围堰计算

一、基本尺寸拟定 1. 竖 向:

抽水水位：▽＋5.0 设防水位：▽＋7.0 河床标高▽-5.74 综合拟定:底节围堰顶标高: ▽+5.0 承台底标高: ▽-5.0 假定封底砼的厚度为2.2m,则: 围堰底标高: ▽-7.0

围堰底节总高度为:12.0+3.0=15m

围堰顶节根据实际渡洪水位进行单壁接高。 2.水平向:

根据承台尺寸，拟定围堰尺寸内径：41m×19m 3.截面选择：

采用双壁围堰，壁厚1.6m 侧板：δ=6mm

竖肋：∠63×63×6﹫250mm

水平环：承台以下∠160×100×10，承台以上∠300×250×14 斜撑：承台以下∠75×75×8，承台以上∠100×100×10 隔舱板：宽1588mm 厚10mm

材质为Q235a 各强度指标：〔σ〕＝180MPa，〔τ〕＝110MPa 工地手工焊缝：允许〔σs〕＝120MPa，〔τ〕＝70MPa 二、围堰计算

1. 围堰灌水下沉着床（工况如下图）

围堰截面面积：A＝ab-a′b′＝44.2m×22.2－41.0×19.0＝202.24m2 围堰自重估计：G＝800t

在施工水位时，下沉着床，围堰入水深度h′＝10.34m，则： F浮＝γ

F浮>G 故需灌水或混凝土，设灌水高度为h1，则：

水

外径：44.2m×22.2m

·V1=γ

水

·A·h′＝1.0×219.84×10.34=2273.15t

h1＝（F浮－G）/(γ水·A)= (2273.15-1346.52)/(1×219.84)＝4.22m 按4.5m灌水，则钢壳内外水头差： h0＝h′－h1＝10.34－4.5＝5.84m

