闸底板地下轮廓线的布置情况地基土质分布及其渗透特性等条件分析确定一般情况下渗透压力可采用改进阻力系数法或流网法计算
25、改进阻力系数法见附录D 8.3.3 软基上水闸两岸墩墙侧向渗透压力的分布图形可按下列情况确定 (1)当墙后土层的渗透系数小于地基渗透系数时可近似地采用相应部位的闸底渗透压力分布图形 (2)当墙后土层的渗透系数大于地基渗透系数时应按侧向绕流计算确定 (3)对于大型水闸应经三向电拟试验或数值计算验证 8.3.4 水闸扬压力的作用分项系数对于浮托力应采用1.0渗透压力可采用1.2 8.4 水电站厂房和泵站厂房的扬压力 8.4.1 岩基上河床式水电站厂房泵站厂房底面的扬压力分布图形可按8.2中岩基上的实体重力坝情况确定对于坝后式岸边式水电站厂房则参照岩基上实体重力坝情况具体分析确定 8.4.2 对于厂
26、坝为整体连接或所设置的永久性变形缝已经止水封闭的岩基上的坝后式水电站厂房厂房底面的扬压力分布图形应与坝体共同考虑 8.4.3 软基上河床式岸边式水电站厂房以及泵站厂房底面的扬压力分布图形可参照8.3中软基上的水闸情况确定 8.4.4 水电站厂房和泵站厂房扬压力的作用分项系数对于浮托力应采用1.0渗透压力可采用1.2 9 动 水 压 力 9.1 一 般 规 定 9.1.1 作用在水工建筑物过流面一定面积上的动水压力(包括时均压力和脉动压力)应按该面积上各点动水压强的合力计算 动水压力一般可只计及时均压力但当水流脉动影响结构的安全或引起结构振动时应计及脉动压力的影响 9.1.2 计算动水压力时应区
27、分恒定流和非恒定流两种水流状态对于恒定流尚应区别渐变流或急变流等不同流态并采用相应的方法计算水电站压力水道系统内产生的水锤压力应按有压管道的非恒定流计算 9.1.3 对于重要的或体形复杂的水工建筑物其动水压力宜通过模型试验测定并经综合分析确定 9.2 渐变流时均压力 9.2.1 渐变流时均压强的代表值可根据相应设计状况下的水流条件通过计算或试验求得水面线后按下式计算(见图7.2.1) 图9.2.1 时均压强计算示意 ptr=wghcos (9.2.1) 式中ptr过流面上计算点A的时均压强代表值 (N/m2) W水的密度(kg/m3) g重力加速度(m/s2) h计算点A的水深(m) 结构物底
28、面与水平面的夹角 9.2.2 渐变流时均压力的作用分项系数应采用1.05 9.3 反弧段水流离心力 9.3.1 溢流坝等泄水建筑物反弧段底面上的动水压强近似取均匀分布其代表值可按下式计算 pcr=qwv (9.3.1) 式中pcr水流离心力压强代表值(N/m2) q相应设计状况下反弧段上的单宽流量m3(s m) v反弧段最低点处的断面平均流速(m/s) R反弧半径(m) 9.3.2 溢流坝等泄水建筑物反弧段上离心力合力的水平及垂直分力代表值可按下式计算 Pxr=qwv(cos2cos1) (9.3.2-1) Pyr=qwv(sin2+sin1) (9.3.2-2) 式中P单位宽度上离心力合力的
29、水平分力代表值(N/m) Pyr单位宽度上离心力合力的垂直分力代表值(N m 1 2图9.3.2中所示的角度取其绝对值 图 9.3.2 反弧段水流离心力示意 9.3.3 作用于反弧段边墙上的水流离心力压强沿径向剖面在水面处为零在墙底处为Pcr其间近似采用线性分布Pcr可按式(9.3.1)计算并垂直作用于墙面 9.3.4 反弧段水流离心力的作用分项系数可采用1.1 9.4 水流对尾槛的冲击力 9.4.1 水流对消力池尾槛的冲击力代表值可按下式计算 PKAvir dw=022(9.4.1) 式中Pir作用于消力池尾槛的水流冲击力代表值(N) A0尾槛迎水面在垂直于水流方向上的投影面积(m2) v水
30、跃收缩断面的流速(m/s) Kd阻力系数对于消力池中未形成水跃水流直接冲击尾槛的情况可取Kd=0.6对于消力池中已形成水跃且3 Fr 10的情况可取Kd=0.10.5(弗氏数Fr大者Kd取小值反之取大值) 9.4.2 水流冲击力的作用分项系数应采用1.1 9.5 脉动压力 9.5.1 作用于一定面积上的脉动压力代表值可按下式计算 Pfr=mpfr(9.5.1) 式中Pfr脉动压力代表值(n) Pfr脉动压强代表值(N m2) A作用面积(m2) m面积均化系数可按表9.5.1选用 其中正负号应按不利设计条件选定 9.5.2 脉动压强代表值可按下式计算 pKvfr Pw= 23122.(9.5.
