水工建筑物荷载设计规范.pdf
中华人民共和国行业标准水工建筑物荷载设计规范.W 刖 B本规范是根据1 9 9 0 年原能源部、水利部水利水电规划设计总院“（9 0）水规字1 1 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G B 5 0 1 9 99 4 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G B 5 0 1 9 9 94水利水电工程结构可靠度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 治、家常春、苗琴生、张学易段 乐 斋、周 芙、黄东军、范 明 桥、刘 文 潮、陈 厚 群、席与光卢兴良、薛瑞宝、赵在望、岳 耀 真、吕祖伤、潘王华、刘蕴供吴 孝 仁、侯顺载、据 常 忻、王鉴义、汤书明、聂 广 明、徐伯孟潘 玉 喜、唐 政 生、郦能惠、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。GB5019994水利水电工程结构可靠度设计统标准GBJg87 建筑物结构荷载规范GBJ14590 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DL/T50821998水工建筑物抗冰冻设计规范23 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GB501999 4 水利水电i程结构可靠度设计统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。35九 冰的抗挤压强度；兀d淤沙的干重度：As淤沙的浮重度；外淤沙的内摩擦角；7填土的重度；力：一 岩 石 的 重 度；兀混凝土的重度；c填土的凝聚力；P填土的内摩擦角;，填土的有效内摩擦角；Cc混凝土的比热；Z 混凝土的导热系数；%混凝土的导温系数；“Be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 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7认式,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）短期效应组合：86 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一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 23.524.o k N/n?,或根据骨料重度、粒径按附录B中表BZ采用。6.1.3 土 坝（含土坝和堆石坝的防渗上体）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。96.2 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1.0 5,有利时应采用0.95oII7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，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；（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、卜游水位。注：与地震作用组合时的静水压力代表值，其计算水位应按1 8.3 的有关规定确定。7.2.1 所规定的上游计算水位采用。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。127.2.3 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SD33589 K水电站厂房设计规范的有关规定确定。7.2.4 水工隧洞、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。7.3.3 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13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，处的外水压力为零，其间压力沿(D钢管起始断面的外水压力为a 九H,钢管与下游坝面相接管轴线接直线规律分布；(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a u j,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，并考虑工程投人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：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。作用水头宜接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：16扬压力作用水头为HI下 游 处 为 H2其间以直线连接 见图8上述情况中，渗透压力强度系数。