水工建筑物上的荷载及

第二章水工建筑物上的荷载及荷载效应组合第一节水工建筑物上的荷载及计算一、建筑物及永久设备自重

1．建筑物自重各种建筑物的自重标准值，等于体积与材料的重度的乘积，方向垂直向下。即：W=Vγc

（2-1）式中：W—建筑物自重（KN）V—建筑物的体积(m3）γc—建筑物的材料重度（KN/m3

）一般混凝土取23.5-24kN/m3

，钢筋混凝土取24.5-25kN/m3

，浆砌石取21.5~23kN/m3

2．永久设备自重水工建筑物上永久固定设备，如闸门、启闭机等，自重标准值采用设备标牌重量。自重的作用分项系数为：大体积混凝土、土石坝取1.0；对普通水工混凝土、金属结构（设备）取1.05，当自重对结构有利时取0.95。地下工程的混凝土衬砌取1.1，其对结构有利时取0.9。水工建筑物上的一般荷载二、水压力1．静水压力水静止状态下对结构表面的作用力称为静水压力。可按水力学原理进行计算。（1）作用在坝、闸等结构面上的水压力：

作用在坝闸渡槽等建筑物表面的水压力，可分解为水平PH和垂直PV两部分。

PH=

（2-2）

PV=（2-3）式中：——水的重度，一般取9.8（KN/m3）;H—计算点以上的水深，(m)；V—结构表面以上水的体积（m3）

静水压力分布图（2）管道及地下结构水压力计算作用在管道内壁上的静水压力称为内水压力；作用于衬砌外侧的水压力称外水压力。结构分析时，应根据具体情况计入。计算时,将其分均匀、非均匀内水压力。均匀内水压力，沿管内一周均匀分布，为管内壁顶点以上静水压力值非均匀内水压力的合力方向垂直向下，数值为单位管长水重。

（2-4）（2-5）式中：γw—水的重度（KN/m3）；ri—管道或隧洞的内半径（m）；θ—自管顶算起的圆心角（°）；h—管道内壁顶点至计算静水位的高度（m）。

环向（切向）轴向衬砌在均匀内水压力作用示意图作用在管道及隧洞衬砌外壁上的水压力，由于是由坝体渗水及地下水引起的，其值取决于坝体及围岩的渗透特性、水文地质条件及地基处理等情况。有压隧洞衬砌的外水压强标准值可为。（2-6）式中：pek—作用于衬砌上的外水压强标准值

（KN/m2）；

βe—外水压力折减系数，可按表2-1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的高差确定。同内水压力，外水压力也分解成均匀外水压力和非均匀外水压力。非均匀外水压力的合力垂直向上，大小等于单位洞长排开水体的重量。