31、2) 式中Kp脉动压强系数 v相应设计状况下水流计算断面的平均流速(m/s)可根据水流条件确定对于消力池水流可取收缩断面的平均流速对于泄槽水流可取计算断面的平均流速对于反弧鼻坎挑流可取反弧最低处的断面平均流速 表9.5.1 面积均化系数 结构部位溢流式厂房顶部溢洪道泄槽鼻坎平 底 消 力 池 底 板 Lm/h20.5 1.0 1.5 结构分 块尺寸Lm5mLm5mb/h20.51.01.50.51.01.50.51.01.5m0.100.140.550.460.400.440.370.320.370.310.27注Lm结构块顺流向的长度(m) b结构块垂直流向的长度(m) h2第二共轭水深(m
32、) 9.5.3 泄水建筑物不同部位的脉动压强系数可按表9.5.3-1及表9.5.3-2选用对于重要工程宜根据专门试验确定 表9.5.3-1 溢流厂房顶部溢洪道泄槽及鼻坎的脉动压强系数Kp 结 构 部 位溢流式厂房顶部溢洪道泄槽鼻 坎Kp 0.010 0.0150.010 0.0250.010 0.020表9.5.3-2 平底消力池底板的脉动压强系数Kp 结 构 部 位Fr13.5Fr13.50.0 x/L 0.20.030.03所在0.2 x/L 0.60.050.07位置0.6 x/L 1.00.020.04注Fr1收缩断面的弗氏数x计算断面离消力池起点的距离(m) L消力池长度(m)9.5
33、.4 脉动压力的作用分项系数应采用1.3 9.6 水 锤 压 力 9.6.1 当水电站水轮发电机组的负荷突然变化时相应设计状况下压力水道(包括蜗壳尾水管及压力尾水道)内产生的水锤压力代表值可按下式计算 r=Ky 0(9.6.1) 式中Hr水锤压力(水头)代表值(m) 水锤压力相对值可用解析法或数值积分法求得对于简单管路发生间接水锤时可用附录E所列解析公式计算 H0静水头即相应设计状况下上下游计算水位之差(m) Ky修正系数根据计算方法与水轮机型式而定当采用数值积分等方法时采用1.0当采用附录E中的解析公式计算时对于冲击式水轮机可采用1.0对于反击式水轮机应根据其转速经试验确定当无试验数据时混流
34、式水轮机可采用1.2轴流式水轮机可采用1.4 9.6.2 压力水道不同部位在持久设计状况(或偶然设计状况)下的水锤压力代表值应按下列静水头和机组运行工况计算确定 (1)上游压力水道(包括抽水蓄能电站上游压力水道)采用水库正常蓄水位(或校核洪水位)与厂房下游相应发电(或泄洪)尾水位之差共一条压力水道的全部机组突然丢弃全部负荷 (2)下游压力水道采用厂房下游设计洪水位(或校核洪水位)与相应上游水库水位之差共一条下游压力水道的全部n台机组由(n-1)台增至n台或全部机组由三分之二负荷突然增至满载 (3)抽水蓄能电站的下游压力水道按下游水库设计洪水位(或校核洪水位)在水泵工况扬程最小抽水量最大时共一条
35、下游压力水道的全部机组突然断电导叶全部拒动 (4)经分析论证后认为不存在全部丢弃负荷全部导叶拒动的情况亦可按机组部分丢弃负荷或部分导叶拒动考虑 9.6.3 上下游压力管道中各计算截面的水锤压力水头值可按下列公式计算 HlvLvHiiir=m(9.6.3-1) HlvLvHjjir=m(9.6.3-2) 式中i上游压力管道某计算截面的水锤压力水头值(m) Hj下游压力管道某计算截面的水锤压力水头值(m) livi自上游进水口(调压室)至计算截面处各段压力水道长度(m)与流速(m/s)的乘积之和 ljvj自下游出口至计算截面处各段压力水道长度(m)与流速(m/s)的乘积之和 Lvm自上游进水口(调