扬压力强度系数a l及残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17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a 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。(2)宽缝重力坝、大头支墩坝的无宽缝部位采用0.2,有宽缝部位采用0.1 5。当未设坝体排水管时，上游坝面处扬压力作用水头为H I下游坝面处为，H 2其间以直线连接188.2.3 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：19(1)浮托力的作用分项系数均采用1.O o(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题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。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1.2o208.4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。219 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，井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）：229.3.4 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 水流对消力地尾槛的冲击力代表值可按下式计算:24平均流速；对于反弧鼻坎挑流，可取反派最低处的断面平均流速。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9.5.3一2 选用对于重要工程，宜根据专门试验确定。9.5.4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，混流式水轮机可采用L 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25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。269.6.4 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。1 0 地应力及围岩压力10.1 一 般 规 定10.1.I 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 o10.2岩体初始地应力(场)10.2.I 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、仅符合下列条件之一者，可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)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。281 0.2.4根 据 式（1 0.2.2）、式（1 0.2.3）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1 0.3.1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。1 0.3.2对于块状中厚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。1 0.3.3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讲行修正。293011 土压力和淤沙压力11.1 挡土建筑物的土压力11.I.1 计算挡土建筑物（挡土墙）的士压力时.，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；当墙背的坡角。大 于 临 界 值 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31当填土表面有均布荷载时，可将荷我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11.1.4主动土压力和静止士压力的作用分项系数应采用1.2。11.2 上埋式埋管的上压力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）D i 埋管外直径(m)；.(一埋管垂直土压力系教，与地基刚度有关，可根据地基类别按图1 1.2.1查取。1 -岩基；2-密实砂类土，坚硬或硬彝性七3一中密砂类土,可鞠性土；4一松散砂类土，般翅熨粘性士,011.2.1埋管垂直土压力系数/作用效应对管体结构不利时应采用1.I,有利时应采用0.9。