２０１２年第４期 （第４Ｏ卷） 黑龙江水利科技 ＮＯ．４．２０１２ Ｈｅｉｌｏｎｇｊｉａｎｇ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ Ｗａｔｅｒ Ｃｏｎｓｅｒｖａｎｃｙ （Ｔｏｄａｌ Ｎｏ．４０） 文章编号：１００７—７５９６（２０１２）０４—０１４３—０３ 阿城区河东灌区一号跌水消力池结构设计 张弘帅，张帝，关丽梅 （哈尔滨市阿城区水务局，哈尔滨１５０３００） 摘要：阐述了阿城区河东灌区一号跌水消力池结构设计方法，按融土和冻土两种设计形式进行力学计算，比较、分 析侧墙和底板的配筋情况。 关键词：灌区工程；跌水；消力池；结构设计；按融土计算；按冻土荷载计算 中图分类号：ＴＶ６５３ 文献标识码：Ｂ １ 型式选择 消力池边墙高３．５～４．３ ｉｎ，槽宽４．０～５．０ ｉｎ，为了节省 工程量和增加结构的抗冻能力，采用钢筋混凝土ｕ型槽结 构，Ｕ型槽底板厚０．５ ｍ。 图１边墙结构计算图 ２．１．１土压力计算 按朗肯土压力计算：Ｐ＝ （４５。一￣ｏ／２）／２ Ｐ口＝１．８０×１．９８ ｔｇ （４５。一３０。／２）／２＝１．１８ｔ Ｐ＾＝１．８０×３．９６ ｔｇ （４５。一３０。／２）／２＝４．７０ｔ ２ Ｕ型槽边墙结构计算（取墙危险断面） ２．１．２结构计算 ２．１按融土进行计算 墙后回填土与墙顶齐平，土壤容重ｒ＝１．８０ ｔ／ｍ ，土壤内 摩擦角３０。（考虑黏聚力）。 ３Ｏ 截面Ｂ—Ｂ：ＭＢ＝ＰＢＨ／３＝１．１８×１．９８／３＝０．７８ｔｍ 截面Ａ—Ａ： ２．１．３配筋计算 截面Ａ—Ａ： 。 ＝ ＝ＰＡＨ／３＝４．７０×３．９６／３＝６．２０ｔｍ ＝６．２０ｔｍ ｈ ０＝５０—３＝４７ｃｍ －０．０２ｌ８ ＝１一 ＝１一 ＝ ：００２２０ ．Ｂ Ｂ Ｘ＝ａＲ ／Ｒｇ＝０．００１９＞ＩＩＸ…＝０．１５％，按构造配筋 Ａｇ＝ …ｂｈ０＝０．１９％×１００×４７＝８．９３ｃｍ ２．２按冻土荷载计算 ２．２．１单位挡土墙最大水平冻胀力 Ａ 由冻胀率１０％及冻胀量１４．２ ｃｍ，按《挡土墙抗冻胀（参 考）定型设计》表２判定属于Ⅳ类冻胀土，应取１５０ ｋＰａ （１．５ ｋｇ，／ｃｍ ）为单位挡土墙最大水平冻胀力，其分布图形见 图２（ａ）。 ［收稿日期］２０１２—０６—２５ ［作者简介］张弘帅（１９７８一），男，黑龙江哈尔滨人，工程师；张帝（１９８４一），男，黑龙江哈尔滨人，助理工程师；关丽梅 （１９７７一），女，黑龙江哈尔滨人，助理工程师。 －－－——１４３・－－—— ／－．Ｕｌｚ，平昂ｑ－期 暴此 小４＂Ｙ付饭 ｏ．斗．二Ｕｌ （第４０卷） Ｈｅｉｌｏｎｇｊｉａｎｇ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ Ｗａｔｅｒ Ｃｏｎｓｅｒｖａｎｃｙ （Ｔｏｄａｌ Ｎｏ．４０） ２．２．