安格庄水库紫荆关引水枢纽维修加固工程施工图结构计算书.docx

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1、安格庄水库紫荆关引水枢纽维修加固工程水工专业本工程 共 册施工图 阶段结构部分第 册安格庄水库紫荆关引水枢纽维修加固工程计 算 说 明 书审 查： 校 核： 计 算： 编制单位： 设计二所 保定市水利水电勘测设计院 年 月 日目 录1.工程概况12.坝体稳定复核计算12.1.计算依据12.2.渗透稳定计算12.3.坝体稳定计算103.结构计算163.1.计算依据163.2.橡胶坝底板结构计算161. 工程概况安格庄水库紫荆关引水枢纽维修加固工程引水流量为25m/s，工程等别为等，规模为中型，主要建筑物级别为3级，次要建筑物级别为4级，临时性建筑物级别为5级；引水渠为4级，渠系建筑物为3级，相应

2、防洪标准设计为20年一遇，校核为50年一遇。本引水枢纽工程原设计洪水标准为4年一遇，安全泄量700m/s，校核洪水标准为10年一遇，达不到现行规范所要求防洪标准。本次设计只对引水枢纽进行清淤、防渗处理及坝面维修加固，不改变坝体高度及消力池设计，故坝体过流能力维持原设计不变，延长水文系列后坝体设计洪水标准和校核洪水标准仍为原设计标准。工程区地震基本烈度及抗震设防烈度为7度，设计地震分组为第二组。2. 坝体稳定复核计算2.1. 计算依据水闸设计规范（SL265-2001）；水工建筑物抗震设计规范（SL203-97）；水工建筑物荷载设计规范（DL 5007-1997）；建筑地基基础设计规范（GB50

3、007-2002）；橡胶坝技术规范（SL227-98）。2.2. 渗透稳定计算渗流计算分三种工况分别计算，计算工况为：.设计洪水：坝前水位526.30，坝后水位524.55；.校核洪水：坝前水位528.13，坝后水位526.20；.正常挡水：坝前水位526.10，坝后水位521.30。1、渗径长度根据坝址地质资料，底板位于砂卵石地基上，渗径系数取4。最小地下轮廓线总长度为：公式：式中 坝基防渗长度；允许渗径系数；上下游水位差。详细计算过程见计算附表。2、抗渗稳定复核采用水闸设计规范（SL265-2001）附录C中的改进阻力系数法进行计算，渗点从上游铺盖边缘起算，下游溢出点取坝趾边缘排水孔处。（

4、1）地基有效深度的确定由于=24.823m，=2.0m，,地基有效深度计算采用公式计算。式中地基有效深度（m）； 地下轮廓的水平投影长度（m）；地下轮廓线的垂直投影长度（m）。，根据地质勘察资料坝基相对不透水层深度为4.5m，因Te大于4.5m，故取地基计算深度Tc=4.5m。（2）阻力系数计算按等势线的位置，将坝底轮廓分成几个流段，具体划分详见下图。图5-1 阻力系数计算简图每一流段的阻力系数：进、出口段：式中进、出口段的阻力系数； S板桩或齿墙的入土深度（m）； T地基透水层深度（m）。内部垂直段:式中内部垂直段的阻力系数。水平段式中水平段的阻力系数；水平段长度（m）;,进出口段齿墙的入土

5、深度（m）。总阻力系数：。（3）各分段渗压水头损失值计算在渗流出口处9点渗压水头H9=0,自9点开始依次向上游逐加区段水头损失可得地下轮廓各点渗压水头值，各点渗压水头损失值按下式计算:式中各分段水头损失值（m）；各分段的阻力系数；n总分段数；上下游水位差；计算结果见计算表。（4）进、出口水头损失修正及渗压水头进、出口段修正后的水头损失值按下列公式计算：式中进出口段修正后的水头损失（m）；进出口段水头损失值（m）；阻力修正系数，当计算1.0时，采用=1.0；底板埋深与板桩入土深度之和（m）取为1.0；板桩另一侧地基透水层深度（m）；板桩下游侧的地基透水层深度（m）；（5）坝基水平段渗透坡降和渗流

6、出口处坡降出口处的逸出坡降：J出= /底板下水平段渗透坡降：（6）计算过程及结果计算过程及结果见表4-14-3。表2-1 设计洪水工况下坝体渗流计算地基计算深度坝前水位（m）坝后水位（m）水头差H（）轮廓水平投影长L0（m）轮廓垂直投影长S0（m）L0/S0最高防渗点高程（m）地下不透水层高程（m）实际渗流区深度（m）有效深度Te（m）计算深度Tc（m）526.30 524.55 1.75 25.91 2.00 12.96 =5521.70 517.20 4.50 12.96 4.50 渗流计算渗流计算表合计已知参数位置1223344556677889S（m）1.40 1.00 1.60 1.