36、压室)至下游出口的压力管道长度L(m)与流速vmm s)的乘积管道平均流速vm可按下式计算 vlvLm=式中lv压力管道的各段长度(m)与其流速(m/s)的乘积之和 9.6.4 上游压力水道末端采用的水锤压力升高值应不小于正常蓄水位下压力水道静水头的10%对于设置调压室的压力水道应根据具体情况考虑调压室涌波对水锤压力的影响 9.6.5 水锤压力的作用分项系数可采用1.1 10 地应力及围岩压力 10.1 一 般 规 定 10.1.1 地下结构是由围岩及其加固措施构成的统一体设计时应充分考虑围岩的自稳能力和承载能力 10.1.2 地下结构设计中所涉及的围岩作用可根据岩体结构类型及其特征按下列情况
37、分别考虑 (1)对于整体状块状中厚层至厚层状结构的围岩岩体初始地应力及局部块体滑移为其主要作用 (2)对于薄层状及碎裂散体结构的围岩围岩压力为其主要作用 10.1.3 围岩岩体的结构类型及其特征应按国家标准水利水电工程地质勘察规范的有关规定确定 10.1.4 岩体初始地应力及围岩压力的作用分项系数可采用1.0 10.2 岩体初始地应力(场) 10.2.1 对于重要的地下工程岩体初始地应力(场)宜根据现场实测资料结合区域地质构造地形地貌地表剥蚀程度及岩体的力学性质等因素综合分析确定当具有少量可用资料时也可通过模拟计算或反演分析成果经综合分析确定 10.2.2 当无实测资料时但符合下列条件之一者可
38、将岩体初始地应力场视为重力场并按式(10.2.2-1)式(10.2.2-2)计算岩体地应力标准值 (1)工程区域内地震基本烈度小于6度 (2)岩体纵波波速小于2500m/s (3)工程区域岩层平缓未经受过较强烈的地质构造变动 vk= (10.2.2-1) hk=K0 vk(10.2.2-2) 式中vk岩体垂直地应力标准值(kN/m2) hk岩体水平地应力标准值(kN/m2) R岩体重度(kN/m3) H洞室上覆岩体厚度(m) K0岩体侧压力系数K0= ) v岩体的泊松比 10.2.3 当无实测资料但地质勘察表明该工程区域曾受过地质构造变动时应考虑重力场与构造应力叠加可按下列公式计算岩体初始地应
39、力标准值 vk= (10.2.3-1) hk=K1 vk(10.2.3-2) 式中考虑构造应力的影响系数可采用1.2 2.5(受构造影响小者取小值) K1岩体侧压力系数可采用1.1 3.0(洞室埋深大受构造影响小者取小值) 10.2.4 根据式(10.2.2)式(10.2.3)的计算结果尚应结合工程经验及类比分析确定岩体的初始地应力(场)对于高地应力地区宜通过现场实测取得地应力(场)资料 10.3 围 岩 压 力 10.3.1 当洞室在开挖过程中采取了锚喷支护或钢架支撑等施工加固措施已使围岩处于基本稳定或已稳定的情况下设计时宜少计或不计作用在永久支护结构上的围岩压力 10.3.2 对于块状中厚
40、层至厚层状结构的围岩可根据围岩中不稳定块体的重力作用确定围岩压力标准值 10.3.3 对于薄层状及碎裂散体结构的围岩垂直均布压力标准值可按下式计算并根据开挖后的实际情况进行修正 qvk=(0.2 0.3) (10.3.3) 式中qvk垂直均布压力标准值(kN/m2) B洞室开挖宽度(m) 岩体重度(kN/m3) 10.3.4 对于碎裂散体结构的围岩水平均布压力标准值可按下式计算并根据开挖后的实际情况进行修正 qhk=(0.05 0.10) H (10.3.4) 式中qhk水平均布压力标准值(kN/m2) H洞室开挖高度(m) 10.3.5 对于不能形成稳定拱的浅埋洞室宜按洞室拱顶上覆岩体的重力