２修正单位挡土墙最大水平冻胀力 表１ 单位墙体设计水平冻胀力计算表 用单位最大水平冻胀力乘以修正压强分布系数，即为修 正单位挡土墙最大水平冻胀力。其分布图形见图２（ｂ）。 ｏｒ＾＝ｏｒ ×ｃ＝１５０×０．７＝＝１０５ ｋＰａ （１） ２．２．３单位挡土墙设计水平冻胀力 将修正单位挡土墙最大水平冻胀力乘以冻胀力系数，即 为墙体有变形时的挡土墙设计水平冻胀力。根据冻胀力系 数与变形遥关系，式ｆ＝１一ｓ“ 计算结果见表１。 ～ 暑．。 ｑｓ蛊．。 一ｑｓ ．。一。ｎ ～ 、 Ｂ ６．１１ １ ０．５ ＾ １ ５ ７．７２ １０．５ １５ Ａ ３ ３ 设计（ｃ） 修正（ｂ） 单位最大水平力（ａ） 图２挡土墙体水平冻胀力分布图 ２．２．４结构计算 １）Ａ—Ａ截面：Ｍ＾＝３４．１８ｔｍ ｈ ０＝５０—３＝４７ｃｍ １）Ａ—Ａ截面 Ａ。＝ＫＭ／ 。 Ｒ ： ．＿ ＝。．。９。２ Ｍａ＝１／２×６．１１×１．４８５×（１．４８５／３＋１．４８５＋０．９９）＋ ６．１１×１．４８５×（１．４８５／２＋０．９９）＋１／２×（７．７２—６．１１）ｘ ｄ＝１一 ＝ 一 骊＝０・ ＝ Ｒ ／Ｒ ：０．０９４７×１８０／２１００＝０．００８１ １．４８５×（１．４８５／３＋０．９９）＋６．１１×０．９９×０．９９／２＋１／２（７．７２ Ａｇ＝ｔｘｂｈ０＝０．００８１×１００×４７＝３８．０７ｃｍ —６．１１ １×０．９９×２／３×０．９９＝３４．１８ｔｍ ２）Ｂ—Ｂ截面： ２）ｃ—Ｃ截面：Ｍｃ＝１６．３１ｔｍ ｈ ０＝４５—３＝４２ｃｍ ＭＢ＝Ｉ／２×６．１１×１．４８５×１．４８５／３＝２．２４ｔｍ Ａ。：ＫＭ／ｂｈ。。尺 ＝ ＝０．０ｓｓ９ ３）ｃ—Ｃ截面： ＝１一 １—２Ａ０＝１一，／１—２×０．０５３９＝０．０５５４ Ｍｃ＝１／２ ｘ６．１１×１．４８５×（１．４８５／３＋１．４８５）＋６．１１×１．４８５ ＝ Ｒ ／Ｒ ：０．０５５４×１８０／２１００＝０．００４７ ×１．４８５／２＋１／２×（７．７２一＆１１）×１．４８５×１．８４５／３＝１６．３１ｔｍ Ａｇ＝Ｉｘｂｈ０＝０．００４７×１００×４２＝１９．７４ｃｍ ２．２．５配筋计算 ３）Ｂ—Ｂ截面：ＭＢ＝２．２４ｔｍ ｈ ０＝３８—３＝３５ｃｍ 混凝土标号２５０ ，采用Ｉ级钢筋，Ｒ ＝２１００ｋｇ／ｃＩｎ ，Ｒ ＝１８０ｋｇ／ｃｍ ，安全系数Ｋ＝１．０５。 Ａ。＝ＫＭ／ｂｈ。。 ＝ －＿ ＝０．０・ｏ６ ．．．——１４４・－－—— 张弘帅，等：阿城区河东灌区一号跌水消力池结构设计 ＝第４期 １一 广 ＝１一￣／—１－２ ｘ０—．０１０６＝０．０１０６ ｉ ： ∑Ｇ＝Ｇｌ＋２Ｇ２＋Ｇ３一Ｐ １ １９６・５４ｔ ＝Ｒ ／Ｒｇ＝０．０１０６×１８０／２１００＝０．０００９＜ ∑Ｍ＝（０．８—０．３６）×８×０．５ Ｘ ４．５ Ｘ（Ｙ 一ｈ／３） ＝０．４４ Ｘ ８ Ｘ０．５ Ｘ４．５×（４．０—２．６２） ＝１０．