7、50 1.00 1.10 S1（m）1.00 1.50 S2（m）1.60 1.00 T（m）4.10 4.10 4.10 4.10 4.00 4.00 4.00 4.00 L（m）12.50 13.41 阻力系数0.74 0.25 2.60 0.42 0.40 2.92 0.26 0.66 8.24 原值水头损失hi（m）0.16 0.05 0.55 0.09 0.08 0.62 0.05 0.14 1.75 渗透压力Hi（m）1.75 1.59 1.54 0.99 0.90 0.81 0.19 0.14 0.00 修正值水头损失hi（m）0.15 0.05 0.56 0.09 0.08 0

8、.62 0.05 0.14 1.75 渗透压力Hi（m）1.75 1.60 1.54 0.99 0.90 0.81 0.19 0.14 0.00 渗点编号1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 8.00 9.00 修正进口水头损失修正T（）T（）S（）h0(m)h0(m)h（m）h1(m)h1(m)4.50 4.10 1.40 0.98 0.15 0.16 0.00 小于0.55 0.56 出口水头损失修正T（）T（）S（）h9(m)h9(m)h（m）h6(m)h6(m)4.10 4.00 1.10 0.98 0.14 0.14 0.00 小于0.62 0.62

9、渗流校核坝前水位（m）坝后水位（m）水头差H（）渗径系数计算渗径长度（m）设计渗径长度（m）出口坡降水平坡降ht(m)S（）J10J10L(m)h(m)JxJx526.30 524.55 1.75 4.00 7.00 30.00 0.14 1.00 0.14 0.50.5525.91 1.18 0.05 0.220.28表2-2 校核洪水工况下坝体渗流计算地基计算深度坝前水位（m）坝后水位（m）水头差H（）轮廓水平投影长L0（m）轮廓垂直投影长S0（m）L0/S0最高防渗点高程（m）地下不透水层高程（m）实际渗流区深度（m）有效深度Te（m）计算深度Tc（m）528.13 526.20 1.9

10、3 25.91 2.00 12.96 =5521.70 517.20 4.50 12.96 4.50 渗流计算渗流计算表合计已知参数位置1223344556677889S（m）1.40 1.00 1.60 1.50 1.00 1.10 S1（m）1.00 1.50 S2（m）1.60 1.00 T（m）4.10 4.10 4.10 4.10 4.00 4.00 4.00 4.00 L（m）12.50 13.41 阻力系数0.74 0.25 2.60 0.42 0.40 2.92 0.26 0.66 8.24 原值水头损失hi（m）0.17 0.06 0.61 0.10 0.09 0.68 0.

11、06 0.15 1.93 渗透压力Hi（m）1.93 1.76 1.70 1.09 0.99 0.90 0.21 0.15 0.00 修正值水头损失hi（m）0.17 0.06 0.61 0.10 0.09 0.69 0.06 0.15 1.93 渗透压力Hi（m）1.93 1.76 1.70 1.09 0.99 0.90 0.21 0.15 0.00 渗点编号1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 8.00 9.00 修正进口水头损失修正T（）T（）S（）h0(m)h0(m)h（m）h1(m)h1(m)4.50 4.10 1.40 0.98 0.17 0.17

12、0.00 小于0.61 0.61 出口水头损失修正T（）T（）S（）h9(m)h9(m)h（m）h6(m)h6(m)4.10 4.00 1.10 0.98 0.15 0.15 0.00 小于0.68 0.69 渗流校核坝前水位（m）坝后水位（m）水头差H（）渗径系数计算渗径长度（m）设计渗径长度（m）出口坡降水平坡降ht(m)S（）J10J10L(m)h(m)JxJx528.13 526.20 1.93 4.00 7.72 30.00 0.15 1.00 0.15 0.50.5525.91 1.30 0.05 0.220.28表2-3 正常挡水工况下坝体渗流计算地基计算深度坝前水位（m）坝后水