P0＝γ水·h0＝5.84t/㎡，按6.0米控制。 +8.0（1）壁板

壁板承受水压（1m板高） M0＝

11

·P0·a12＝ ×6.0×0.252＝0.0234t·m 1616

+8.0+2.166㎜壁板几何特性（1m板高）：

q=5.84t/m2q=5.84t/m2 I＝

11

bh3＝ ×1×0.0063＝1.8×10－8 m4 1212

112

W＝ bh＝ ×1×0.0062＝6×10－6 m3

66

-2.34 σ＝M0/W＝

0.0234

＝3906t/㎡＝39.1MPa<〔σ〕＝170MPa

6×10－6

5ql45×6.0×0.254

f= = ＝0.001m＝1㎜

384EI384×2.1×107×1.8×10-8

（2）竖肋

竖肋以水平桁架为支点，竖肋在水平环处为铰接（水平环间距b＝1.2m），竖肋按无限跨梁计算，竖肋间距b＝25㎝（内外侧板相等）。

M＝

11

·P0·a·b2＝ ×6.0×0.25×1.22＝0.18 t·m 1212

Q＝0.6·P0·a·b＝0.6×6.0×0.25×1.2＝1.08t 求形心位置x

查表可知角钢∠63×63×6 重心距Z0＝1.78㎝ 截面积A＝7.29㎝2 惯性矩Ix＝27.1㎝4

7.29×1.78＋25×0.6×6.6

则x＝ 7.29＋25×0.6

＝5.02㎝ 对形心轴的惯性矩

I＝27.1＋（5.02－1.78）2×7.29＋＝116.67㎝4 σ下＝

1

×25×0.63＋0.9162×25×0.6 12

M·y下0.18×5.023

＝-6 ＝7.74×10t/㎡＝77.4MPa<〔σ〕＝170MPa I116.67×10

τ＝

Q1.08 = ＝2608t/㎡＝26.08MPa<〔τ〕＝170MPa h·δ 0.069×0.006

2下

换算应力 σc＝σ（3）水平桁架、斜杆

＋3·τ2 ＝89.6MPa<1.1〔σ〕＝198 MPa

由双壁斜撑平衡围堰内外水头压力，建立工况模型如下（1/4模型）：

图1

计算结果如下图2、图3，可知：

斜撑∠75×75×8最大应力组合σmax=46.9MPa＜1.1〔σ〕； 水平环∠160×100×10最大应力组合σmax=157.7MPa＜1.1〔σ〕。

图2

图3

2、围堰下沉至设计标高▽-2.34，封底抽水（工况如下图）

假设在钢壳内灌注砼（初拟砼标号为250#，其容重γ

砼

=2.4t/m2），结合施工需要,钢壳内灌砼量最好在承

台面上,故灌砼的高度为h=8.0m。在砼以上再灌注4.0m高的水，以减少内外壁的水头差。

此工况围堰壁板所受最大水头差4.0m ＜6.0m，壁板及竖肋可不作检算。

依实际工况建立模型如下：

图4

计算结果如下图5、图6，可知：

斜撑∠75×75×8最大应力组合σmax=86.34MPa＜1.1〔σ〕； 水平环∠160×100×10最大应力组合σmax=150.19MPa＜1.1〔σ〕。

图5

图6

围堰变形计算结果如下图7：

图6

可知，围堰壁板最大位移为4mm。 三、封底混凝土计算

围堰水下封底后，施工抽水时，封底砼需承受基底的向上浮力，初拟封底砼标号为200#，其容重γ q＝γ

水

砼

=2.3t/m2，厚度为2.5m。

h水－γ

砼

h砼

＝1.0×14.5-2.3×2.5 ＝8.75t/m2 1、 周边支承的双向板计算:

Lx/Ly=6/7≈0.85

查表可得：αx＝0.0506 αy＝0.0348 Mx=0.0506qLx2

=0.0506×8.75×62 =15.94t·m My=0.0348qLx2

=0.0348×8.75×6.0 =10.96t·m 附加砼侧向变形系数:u=1/6

Mx（u）=Mx+u·My=15.94+1/6×10.96=17.77t·m My（u）=My+u·Mx=10.96+1/6×15.94=13.62t·m 取单宽进行验算:

Wx=1/6·b·h2=1/6×1×2.52=1.04(m3)

X σ

max

2

= Mx/Wx=17.77×10/1.04=170kPa <[σ]=650kPa

Y方向不需再检算。

2、按周边剪切计算:

受剪面：F＝[（6－2.8）×2.5＋（7－2.8）×2.5]×2=37m2

剪力： Q＝8.75×（6×7－3.14×2.82÷4）＝314t 剪应力：τ=Q/F=317/37=8.5t/㎡＝85kPa<[τ]=800Kpa 封底混凝土的厚度：

h3.5KMDbRl3.52.6524.5510750010001.1=1200+500=1700㎜

其中 K：安全系数，取2.65

M:板的最大弯矩(N·m) b:板宽,取1000mm Rl:砼抗拉强度设计值(Mpa)

D:考虑水下砼与井壁泥土掺混而增加的厚度,一般取值为300～500mm

封底混凝土厚度取为2.0m 3、 整体性验算:

A、抽水后水浮力对围堰作用(按最高水位计)： F浮=γ水v水=1.0×44.4×29.7×13.5=17802t G=G围＋G封砼

=1000＋2466 =3466t

砼与钢筋粘结力：79t/m2,考虑水下封底，折减系数为0.3，则粘结力： N粘=28×3.14×2.8×2.5×79×0.3=14586t 则: F浮－G－ N粘<0

B、抽水后浇筑承台砼，但尚未凝固时水浮力对围堰作用(按最底水位+5.0m计)： F浮=γ水v水=1.0×43.4×28.4×13=16023.3t G=G围＋G井砼＋G封砼＋G承砼

=1352.24＋219.52×8.5×2.4＋(43.4×28.4－28×3.14×2.82÷4)×3.0×2.4＋(43.4×28.4)×5×2.4 =28254.9t

则: F浮＋N粘>G 故满足要求。