５３ｔｍ Ａ＝８×４．５＝３６ｍ ０．１５％，按构造配筋。 Ａｇ＝ｔｘｂｈ０＝０．１５％Ｘ １００×３５＝５．２５ｃｍ 在冻土和融土分别作用下产生的弯矩，选其大值进行配 筋，最后边墙按Ａ—Ａ截面配筋。 Ａ—Ａ截面：Ａ ＝３８．０７ｃｎｌ ｑ 选 ２＠１０（Ａｇ＝ ＝ ＝ 丝 ｔ／ｍ］＝５５０ ．５４２．。ｍ３８．０１ｅｍ ） ３ 消力池Ｕ型槽水平段结构计算 经计算：Ａ－－Ａ截面：Ａ ＝２６．３２ｃ１／１。选 ０＠ｌＯ（ｉｆｇ 步骤同上）。 ４ Ｕ型槽底板计算 因属于小型单孔，选用倒置梁法进行结构计算，作用在 梁上的均布荷载： ｑ＝ｇ反 ｑ扬一ｇ自一ｇ水 （１） 式中：ｑ反、ｑ扬为地基反力、扬压力；ｑ自、ｑ水为底板重、底板上 的水重。 ｑ ｍｍ ｉｎ ’＝ — （２） 式中：ｇ 为底板基底压力的最大值与最小值；∑Ｇ为作用在 底板上的全部竖向荷载之和，包括作用在底板上的扬压力；Ａ 底板底面的面积；∑Ｍ为作用于底板上的全部荷载对于底板 底面垂直水流方向的形心轴的力矩之和； 为底板底面对该 底面垂直水流方向形心轴的截面矩。 形心位置： ＝１／２ｈ＝１／２ Ｘ８＝４ｍ ：ｂｈ。／１２＝４．５×８３／８＝２８８ｍ。 底板自重：Ｇ１＝６１．８８ｔ 边墙自重：Ｇ ２＝５５．６５ｔ 底板上水重：Ｇ ３＝３．５ Ｘ８ ｘ１．５８×１＝４４．２４ｔ 扬压力ｐ：渗透压力ｐ ｌ＝（Ｏ．３６＋０．８）×８ ｘＯ．５ ｘ４．５ ＝２Ｏ．８８ｔ 浮托力不计 ｇ＝ｇ反＋ｇ扬一ｇ自一ｇ水 ＝５．５Ｏ＋Ｏ．８一Ｏ．５ ｘ２．５—１．５８ Ｘ１＝３．４７ｔ／ｍ 单跨底板考虑边墙对底板约束为弹性固结，故跨中负弯 矩近似按下式计算： Ｍ ：１／１０ ｑｌ ＝１／１０ Ｘ３．４７ Ｘ４．５ ＝７．０３ｔｍ 配筋计算：混凝土标号２５０ ，采用Ｉ级钢筋，Ｒｓ＝ ２１００ｋｇ／ｃｍ ，Ｒ ＝１８０ｋｇ／ｃｍ ，安全系数Ｋ＝１．４。 面层：Ｍ＝７．０３ｔｍ ｈ ０＝５０—３＝４７ｃｍ Ａ。＝ＫＭ／ｂｈｏ２Ｒ ＝ ：０．０２４８ ：１一Ｖ１—２Ａｏ＝１一 ｌ一２×０．０２４８＝０．０２５１ ＝ａＲ ／Ｒ ：０．０２５１×１８０／２１００＝０．００２２＞ ｉ ＝０．１５％， Ａｇ＝ …ｂｈ０＝０．００２２ Ｘ １００ ｘ４７＝１０．３４ｃｍ 选用ｑ￣１４＠１５（Ａｇ＝１０．２６ｃｍ ） 底层：底板底层配筋与边墙外侧配筋相同，选用 ２ ＠１０ｏ 参考文献： ［１］河北水利专科学校，黑龙江水利专科学校．水工建筑物［Ｍ］．北 京：水利电力出版社，１９９３． ［２］华东水利学院，大连工学院，陕西机械学校，清华大学．水工钢筋 混凝土结构学［Ｍ］．北京：水利电力出版社，１９８７ ［３］张世儒，夏维城・灌区水工建筑物丛书：水闸（第二版）・ Ｅ京：水 利电力出版社， 。 ［４］那文杰，挡土墙抗冻胀（参考）定型设计［Ｒ］．黑龙江：黑龙江省 水利科学研究所，１９８９． ・－・——１４５．－－——