41、作用计算围岩压力标准值并根据施工所采取的措施予以修正 11 土压力和淤沙压力 11.1 挡土建筑物的土压力 11.1.1 计算挡土建筑物(挡土墙)的土压力时对于向外侧移动或转动的挡土结构可按主动土压力计算对于保持静止不动的挡土结构可按静止土压力计算 11.1.2 作用在单位长度挡土墙背上的主动土压力标准值可按下式计算 a2ak21KHF =(11.1.2-1) 式中Fak主动土压力标准值(kN/m)作用于距墙底H3墙背处与水平面呈( )夹角(见图11.1.2-1) 挡土墙后填土重度(kN/m3) H挡土墙高度(m) Ka主动土压力系数可按附录计算 图 11.1.2 1 主动土压力作用示意 1第
42、一破裂面2第二破裂面 图 11.1.2-2 第二破裂面主动土压力作用示意 当墙背的坡角大于临界值cr时填土将产生第二破裂面(见图11.1.2-2)其主动土压力标准值应按作用于第二破裂面上的主动土压力Fa2取=按式(11.1.2-1)计算和墙背与第二破裂面之间土重的合力计算cr按下式计算 crarcsinsinsinarcsinsinsin= + +9012o(11.1.2-2) 式中挡土墙后填土坡角( ) 挡土墙后填土内摩擦角( ) 挡土墙后填土对墙背的外摩擦角( ) 图 11.1.3 静止土压力作用示意 当填土表面有均布荷载时可将荷载换算成等效的土层厚度计算作用于墙背的主动土压力标准值此种情
43、况下作用于墙背上的主动土压力应按梯形分布 11.1.3 对于墙背铅直墙后填土表面水平的挡土墙作用单位长度墙背的静止土压力标准值可按下式计算(见图11.1.3) 020k21KHF =(11.1.3) 式中F0k静止土压力标准值(kN/m)作用于距墙底H3处水平指向墙背 K0静止土压力系数可按附录F计算 11.1.4 主动土压力和静止土压力的作用分项系数应采用1.2 11.2 上埋式埋管的土压力 11.2.1 作用在单位长度埋管上的垂直土压力标准值可按下式计算(见图11.2.1) Fsk=Ks d 1(11.2.1) 式中Fsk埋管垂直土压力标准值(kN/m) Hd管顶以上填土高度(m) D1埋
44、管外直径(m) Ks埋管垂直土压力系数与地基刚度有关可根据地基类别按图11.2.1查取 1岩基2密实砂类土坚硬或硬塑粘性土3中密砂类土 可塑粘性土4松散砂类土流塑或软塑粘性土 图11.2.1 埋管垂直土压力系数 11.2.2 作用在单位长度埋管的侧向土压力标准值可按下式计算(见图11.2.2) 图11.2.2 埋管侧向土压力作用 Ftk=Kt 0 d(11.2.2) 式中Ftk埋管侧向土压力标准值(kN/m) H0埋管中心线以上填土高度(m) Dd埋管凸出地基的高度(m) Kt侧向土压力系数Ktgt=2452o填土内摩擦角按附录F.0.1确定 11.2.3 埋管上垂直土压力侧向土压力的作用分项