11.3淤 沙 压 力1 1.3.1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：当结构挡水面倾斜时，应计及竖向淤沙压力。1 1.3.2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。1 1.3.3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。1 1.3.4淤沙压力的作用分项系数应采用1.2 0341 2 风荷载和雪荷载1 2.贝 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：12.1.2 基本风压应按GBJg8 7 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0.25kN/m2o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。无实测资料时。可.按当地空旷平坦地面的基本雪正值乘以12后采用。12.2.4建筑物顶面的积雪分布系数，可参照GBJg-87规定的屋面积雪分布系数采用。12.2.5雪荷载的作用分项系数应采用1.3。371 3 冰压力和冻胀力13.1静 冰 压 力13.1.1冰层升温膨胀时.，作用于坝面或其他宽长建筑物单位长13.1.2作用于独立墩柱上的静冰压力可按照式(13.2.2-1)计算。13.1.3静冰压力垂直作用于结构物前治，其作用点取冰面以下1 /3冰厚处。13.1.4冰冻期冰层厚度内的冰压力与水压力不同时作用于建筑物。13.1.5静冰压力的作用分项系数应采用1.1。13.2动 冰 压 力13.2.1作用于铅直的坝面或其他宽长建筑物上的动冰压力标准值可按下式计算：381 3.2.2作用于独立墩柱上的动冰压力标准值，可按下列情况计算确定：(1)作用于前沿铅直的三角形独立墩柱上的动冰压力，可分别按 式(1 3.2.2-1)、式(1 3.2.2-2)计算冰块切人和撞击两种况下的冰压力，并取其中的小值：(2)作用于前沿铅宜的矩形、多边形或圆形独立墩柱上的动冰压力可按式(1 3.2.2-1)计算。1 3.2.3动冰压力的作用分项系数可采用I.1。3913.3 冻 胀 力13.3.1 表面平整的混凝上桩、墩基础，在无竖向位移的条件下,Er=（13.3.1）式 中，Fr切 向 冻 胀 力 标 准 值（kN）；220r,(kN/m)204080110111150注l.r.故 可 按 表 列 原 膝 地 内 插.2.土 的 冻 胀 量 比 按 建 筑 物 所 在 地 点 的 实 测 炎 斜 胸 定，当 无 实 费 资 料 时，可按 水 工 理 筑 物 抗 冰 冻 设 计 规M U确 定.作用于侧表面上的切向冻胀力标准值可按下式计算:13.3.2 对于标准冻深大于0.5in地区的薄壁混凝上挡土墙，当墙前地面至墙后填土顶部的高差小于或等于5 m、在无水平位移的条件下，作用于挡土墙的水平冻胀力可采用按图13.3.2所示的压强分布计算的合力为其标准值。图中最大单位水平冻胀力可按下式40计算:13.3.3 对于标准冻深大于0.5in地区，墙前地面至墙后填土顶部的高差大于5 m 的薄壁挡土墙和其他型式的挡土墙，水平冻胀力的计算应经专门研究。13.3.4 在标准冻深大于0.5in地区的水闸、涵洞和其他具有板型基础的建筑物，当基础埋深小于设计冻深时.，作用在单块基础板底面上的竖向冻胀力标准值可按下式计算：414313.3.5 水平冻胀力和土压力不同时作用于建筑物，设计时应取其中的大值进行荷载组合。13.3.6 切向冻胀力、水平冻胀力及竖向冻胀力的作用分项系数均应采用1 .1。14浪压力14.1 一般的规定1 4.I.1 本章适用于风浪对坝、水闸等挡水建筑物（不包括海堤、河堤）产生的浪压力的计算。1 4.1.2浪压力标准值一般可由波浪要素（波高、波长等）按1 4.2.1 4.3 计算确定。对于1 级挡水建筑物，当浪压力为主要荷载之一时.，宜通过模型试验论证。1 4.1.3波浪要素可按附录G 计算。其中计算风速的取值应遵循下列规定：（1）当浪压力参与作用基本组合时，采用重现期为5 0 年的年最大风速；（2）当浪压力参与偶然组合时，采用多年平均年最大风速。1 4.1.4浪压力的作用分项系数应采用1.2。14.2直墙式挡水建筑物上的浪压力1 4.2.1作用于铅直迎水面建筑物上的浪压力，应根据建筑物迎水面前的水深，按以下三种波态分别计算：43(1)当凡，和 时,浪 压 力 分 布 如 图1 4.2.1 (a)所示，单位长度上的浪压力标准值按下式计算：&=?&%+%)(1 4.2.1-1)式中：P s 单位长度迎水面上的浪压力标准值(k N/m)；儿水的重度(k N/m3),J 平均波长(m)；h%累积频率为1%的波高(m)；H挡水建筑物迎水面前的水深(m)；h,波浪中心线至计算水位的高度(m),按下去计算:A z =-y c th(14.2.1-2)Ha使波浪破碎的临界水深(m),按下式计算：儿带苦舞(14.2.1-3)(2)当但HC与时,浪压力分布如图14.2.1(b)4所示，单位长度上的浪压力标准值按下式计算：PH=彳(4%+加)+“加U(14.2.1-4)式中：人建筑物底面处的剩余浪压力强度(k N/m2),按下式计算：tO Z JPw=兀se c h=j(14.2-1-5)(3)当时，浪压力分布如图14.2.1(c)所示，单位长度上的浪压力标准值按下式计算：P*=4-/OE(L 5 0,54泗+9 7 +2汨(14.2.1-6)式中”建筑物底面的浪压力强度折减系数。