畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)-南水北調(diào)中線中易水倒虹吸工程設(shè)計(jì)

1、<p>　　畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)</p><p>　　題 目： 南 水 北 調(diào) 中 線</p><p>　　中易水倒虹吸工程設(shè)計(jì)</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　1. 前言3</b></p><p>　　2. 設(shè)

2、計(jì)采用的主要規(guī)程、規(guī)范5</p><p><b>　　2.1文件依據(jù)5</b></p><p>　　2.2執(zhí)行規(guī)范、規(guī)程5</p><p><b>　　3. 設(shè)計(jì)概況6</b></p><p><b>　　3.1河道現(xiàn)狀6</b></p><p

3、>　　3.2設(shè)計(jì)基本資料...............................................6</p><p>　　3.2.1倒虹吸設(shè)計(jì)指標(biāo)……………………………………………………….6</p><p>　　3.2.2總干渠設(shè)計(jì)指標(biāo)……………………………………………………….6</p><p>　　3.2.3交叉斷面天然河道設(shè)計(jì)指標(biāo)

4、………………………………………….7</p><p>　　3.2.4材料等級(jí)……………………………………………………………….7</p><p>　　3.2.5地質(zhì)參數(shù)……………………………………………………………….8</p><p>　　4. 總體設(shè)計(jì)9</p><p>　　4.1工程等別和標(biāo)準(zhǔn)9</p><p&

5、gt;　　4.1.1工程等別及建筑物級(jí)別9</p><p>　　4.1.2防洪標(biāo)準(zhǔn)9</p><p>　　4.1.3地震烈度9</p><p>　　4.2結(jié)構(gòu)安全指標(biāo)9</p><p>　　4.3 建筑物軸線選擇10</p><p>　　4.3.1選線原則10</p><p>　　

6、4.3.2軸線選擇10</p><p>　　4.4建筑物長(zhǎng)度11</p><p>　　4.4.1不同口門寬度的壅水計(jì)算……………………………………………11</p><p>　　4.4.2倒虹吸淺埋護(hù)砌對(duì)河道水位影響分析……………………………..13</p><p>　　4.5一般沖刷深度計(jì)算13</p><p>

7、;　　4.5.1 沖刷深度計(jì)算………………………………………………………..14</p><p>　　4.5.2計(jì)算結(jié)果………………………………………………………………14</p><p>　　4.6工程布置和主要建筑物型式15</p><p>　　4.6.1主要建筑物型式15</p><p>　　4.6.2工程布置17</p&g

8、t;<p>　　4.7 水力設(shè)計(jì)19</p><p>　　4.7.1 倒虹吸進(jìn)出口漸變段長(zhǎng)度19</p><p>　　4.7.2 倒虹吸進(jìn)出口高程確定19</p><p>　　4.7.3 倒虹吸管身水力設(shè)計(jì)20</p><p>　　4.8 主要建筑物穩(wěn)定結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)23</p><p>　　4.8.

9、1穩(wěn)定計(jì)算23</p><p>　　4.8.2結(jié)構(gòu)計(jì)算26</p><p>　　4.9治導(dǎo)工程設(shè)計(jì)41</p><p>　　4.9.1導(dǎo)流堤設(shè)計(jì)……………………………………………………………41</p><p>　　4.9.2導(dǎo)流堤頂面高程的確定………………………………………………41</p><p>　　4.9

10、.3導(dǎo)流堤的的堤頂寬和邊坡確定………………………………………41</p><p>　　4.9.4導(dǎo)流堤的沖刷與防護(hù)設(shè)計(jì)..................................42</p><p>　　5 節(jié)能設(shè)計(jì)……………………………………………………………….…44</p><p>　　5.1節(jié)能設(shè)計(jì)依據(jù)…………………………………………………………..