13、位（m）水头差H（）轮廓水平投影长L0（m）轮廓垂直投影长S0（m）L0/S0最高防渗点高程（m）地下不透水层高程（m）实际渗流区深度（m）有效深度Te（m）计算深度Tc（m）526.10 521.30 4.80 25.91 2.00 12.96 =5521.70 517.20 4.50 12.96 4.50 渗流计算渗流计算表合计已知参数位置1223344556677889S（m）1.40 1.00 1.60 1.50 1.00 1.10 S1（m）1.00 1.50 S2（m）1.60 1.00 T（m）4.10 4.10 4.10 4.10 4.00 4.00 4.00 4.00 L（m

14、）12.50 13.41 阻力系数0.74 0.25 2.60 0.42 0.40 2.92 0.26 0.66 8.24 原值水头损失hi（m）0.43 0.15 1.52 0.24 0.23 1.70 0.15 0.38 4.80 渗透压力Hi（m）4.80 4.37 4.22 2.71 2.46 2.23 0.53 0.38 0.00 修正值水头损失hi（m）0.42 0.15 1.52 0.24 0.23 1.70 0.15 0.38 4.80 渗透压力Hi（m）4.80 4.38 4.23 2.71 2.46 2.23 0.53 0.38 0.00 渗点编号1.00 2.00 3.0

15、0 4.00 5.00 6.00 7.00 8.00 9.00 修正进口水头损失修正T（）T（）S（）h0(m)h0(m)h（m）h1(m)h1(m)4.50 4.10 1.40 0.98 0.42 0.43 0.01 小于1.52 1.52 出口水头损失修正T（）T（）S（）h9(m)h9(m)h（m）h6(m)h6(m)4.10 4.00 1.10 0.98 0.38 0.38 0.01 小于1.70 1.70 渗流校核坝前水位（m）坝后水位（m）水头差H（）渗径系数计算渗径长度（m）设计渗径长度（m）出口坡降水平坡降ht(m)S（）J10J10L(m)h(m)JxJx526.10 521

16、.30 4.80 4.00 19.20 30.00 0.38 1.00 0.38 0.50.5525.91 3.23 0.12 0.220.282.3. 坝体稳定计算对坝体在正常挡水位、设计洪水位、校核洪水位及地震+正常挡水位三种工况条件下进行整体稳定分析。基本组合：正常挡水，坝前水位526.10，坝后水位521.30；基本组合：设计洪水，坝前水位526.30，坝后水位524.55；特殊组合：校核洪水，坝前水位528.13，坝后水位526.20；特殊组合：地震+正常挡水；（1）基底应力计算基底应力按下式计算：式中：坝体基础底面应力的最大值或最小值（kPa）；Mx、My作用于建筑物基础底面以上的

17、全部水平向和竖向荷载对于基础底面形心轴x、y的力矩（kNm）；Wx、Wy基础底面对于该底面形心轴x、y的截面矩（m3）；A基础底面面积（m2）。基础底面应力不均匀系数按下式计算：式中：地基应力不均匀系数。（2）沿基底面的抗滑稳定计算计算公式如下：式中：Kc抗滑稳定安全系数；G作用于坝体基础底面上的全部竖向荷载，kN；H作用于坝体基础底面上的全部水平方向荷载，kN；f底板与地基土之间的摩擦系数，依据地质资料取0.45。（3）抗浮稳定计算坝体抗浮稳定计算根据水闸设计规范抗浮稳定系数（7.3.16）式计算。式中：坝体抗浮稳定安全系数；作用在坝体上全部向下的铅直力之和（kN）；作用在坝体基底面上的扬压

18、力（kN）。（4）计算过程及结果各工况下坝体稳定计算见表2-42-7。表2-4 正常挡水工况下坝体稳定计算荷载计算项目符号竖向力（KN）水平力（KN）力臂（m)力矩（KN.M)（)（)（）（）结构自重混凝土坝体G1290.82 0.00 0.00 0.00 1.07 311.17 0.00 砂卵石坝芯G2639.88 0.00 0.00 0.00 0.17 0.00 108.78 橡胶坝G341.62 0.00 0.00 0.00 1.88 78.25 0.00 上游水重G上45.00 0.00 0.00 0.00 4.82 216.90 0.00 下游水重G下0.00 0.00 0.00 0

19、.00 0.00 0.00 0.00 上游水压力P10.00 0.00 105.80 0.00 2.97 0.00 314.23 上游水压力P20.00 0.00 22.82 0.00 1.34 0.00 30.58 上游水压力P30.00 0.00 44.39 0.00 0.48 0.00 21.30 下游水压力P40.00 0.00 0.00 6.05 0.50 3.03 0.00 泥沙压力P50.00 0.00 9.28 0.00 扬压力浮托力Wf0.00 214.56 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 渗透力Ws0.00 185.06 0.00 0.00 1.40 0.