级别地下水活动状态地下水对围岩稳定影响建议值1洞壁干燥或潮湿无影响0~0.22沿结构面有渗水或滴水风化结构面充填物，降低结构面抗剪强度，对软弱岩有软化作用0.1~0.43沿裂隙面有大量滴水或线状流水液化软弱结构面中充填物质，降低抗剪强度，对中硬岩体有软化作用0.25~0.64严重滴水沿软弱结构面有小量涌水冲刷充填物质，加速岩体风化，使其膨胀崩解，产生机械管涌。有渗透压力。0.4~0.85严重股状流水断层有大量涌水冲刷充填物质，分离岩体，能鼓开一定厚度的断层等软弱带，能导致围岩塌方0.65~1.0表2-1外水荷载折减系数值βe选用表2．动水水压力力水体在在流动动时，，对建建筑物物表面面产生生动水水压力力（1）闸坝反反弧段段上的的动水水压力力:泄水时时，溢溢流坝坝下游游反弧弧段的的动水水压力力，主主要是是离心心力作作用，，反弧弧底面面动水水压强强近似似取均均布，，其代代表值值、离离心力力合力力的水水平分分力和和垂直直分力力可由由下式式计算算。（2-9）（2-10）式中：：q—相应反反弧段段上的的单宽宽流量量(m3/s.m)；ρw—水的密密度；v——反弧段段最低低处的的断面面平均均流速速(m/s)；R—反弧半半径(m)；Φ1、Φ2—如图2-4所示，，分别别为反反弧段段圆心心竖线线左、、右的的中心心角，，取其其绝对对值。。作用在在反弧弧段上上的动动水压压力的的作用用分项项系数数为1.1。三、扬扬压力力建筑物物挡水水后，，由于于上下下游水水头差差的作作用，，水从从地基基的孔孔隙向向下渗渗透，，由渗渗透引引起的的水压压力称称渗透透压力力，由由下游游水深深而引引起的的水压压力称称浮托托力，，渗透透压力力和浮浮托力力之和和称为为扬压压力。。作用于于建筑筑物底底面上上的扬扬压力力值，，应按按垂直直作用用于计计算截截面积积上的的扬压压力分分布图图形求求和。。扬压力力分布布与上上下游游水位位、防防渗排排水措措施有有关。。1．重力力坝、、拱坝坝的扬扬压力力对岩基基上混混凝土土坝，，坝体体底面面扬压压力分分布：：（1）坝基无无防渗渗帷幕幕和排排水孔孔幕时时，作作用于于坝底底面上上游边边缘处处的扬扬压力力为H1，下游游边缘缘处为为H2，其间间用直直线连连接。。如图图2-5(f)所示。。扬压力力1、坝底底扬压压力形形成原原因：：①上下下游水水位差差；②②砼、、岩石石都是是透水水材料料。由于基基岩节节理裂裂隙很很不规规则，，难以以求出出坝底底扬压压力的的准确确分布布，故故通常常加定定扬压压力从从坝踵踵到坝坝趾成成直线线变化化。α为扬压压力折折减系系数与与岩体体的性性质和和构造造，帷帷幕深深度和和厚度度，灌灌浆的的质量量，排排水孔孔的直直径、、间距距、深深度等等有关关。规范规规定：：河床床坝段段α=0.2～0.3;岸坡坝坝段α=0.3～0.42、坝身身扬压压力坝身排排水管管折减减系数数α3=0.15～0.3（2）当坝坝基上上游设设防渗渗帷幕幕和排排水孔孔时，，上游游处的的扬压压力作作用水水头为为H1，排水水孔中中心线线处为为H2+α（H1-H2），下下游（（坝趾趾）处处为H2，其间间各段段以直直线连连接。。如图图2-4(a,b,c,d)所示。。（3）当坝坝基上上游有有防渗渗帷幕幕和排排水孔孔并设设下游游副排排水孔孔及抽抽排系系统时时，坝坝基面面上游游处的的扬压压力作作用水水头为为H1，主副副排水水孔中中心处处的扬扬压力力作用用水头头分别别为α1H1和α2H2，下游游处为为H2，其间间各段段依次次以直直线连连接。。如图图2-4(e)所示。。渗透压压力强强度系系数α，对宽宽缝重重力坝坝、大大头坝坝河床床段α取0.2，岸坡坡段为为0.3；对实实体重重力坝坝拱坝坝等,河床段段取0.25，岸坡坡段取取0.35;扬压力力强度度系数数α2取0.15-0.2；残余余扬压压力系系数α2与排水水强度度有关关，一一般情情况下下均取取0.5。坝体内内部渗渗透压压力和和浮托托力:不设排水管管时，其上上游处为H1‘，下游为H2‘，其间直线线连接。当当上游面设设坝体排水水管时排水水管中心线线处为α3H2’。坝体内部扬扬压力系数数α3，对实体重重力坝、拱拱坝取0.2，宽缝坝、、大头坝取取0.15~0.2。坝底面和坝坝体内扬压压力分项系系数系数：：①浮托力的作作用分项系系数均采用用1.0；②渗透压力的的作用分项项系数，对对实体重力力坝采用1.2；宽缝缝重力力坝、、大头头坝、、空腹腹重力力坝及及拱坝坝采用用1.1；③坝基下下游设设置抽抽排系系统时时，主主排水水孔之之前扬扬压力力的作作用分分项系系数采采用1.1，主排排水孔孔之后后残余余扬压压力的的作用用分项项系数数采用用1.2。2．水闸闸扬压压力水闸挡挡水时时，上上下游游水头头差使使水流流沿铺铺盖及及闸底底板底底面向向下游游渗透透，闸闸底板板底面面上作作用有有扬压压力。。（1）岩基闸闸底板板上的的扬压压力底面上上的扬扬压力力分布布图形形，可可按实实体重重力坝坝确定定。（2）软基上上水闸闸底板板扬压压力分分布同样包包括渗渗透压压力和和浮托托力两两部分分，根根据上上下游游水位位差，，地下下轮廓廓线的的布置置、地地基K等分析析确定定。一般情情况下下，渗渗透压压力可可采用用直线线比例例法、、改进进阻力力系数数法和和流网网法计计算，，（详详见第第七章章水闸闸）。。浮托托力按按下游游水位位至底底板底底面的的高度度计算算。（3）两岸岸墩墙墙扬压压力1）当墙墙后土土K小于地地基K值时，，可近近似地地采用用底板板上渗渗透压压力分分布图图形；；2）当墙墙后土土K大于地地基时时，应应按侧侧向渗渗流计计算确确定。。水闸扬扬压力力分项项系数数，浮浮托力力采用用1.0，渗透压压力采采用1.2。水闸扬扬压力力分布布示意意图四、土土压力力及淤淤沙压压力1．挡土土建筑筑物的的土压压力（1）静止止土压压力当墙后后填土土水平平，墙墙背铅铅直时时(图2-7a)，作用用在墙墙背的的静止止土压压力标标准值值可按按下式式计算算：(2-11)式中：Fok—静止土土压力力标准准值（（KN/m），作作用于于距墙墙底处处，水水平指指向向墙背背。γ—挡土墙墙后填填土的的重度度（KN/m3）；H—挡土墙墙高度度(m)；Ko—静止土土压力力系数数，当当墙后后为正正常固固结粘粘土时时Ko=1-sinφ’;φ‘——墙后填填土的的有效效内摩摩擦（（°）（2）主动动土压压力计计算挡土墙墙后土土压力力强度度在垂垂直方方向为为三角角形分分布（（墙后后填土土平齐齐、无无荷载载）。。作用于于单位位长度度挡土土墙背背上的的主动动土压压力标准值值可按按式（（2-11）计算算：(2-12)式中:Fak——主动土土压力力标准准值（（KN/m)作用