11、44</p><p>　　5.2節(jié)能設(shè)計(jì)原則…………………………………………………………..44</p><p>　　5.3節(jié)能設(shè)計(jì)………………………………………………………………..44</p><p>　　5.3.1節(jié)能分析……………………………………………………………..44</p><p>　　5.3.2節(jié)能設(shè)計(jì)……………………………

12、………………………………..44</p><p>　　6致謝…………………………………………………………………………46</p><p>　　7參考文獻(xiàn)……………………………………………………………………47</p><p>　　8圖 紙………………………………………………………………………48</p><p><b>　　1.前

13、言</b></p><p>　　南水北調(diào)工程中線工程是從漢江上游的丹江口水庫(kù)取水，該工程總干渠自河南省安陽(yáng)市豐樂(lè)鎮(zhèn)穿過(guò)漳河進(jìn)入我省后，基本沿太行山東麓和京廣鐵路西北側(cè)行，途經(jīng)邯鄲、邢臺(tái)、石家莊、保定及廊坊的部分縣，于涿州市西町村北穿北拒馬河中支進(jìn)入北京市境內(nèi)?？傉{(diào)水量145m3／年。 </p><p>　　該工程完工后，既可保證沿線邯鄲、邢臺(tái)、石家莊、保定一帶重要城市和工農(nóng)業(yè)基

14、地用水，又可向衡水、滄州、廊坊等市供水，可以極大地緩解我省水資源供需矛盾。此外，中線工程的水質(zhì)也比較理想，監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，中線工程水源水質(zhì)除一項(xiàng)指標(biāo)為地面水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)二級(jí)外，其他指標(biāo)均符合一級(jí)水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，輸水總干渠是新開(kāi)渠道，與沿線河渠全部立交，既不通航，也不納污，渠線位于大城市上游，可以有效地保證供水水質(zhì)。該工程總干渠和分干渠全部自流，供水成本和水費(fèi)也較低。</p><p>　　擬建的中易水渠道倒虹吸位于河北省易縣

15、城南10km的中易水河上，南距小羅村0.5km，距易保公路0.4km，交通方便。該項(xiàng)工程是南水北調(diào)中線工程總干渠上一座大型河渠交叉建筑物，倒虹吸位置見(jiàn)圖1。</p><p>　　中易水河是拒馬河的一條支流，全長(zhǎng)86km，渠道倒虹吸以上流域面積630.9km2，其中安各莊水庫(kù)以上476km2，水庫(kù)至渠道倒虹吸23km，區(qū)間流域面積為154.9km2，河流自西部山區(qū)曲折向東延伸，在本區(qū)近東西流向，河道比降小，常年流水

16、。總干渠在中羅村和中高村西穿越中易水河，渠線呈南北走向，與中易水河近似正交。</p><p>　　圖1 中易水渠道倒虹吸地理位置略圖</p><p>　　１:公路；2：建筑物位置；3:河流；4:村莊、鄉(xiāng)鎮(zhèn); ５:總干渠</p><p>　　2.設(shè)計(jì)采用的主要規(guī)程、規(guī)范</p><p><b>　　2.1文件依據(jù)</b>

17、</p><p>　　(1)《南水北調(diào)工程總體規(guī)劃》（國(guó)家計(jì)委、水利部2002年）及批復(fù)意見(jiàn)(2003年5月)；</p><p>　　(2)《南水北調(diào)中線京石段應(yīng)急供水工程可行性研究報(bào)告》及審查意見(jiàn)（2003年7月）。</p><p>　　2.2執(zhí)行規(guī)范、規(guī)程</p><p>　　(1) 《水利水電工程初步設(shè)計(jì)報(bào)告編制規(guī)程》SL 619-20

18、13 </p><p>　　(2) 《水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》SL252—2000</p><p>　　(3) 《防洪標(biāo)準(zhǔn)》GB50201—2014</p><p>　　(4) 《水工建筑物荷載設(shè)計(jì)規(guī)范》DL5077—1997</p><p>　　(5) 《水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》SL/T 191—2008</p>&l