20、00 259.08 合计1017.32 399.62 182.29 6.05 14.63 609.34 733.97 617.70 176.24 -124.63 计算结果P(KN)fKcB(m)h（m）M(KNm)e(m)max(Kpa)min(Kpa)176.24 0.45 1.58 12.32 1.00 -124.63 -0.20 45.21 55.06 0.82 G(KN)允许值1.25 300.00 300.00 2.00 617.70 判别YESYESYESYES0CC0tan0Kc抗浮Kf23.00 20.70 13.90 3.48 0.38 1.57 2.55 表2-5 设计洪水

21、工况下坝体稳定计算荷载计算项目符号竖向力（KN）水平力（KN）力臂（m)力矩（KN.M)（)（)（）（）结构自重混凝土坝体G1290.82 0.00 0.00 0.00 1.07 311.17 0.00 砂卵石坝芯G2639.88 0.00 0.00 0.00 0.17 0.00 108.78 橡胶坝G341.62 0.00 0.00 0.00 1.88 78.25 0.00 上游水重G上273.70 0.00 0.00 0.00 0.68 186.12 0.00 下游水重G下0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 上游水压力P10.00 0.00 130.05

22、0.00 3.40 0.00 442.17 上游水压力P20.00 0.00 11.41 0.00 1.32 0.00 15.06 上游水压力P30.00 0.00 24.35 0.00 0.47 0.00 11.44 下游水压力P40.00 0.00 0.00 127.51 1.68 214.22 0.00 扬压力浮托力Wf0.00 677.21 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 渗透力Ws0.00 61.00 0.00 0.00 1.39 0.00 84.79 合计1246.02 738.21 165.81 127.51 12.06 789.75 662.25 507.81

23、 38.30 127.51 计算结果P(KN)fKcB(m)h（m）M(KNm)e(m)max(Kpa)min(Kpa)38.30 0.45 5.97 12.32 1.00 127.51 0.25 46.26 36.18 1.28 G(KN)允许值1.10 300.00 300.00 300.00 507.81 判别YESYESYESYES0CC0tan0Kc抗浮Kf23.00 20.70 13.90 3.48 0.38 6.13 1.69 表2-6 校核洪水工况下坝体稳定计算荷载计算项目符号竖向力（KN）水平力（KN）力臂（m)力矩（KN.M)（)（)（）（）结构自重混凝土坝体G1290.8

24、2 0.00 0.00 0.00 1.07 311.17 0.00 砂卵石坝芯G2639.88 0.00 0.00 0.00 0.17 0.00 108.78 橡胶坝G341.62 0.00 0.00 0.00 1.88 78.25 0.00 上游水重G上500.00 0.00 0.00 0.00 0.68 340.00 0.00 下游水重G下0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 上游水压力P10.00 0.00 240.12 0.00 3.40 0.00 816.41 上游水压力P20.00 0.00 12.11 0.00 1.32 0.00 15.99 上游

25、水压力P30.00 0.00 25.30 0.00 0.47 0.00 11.89 下游水压力P40.00 0.00 0.00 224.45 1.68 377.08 0.00 扬压力浮托力Wf0.00 858.24 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 渗透力Ws0.00 74.43 0.00 0.00 1.41 0.00 104.94 合计1472.32 932.67 277.53 224.45 12.08 1106.49 1058.00 539.65 53.08 48.49 计算结果P(KN)fKcB(m)h（m）M(KNm)e(m)max(Kpa)min(Kpa)53.08