45、系数当其作用效应对管体结构不利时应采用1.1有利时应采用0.9 11.3 淤 沙 压 力 11.3.1 作用在坝水闸等挡水建筑物单位长度上的水平淤沙压力标准值可按下式计算 Phsk sb s2 stg2=12452o(11.3.1) 式中Psk淤沙压力标准值(kN/m); sb淤沙的浮重度(kN/m3)sb=sd-(1-n)wsd淤沙的干重度(kN/m3) w水的重度(kN/m3) n淤沙的孔隙率 Hs挡水建筑物前泥沙淤积厚度(m) s淤沙的内摩擦角( ) 当结构挡水面倾斜时应计及竖向淤沙压力 11.3.2 挡水建筑物前的泥沙淤积厚度应根据河流水文泥沙特性和枢纽布置情况经计算确定对于多泥沙河流
46、上的工程宜通过物理模型试验或数学模型计算并结合已建类似工程的实测资料综合分析确定 11.3.3 淤沙的浮重度和内摩擦角一般可参照类似工程的实测资料分析确定对于淤沙严重的工程宜通过试验确定 11.3.4 淤沙压力的作用分项系数应采用1.2 12 风荷载和雪荷载 12.1 风荷载 12.1.1 垂直作用于建筑物表面上的风荷载标准值应按下式计算 wk=z z sw0(12.1.1) 式中wk风荷载标准值(kN/m2) zz高度处的风振系数 z风压高度变化系数 s风荷载体形系数 w0基本风压(kN/m2) 12.1.2 基本风压应按GBJ9 87建筑结构荷载规范中全国基本风压分布图采用但不得小于0.2
47、5kN/m2对于水工高耸结构其基本风压可按全国基本风压图中的基本风压值乘以1.1后采用对于特别重要和有特殊使用要求的结构或建筑物则可乘以1.2后采用 12.1.3 当建设地点的基本风压值在全国基本风压分布图上未给出时其基本风压值可按下列方法确定 (1)可根据当地年最大风速资料按照基本风压的定义通过统计分析确定分析时应考虑样本数量的影响 (2)当地没有风速资料时可根据附近地区规定的基本风压或长期资料通过气象和地形条件的对比分析确定 12.1.4 山区的基本风压应通过实际调查和对比观测经分析后确定一般情况下可按相邻地区的基本风压值乘以下列调整系数采用 (1)山间盆地谷地等闭塞地形0.75 0.85
48、 (2)与大风方向一致的谷口山口1.2 1.5 注山顶及山坡(包括悬崖)的基本风压可根据山麓附近地区的基本风压按相差高度乘以风压高度变化系数确定 12.1.5 沿海海岛的基本风压当缺乏实际资料时可按陆地上的基本风压值乘以表12.1.5所列的调整系数采用 12.1.6 风压高度变化系数应根据地面粗糙度类别按表12.1.6确定其中地面粗糙度类别可分为A B两类 表12.1.5 海岛基本风压调整系数 距海岸距离 km调整系数401.040 601.0 1.160 1001.1 1.2A类海岛海岸湖岸及沙漠地区 B类田野乡村丛林丘陵及房屋比较稀疏的中小城镇和大城市郊区 注位于坝水闸等建筑物顶部的结构风
49、压高度变化系数可按表12.1.6中A类采用确定其距地面高度的计算基准面可按风向采用相应设计状况下的水库水位或下游尾水位 12.1.7 水工建筑物的风荷载体形系数可按照GBJ9 87建筑结构荷载规范和GBJ13590高耸结构设计规范等设计规范中有关规定采用 12.1.8 对于高度大于30m且高宽比大于1.5的水电站厂房以及基本自振周期大于0.25s的进水塔调压塔渡槽等建筑物应采用风振系数z来考虑风压脉动的影响不属于上述情况者其风振系数采用1.0 风振系数的计算方法可参照GBJ9 87和GBJ135 90等设计规范的有关规定或经专门研究确定 12.1.9 风荷载的作用分项系数应采用1.3 表12.1.6 风压高度变化系数z 地 面 粗 糙 度 类 别距 地 面 高 度 mAB51.170.80101.381.0015 1.52 1.14 201.631