19、t;p>　　(6) 《水電工程水工建筑物抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》NB35047-2015</p><p>　　(7)《水利水電工程進(jìn)水口設(shè)計(jì)規(guī)范》SL285—2003</p><p>　　(8) 《水工建筑物抗冰凍設(shè)計(jì)規(guī)范》SL211-2006</p><p>　　(9) 《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》SL265—2001</p><p>　　(10)《渠道防

20、滲工程技術(shù)規(guī)范》SL18—2004</p><p>　　(11)《灌溉與排水工程設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50288—1999</p><p>　　(12)《渠系工程抗凍脹設(shè)計(jì)規(guī)范》SL23—2006</p><p>　　(13)《水利水電工程土工合成材料應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》SL/T225—1998</p><p>　　(14)《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》JTG B0

21、1—2014</p><p>　　(15)《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》SL274—2001</p><p>　　(16)《公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》JTG D63-2007</p><p>　　(17)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50017-2003</p><p><b>　　3.設(shè)計(jì)概況</b></p><

22、;p><b>　　3.1河道現(xiàn)狀</b></p><p>　　中易水東水冶以上為山區(qū)河道，在安各莊水庫(kù)上游有8條較大支流，最大支流長(zhǎng)18.5km，河底平均縱坡27‰，為卵石河床。自水庫(kù)壩址至東水冶，河長(zhǎng)16km，該河段河底縱坡為3.6‰～2.3‰，為砂卵石河床，河道寬度呈上寬下窄，安各莊附近河段，河寬1000～2000m，至北盤石河寬縮窄為500m左右，至東水冶處河寬僅有300m。從東

23、水冶以下至中高村河段，地勢(shì)明顯降低，河道進(jìn)入丘陵地帶，逐漸展寬為1000～2000m，河床有150～300m寬的主河槽，河底縱坡較上游又有所變緩，至中高村附近河段，平均縱坡為2.4‰。中高村以下河道進(jìn)入平原區(qū)，縱坡逐漸減小為0.8‰，河床質(zhì)組成主河槽為礫質(zhì)粗砂，兩側(cè)灘地為中粗砂。</p><p>　　1977～1978年，保定地區(qū)曾對(duì)西水冶到易縣、定興縣界河段進(jìn)行了整治，開(kāi)挖了寬100m、深1.2m的中心河槽，灘

24、地外筑堤，堤高平均3m左右，兩堤距離約250m。在定興縣內(nèi)百樓做裁彎取直工程。治理河段行洪能力一般在1700～2100m3/s，定興段主槽較窄，泄量為1200m3/s。</p><p>　　據(jù)《大清河流域防洪規(guī)劃報(bào)告》（河北省部分），中易水現(xiàn)狀過(guò)水能力不足800m3/s。規(guī)劃治理標(biāo)準(zhǔn)按10年一遇，設(shè)計(jì)流量964 m3/s。主要治理措施為：對(duì)原有砂壩、護(hù)村埝進(jìn)行加高培厚，結(jié)合筑堤修整河道；對(duì)部分險(xiǎn)工及靠近村莊的河段

25、采取干砌石護(hù)坡等。 </p><p><b>　　3.2設(shè)計(jì)基本資料</b></p><p>　　3.2.1倒虹吸設(shè)計(jì)指標(biāo)</p><p>　　設(shè)計(jì)流量 60m3／s </p><p>　　加大流量 70m3／s</p><p>

26、;　　進(jìn)口設(shè)計(jì)水位 63.714m</p><p>　　出口設(shè)計(jì)水位 63.507m</p><p>　　進(jìn)口加大水位 64.017m</p><p>　　出口加大水位 63.811m</p><p>　　地震設(shè)防烈度

27、 7度</p><p>　　3.2.2總干渠設(shè)計(jì)指標(biāo)</p><p>　　倒虹吸上游連接渠道底高程 59.414m</p><p>　　倒虹吸上游渠道設(shè)計(jì)水深 4.3m</p><p>　　倒虹吸上游渠道加大水深 4.603m</p><p>　　倒虹吸下游連接渠道底高程 59.207m</p