当时,4514.3斜坡式挡水建筑物上的浪压力14.3.1对于1.5(3)Hn 1）平顺水流边界和突变水流边界确定。前者属紊流边界层型，如溢流式厂房顶、泄水陡槽底板和挑流鼻坎面等；后者属强分离流型，如水跃消力地底板和突扩、突缩边壁等。（I）理论分析表明，紊流边界层内壁上脉动压强系数KP的117论值约为3%。急流区平顺边界层的脉动压力幅值不大，这已为大量原型观测资料和模型试验成果所证实。关于溢流式厂房顶的脉动压强系数K。，现有修文、池潭、乌江渡、H本新成羽等工程的原型观测资料，变化范围为0.20%1、5 9%,其中修文为1.6%；池潭为0.2%0.77%；新安江为0.36%1.04%；乌江渡左岸滑雪道副厂房顶为0.81%159%3 丰 满（水平护坦，类比于平溢流厂房预）为0.45%1.58%；日本新成羽为0、2%0.77%（以边界层外流势场流速水头计）。此外，尚可参考两项工程的模型试验资料：二滩为0.45%1.1%；三峡主厂房顶为0.8%1.84%（当反弧末端设通气相时;可增大至2.08%2.82%）。关于泄水陡槽槽身、鼻坎等部位的水流脉动压强系数，也有模式口、乌江渡等工程的原型观测和模型试验资料可供参考。模式口陡槽槽身为1.6%；乌江渡右岸泄洪洞下游拱渡槽槽身为0.72%2.0 0%,反弧段中部为0.69%；乌江渡左泄洪洞反弧最低点为0.45%0.6 3%,鼻坎上为0.86%1.46%；乌江渡左岸滑雪道反弧最低点为1.38%1.6 8%,鼻坎上为1.of%1.34%；溢流面为0.23%1,52%；乌江渡2号溢流孔反弧最低点为0、2%1.2%,鼻坎上为0.3%1.口;平桥试验陡槽槽身处小于1%,鼻坎上为0.74%1.16%。根据上述研究成果，本规范对溢流式厂房顶、泄槽和鼻坎上的脉动压力分别做出了规定。由于其性质均属紊流边界层压力脉动，故其下限一律可取。0.010。关于其上限，考虑到溢流式厂房顶流程短，边界层一般不发展到水面，掺气影响较小，故取0.015；对于泄槽，因其流程较长，边界层通常发展至表面，且通常要设置通气槽，在槽下游底板脉动压力成倍增大，故取0.025；对于鼻坎上的水流脉动压力，实测结果表明一般不大，但考虑到该部位一般有掺气影响，且有逆压梯度，边界层较不稳定，故取0.020o110（2）消力池中的水跃，水流由急流突变为缓流，其水流运动具有强烈的分离、扩散和掺混作用。因此，消力池底板上的水流压力脉动比较复杂，影响因素较多，如弗氏数、雷诺数、淹没度,以及沿水跃长度方面的变化等。本规范仅根据来流（收缩断面9.6水 锤 压 力9.6.1水电站压力管道中的水锤压力，目前常用的计算方法有解析法、特征线法和数值积分法。对于大型工程及复杂管路，多采用数值积分法，且可与调压室涌波进行联合计算。对于中小型工程及简单管路（包括可简化为简单管路的复杂管路）可按附录E所列公式计算，其计算结果经修正后也具有一定的精度和安全度。附录E所列的解析公式，是依据管道孔口出流、导叶开启（关闭）过程按直线规律变化导出的，适用于间接水锤压力计算。当用于反击式水轮机时误差较大，宜乘以一个大于1.0的修正系数。参 照 水电站机电设计手册（水力机械），修正系数K y与反击式水轮机的比转速有关，需通过试验确定；当无试验数据时，对混流式水轮机可取1.2,轮流式水轮机可取1,49.6.2在压力水道的布置和结构尺寸确定以后，计算压力水道内的水锤压力代表值应首先区分不同的设计状况和机组运行工况；设计状况应考虑持久状况和偶然状况。本条系参照D L/T5058-1996水电站调压室设计规范作出具体规定。常规水电站上、下游压力水道水锤压力代表值计算的控制工119况，分别为机组突然丢弃全部负荷或机组由部分负荷突增至满负荷。抽水蓄能电站上游压力水道的计算工况与常规水电站相同，但下游压力水道一般受水泵工况控制，其最小扬程系按下库相应设计状况下的高水位与土库最低蓄水位时的条件确定。9.6.3 本条给出的计算公式，是根据水锤压力和沿管线的各段管道长度与流速之乘积为线性关系的假定拟定的。按公式计算的况下各计算截面的水锤压力代表值。9.6.4 对于设置调压室的压力水道，一般情况下，当水锤压力达到最大值时，调压室水位还较低；而当调压室水位升高到最高时，水锤压力已经衰减。用特征线法可以计算出涌波与水锤压力各自的过渡过程及其压力叠加值。但采用解析法计算水锤压力和调压室涌波水位时，因无历时过程，通常只能根据调压室的型式考虑二者的相遇效应：对于简单调压室一般可不考虑二者叠加；对于阻抗式或差动式调压室，则可按涌波最高水位与最大水锤叠加考虑。采用气垫式调压室时，水锤压力与涌波水位的相互影响，必须通过联合计算确定。9.6.5 通过部分水电站的验算表明，采用解析法、数值积分法的计算结果与实测水锤压力值的差值一般在10%以内，故确定水锤压力的作用分项系数可按1.1采用。1201 0 地应力及围岩压力10.1 一 般 规 定1 0.1 .1 传统的地下结构设计，主要是根据围岩坍落所形成的荷载来选用支护结构，将支护结构与围岩截然分开考虑。