26、0.45 4.58 12.32 1.00 48.49 0.09 45.72 41.89 1.09 G(KN)允许值1.10 300.00 300.00 300.00 539.65 判别YESYESYESYES0CC0tan0Kc抗浮Kf23.00 20.70 13.90 3.48 0.38 4.65 1.58 表2-7 正常挡水+地震工况下坝体稳定计算荷载计算项目符号竖向力（KN）水平力（KN）力臂（m)力矩（KN.M)（)（)（）（）结构自重混凝土坝体G1290.82 0.00 0.00 0.00 1.07 311.17 0.00 砂卵石坝芯G2639.88 0.00 0.00 0.00 0

27、.17 0.00 108.78 橡胶坝G341.62 0.00 0.00 0.00 1.88 78.25 0.00 上游水重G上45.00 0.00 0.00 0.00 4.82 216.90 0.00 下游水重G下0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 上游水压力P10.00 0.00 105.80 0.00 2.97 0.00 314.23 上游水压力P20.00 0.00 22.82 0.00 1.34 0.00 30.58 上游水压力P30.00 0.00 44.39 0.00 0.48 0.00 21.30 下游水压力P40.00 0.00 0.00 6

28、.05 0.50 3.03 0.00 泥沙压力P50.00 0.00 9.28 0.00 扬压力浮托力Wf0.00 214.56 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 渗透力Ws0.00 185.06 0.00 0.00 1.40 0.00 259.08 地震荷载D0.00 0.00 27.30 0.00 0.00 0.00 63.03 合计1017.32 399.62 209.59 6.05 14.63 609.34 797.00 617.70 203.54 -187.65 187.65 稳定计算P(KN)fKcB(m)h（m）M(KNm)e(m)max(Kpa)min(Kpa)

29、203.54 0.45 1.37 12.32 1.00 -187.65 -0.30 42.72 57.56 0.74 G(KN)允许值1.05 130.00 130.00 2.50 617.70 判别YESYESYESYES0CC0tan0Kc抗浮Kf23.00 20.70 13.90 3.48 0.38 1.36 2.55 3. 结构计算3.1. 计算依据水闸设计规范（SL265-2001）；水工建筑物抗震设计规范（SL203-97）；水工混凝土结构设计规范（SL191-2008）；水工建筑物荷载设计规范（DL 5007-1997）；橡胶坝技术规范（SL227-98）。3.2. 橡胶坝底板结

30、构计算由于本工程是在原有浆砌石壳坝基础上维修加固，橡胶坝底板坐落在原浆砌石壳坝之上，底板结构计算取顺水流方向1m宽板带进行计算，底板上游底部有前趾墙，下游底部有后趾墙及原浆砌石坝顶，底板内力计算模型简化为简支梁，计算简图及内力图如下：图3-1 橡胶坝底板计算简图（kN/m）图3-2 橡胶坝底板弯矩图（kN*m）橡胶坝底板最不利工况为正常挡水工况，该工况下底板所受荷载主要有底板自重、橡胶坝坝袋及水重，水压力等。根据水工混凝土结构设计规范（SL191-2008）的规定，对底板进行强度设计计算和正截面裂缝宽度验算，最大裂缝宽度允许值为0.25mm。配筋计算时取截面宽度1.0m，截面高度0.6m，选用

31、C25混凝土，钢筋选用级热轧钢筋，采用双层配筋，底侧最大弯矩设计值为251kN*m，顶部按构造配筋，选配12200钢筋，面积565mm2。通过计算底板底侧所需钢筋面积为1607mm2，配筋为20150，实配面积2094mm2，裂缝宽度计算为0.245mm，满足规范要求。（1）配筋计算计算公式：计算参数：结构安全级别及荷载组合=级-基本组合安全系数K=1.2弯矩计算值M=251.00KN.m构件宽度b=1000mm构件高度h=600mm保护层a值=55mm混凝土等级=C25混凝土设计强度=11.9N/m钢筋级别=3钢筋强度=360N/m最小配筋率=0.0020受压区高度界限值=0.440计算结果:计算配筋面积=1607m配筋率=0.0029受压区高度计算值=0.09（2）裂宽计算计算公式：计算参数：弯矩标准值Mk=200.00KN.m截面宽度b=1000mm截面高度h=600mm全部受拉钢筋面积As=2094m受拉钢筋级别=3受拉钢筋弹性模量=200000N/m受拉钢筋直径=20mm受拉钢筋净保护层=40mm计算结果：计算最大裂缝宽度Wmax=0.245mm构件受力特征系数1=2.10钢筋表面形状系数2=1.0荷载长期作用影响系数3=1.0