28、><p>　　倒虹吸下游渠道設(shè)計(jì)水深 4.3m</p><p>　　倒虹吸下游渠道加大水深 4.603m</p><p>　　渠道底寬 7.5m</p><p>　　渠道內(nèi)邊坡 1：2.5</p><p>　　渠道底縱坡

29、 倒虹吸上游渠段1／26000</p><p>　　下游渠段1／25000</p><p>　　渠道左、右岸一級(jí)馬道寬 5.0m </p><p>　　一級(jí)馬道高程 倒虹吸進(jìn)口65.414m</p><p><b>　　出口65.207m</b></p><p&g

30、t;　　3.2.3交叉斷面天然河道設(shè)計(jì)指標(biāo)</p><p>　　100年一遇洪峰流量 3176m3／s</p><p>　　300年一遇洪峰流量 4054m3／s</p><p>　　100年一遇洪水位 59.700m</p><p>　　300年一遇洪水位 59.970

31、m</p><p>　　河槽底高程 56.500m </p><p><b>　　3.2.4材料等級(jí)</b></p><p>　　3.2.4.1強(qiáng)度等級(jí)</p><p>　　倒虹吸管身段普通混凝土C30 </p><p><b>　　閘室混凝土C30<

32、;/b></p><p>　　漸變段、擋土墻混凝土C20</p><p><b>　　素混凝土墊層C10</b></p><p><b>　　普通受力鋼筋Ⅱ級(jí) </b></p><p>　　3.2.4.2抗?jié)B等級(jí)</p><p>　　倒虹吸管身及進(jìn)出口漸變段混凝土W6&

33、lt;/p><p>　　3.2.4.3抗凍等級(jí)</p><p>　　倒虹吸管身混凝土F50</p><p>　　進(jìn)出口漸變段、閘室混凝土F150</p><p>　　3.2.4.4混凝土物理力學(xué)指標(biāo)</p><p>　　混凝土重度24kN／m3</p><p>　　鋼筋混凝土重度25kN／m3<

34、;/p><p><b>　　3.2.5地質(zhì)參數(shù)</b></p><p>　　3.2.5.1天然地基</p><p>　　滲透系數(shù) 67～100m／d</p><p><b>　　承載力建議值：</b></p><p>　　中粗砂 200kPa</p&

35、gt;<p>　　礫 砂 300 kPa</p><p>　　礫 石 350kPa</p><p>　　強(qiáng)風(fēng)化頁(yè)巖 350kPa</p><p>　　泥灰?guī)r 800kPa</p><p><b>　　內(nèi)摩擦角：</b></p><p>　　中粗砂

36、 30°</p><p>　　礫 砂 30°</p><p>　　礫 石 33°</p><p><b>　　摩擦系數(shù)建議值：</b></p><p>　　混凝土與礫石、礫砂 0.45</p><p>　　混凝土與強(qiáng)風(fēng)化頁(yè)巖 0.5

37、0</p><p>　　常年地下水位： 56.800～58.000m</p><p><b>　　建議臨時(shí)邊坡：</b></p><p>　　礫砂、礫石 1：1.5～1.75</p><p>　　泥灰?guī)r 1：0.75</p><p>　　3.2.5.2回填砂石料</p>

38、<p>　　濕密度 20.5kN／m3</p><p>　　浮密度 11.5kN／m3</p><p>　　內(nèi)摩擦角 30°</p><p><b>　　4.總體設(shè)計(jì)</b></p><p>　　4.1工程等別和標(biāo)準(zhǔn)</p><p>　　4.1.1工

39、程等別及建筑物級(jí)別</p><p>　　根據(jù)南水北調(diào)中線工程的規(guī)模和《水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》（SL252—2000），確定南水北調(diào)中線工程為Ⅰ等工程，中易水渠道倒虹吸主體工程建筑物級(jí)別為1級(jí)；附屬工程包括河道治導(dǎo)建筑物級(jí)別為3級(jí)，臨時(shí)工程包括導(dǎo)流圍堰等建筑物級(jí)別為4級(jí)。</p><p><b>　　4.1.2防洪標(biāo)準(zhǔn)</b></p><p