实践证明，这种做法不够合理。如今人们己普遍认识到，围岩与其加固措施是不宜分开考虑的，如衬砌、喷混凝土等是从外部加固围岩，限制围岩的过大变形，而锚杆、灌浆等措施是从岩体内部加固围岩，以提高围岩强度及其完整性。因此，在地下工程设计中，应充分考虑发挥围岩的自稳能力和承投能力.为了使地下工程设计摆脱传统观念的束缚，本条强调了围岩自身的重要性。1 0.1.2 为了正确评价围岩作用，首先要根据工程所在区域岩体的初始地应力（天然应力）状态，研究洞室开挖后围岩应力重分布的大小及其特点，以及围岩的应力、变形及其与围岩强度之间的关系，从而确定围岩抗力的大小及其分布。因此，岩体初始地应力和围岩压力便是地下结构设计中涉及的主要围岩作用。根据国家标准 水利水电工程地质勘察规范，岩体按其结构特征可划分为整体块状结构、层状结构、碎裂结构及散体结构4种类型，其变形和破坏的机理如下：（1）整体块状结构的围岩，岩体具有较高的力学强度和抗变形能力。岩体很少有断层、国面及节理，所含裂隙水极少，在力学属性上可视为均质、各向同性的连续介质。围岩具有很好的自稳能力和承载能力，并常表现为弹性变形。变形的大小受岩体初始地应力的制约。（2）层状结构的岩体，是指完整性不同或软硬相间的层状岩体，并可分为厚层和薄层两类、岩体中的弱面以层理、片理为主，常夹有软弱夹层、层间错动面以及层状、脉状地下水。其力学性质表现为正交各向异性的连续介质，应力应变受岩层组合控121制。这类岩体中的围岩；除出现不稳定楔形体的崩落和滑移外,常表现为层面破裂、岩层弯曲、折断而向洞内滑移或塌落。对于这类岩体的围岩作用，厚层及巨厚层状结构可按块状结构处理，薄层状结构可按碎裂、散体结构类型处理。(3)碎裂结构的岩体，是指断层、稻曲、岩脉穿插挤压和风化破碎如次生泥化的岩体。由这类岩体组成的围岩，常表现为坍塌破坏形式，其特征和规模取决于岩体的破碎程度和含泥量的多少。这类围岩属性为松散介质，故可按松散介质极限平衡方法进行分析。(4)结构为鳞片状、碎屑状、颗粒状、碎块状，具有大量夹泥且块状呈棱面接触的岩体，通常称之为松软岩体，其力学属性常表现为弹塑性、塑性或流变性，岩体的整体强度遭到极大破坏而接近松散介质。这类围岩极易变形，并表现为塌方、滑动、塑性挤压变形等破坏形式，可采用松散介质极限平衡方法配合流变理论进行分析。综上所述，围岩岩体的结构特征及其物理力学特性不同，其破坏的形态也有所不同，围岩岩体的结构特征成为影响围岩作用的主要因素。因此，地下结构设计时应根据围岩岩体的结构类型分别确定其围岩作用。其中对于整体块状结构的围岩，当遇有不利裂隙切割时，应考虑局部不稳定块的滑移作用。对于岩体具有膨胀性、岩溶及受地下水侵蚀严重的洞室，国岩的变形和破坏机理有其特殊性，这类岩体的围岩作用应根据具体情况专门研究确定。1 0.1 .4岩体初始地应力及围岩压力具有很大的变异性，尽管目前国内外对此作了大量有效的研究工作，积累了很多宝贵的资料，但由于岩体结构的复杂性，远不足以采用概率方法统计确定其特征值。本章中对岩体初始地应力、围岩压力标准值的取值均具有一定经验性，或仅对其取值原则作出规定。对此两项作用的122作用分项系数采用L 0 ,是由于进一步作出较精确的取值存在实际困难取大于1.0的作用分项系数并无实际意义。10.2 岩体初始地应力（场）10.2.1 岩体的初始地应力状态，是目前地下工程设计和施工中应考虑的主要因素之-o 初始地应力（场）资料需要通过现场实测才能获得。但般工程往往受到各方面条件的限制，难以大规模地开展应力（场）实测工作，因此仅要求对重要的工程通过现场实测，根据实测资料分析确定其岩体初始地应力（场）。一般情况下，当工程所在地区或附近具备少量实测地应力资料时，可建立区域地应力场的有限元计算模型进行模拟计算，使各已知点的计算地应力与实测地应力达到最佳的拟合程度，其他未知点的地应力即可按模拟计算结果确定。某些情况下也可根据少数实测变形资料进行反演分析，以确定其初始地应力（场）。现场实测虽然是获得岩体初始地应力的主要手段，但实测数据 般离散性较大，因此应充分考虑地质构造、地形地貌、地表剥蚀作用、岩体力学性质等因素的影响，综合分析确定岩体初始地 应 力（场）。10.2.2 岩体初始地应力场以重力场为主的区域，通常具有岩层平缓、未经受较强烈地震影响、具有全风化或强风化带等标志。根据国内外地应力的实测成果，剔除其中受地形及新构造活动影响的数据后，经统计分析得出；岩体垂直地应力的大小近似等于洞室上覆岩体的重力、这一结论与弹性理论相吻合，但应注意在岩体的浅层，其离散性较大。10.2.3 由重力场和构造应力场叠加而成的岩体初始地应力场极为复杂，一般需通过现场实测确定，其中构造应力场是问题的关键。虽然定量分析儿乎还不可能，但通过了解工程地区的地质构造运动发展史以及对新老构造运动关系的分析研究，基本上可以确定初始地应力值的量级及空间分布规律。根据国内25个工程实测地应力统计资料表明，在重力场与构造应力场叠加的地应力场中，构造应力影响系数k最大值为3.3,123124了作用于支护结构或衬砌上的压力，设计时应予以计算。10.3.3 国内有关规范以往一直采用按松散介质理论估算围岩压力。由统计资料和工程实践表明，松散介质理论用于薄层及碎裂。散体结构的围岩是合适的。同时，考虑到规范的连续性，计算公式仍采用围岩压力系数的表达形式