40、>　　根據(jù)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和總干渠的工程等別和建筑物級(jí)別，集水面積大于20 km2河流的河渠交叉建筑物防洪標(biāo)準(zhǔn)按100年一遇洪水設(shè)計(jì)，300年一遇洪水校核；渠道與河渠交叉建筑物的連接段，按相應(yīng)建筑物防洪標(biāo)準(zhǔn)設(shè)防。</p><p>　　中易水倒虹吸交叉斷面以上河道流域面積為630.9 km2，其中安各莊水庫(kù)控制流域面積476 km2，交叉斷面至安各莊水庫(kù)區(qū)間流域面積154.9km2，屬大型河渠交叉建筑物，依據(jù)上述規(guī)定

41、確定本工程防洪標(biāo)準(zhǔn)為100年一遇洪水設(shè)計(jì)，300年一遇洪水校核。</p><p><b>　　4.1.3地震烈度</b></p><p>　　根據(jù)《中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》（GB18306—2001）及中國(guó)地震局分析預(yù)報(bào)中心2003年11月對(duì)南水北調(diào)中線工程地震動(dòng)參數(shù)評(píng)價(jià)成果，本工程所在地區(qū)屬地震基本穩(wěn)定區(qū)，地震動(dòng)峰值加速度G為0.1g，相當(dāng)于地震基本烈度7度；地震動(dòng)反

42、應(yīng)譜特征周期（中硬場(chǎng)地）S為0.40s。</p><p>　　根據(jù)《水工建筑物抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL203—97），中易水倒虹吸工程地震設(shè)計(jì)烈度7度。</p><p><b>　　4.2結(jié)構(gòu)安全指標(biāo)</b></p><p>　　倒虹吸管身環(huán)境條件類別 二類</p><p>　　倒虹吸漸變段、閘室環(huán)境條件

43、類別 二類</p><p>　　主體結(jié)構(gòu)系數(shù)γd=1.2</p><p>　　主體結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)γ0=1.1</p><p>　　結(jié)構(gòu)自重作用（荷載）分項(xiàng)系數(shù)γQ=1.05</p><p>　　主體結(jié)構(gòu)靜內(nèi)水壓力作用（荷載）分項(xiàng)系數(shù)γQ=1.05</p><p>　　主體結(jié)構(gòu)靜外水壓力作用（荷載）分項(xiàng)系數(shù)γQ=1.

44、0</p><p>　　擋土結(jié)構(gòu)(閘室、擋土墻) 土壓力作用（荷載）分項(xiàng)系數(shù)γQ=1.2</p><p>　　管身結(jié)構(gòu)土壓力作用（荷載）分項(xiàng)系數(shù)γQ=1.1(0.9)</p><p>　　永久作用（荷載）分項(xiàng)系數(shù)γG=1.05(0.95)</p><p>　　預(yù)應(yīng)力作用（荷載）分項(xiàng)系數(shù)γG=1.05(0.95)</p><

45、p>　　其它可變作用（荷載）分項(xiàng)系數(shù)γQ=1.2</p><p>　　工程結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、安全系數(shù)見(jiàn)表4—1</p><p>　　表4—1 工程結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、安全系數(shù)表</p><p>　　管身普通混凝土荷載效應(yīng)的長(zhǎng)期效應(yīng)組合限制裂縫寬度0.25mm，短期效應(yīng)組合限制裂縫寬度0.3mm；閘室底板、閘墩限制裂縫寬度0.2mm。</p><p&g

46、t;　　建筑物各部位地基承載力設(shè)計(jì)值按《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL265—2001）計(jì)算，建筑物基底不允許出現(xiàn)拉應(yīng)力，基底平均應(yīng)力不得超過(guò)地基承載力設(shè)計(jì)值，當(dāng)受偏心荷載作用時(shí)，最大應(yīng)力要小于地基承載力設(shè)計(jì)值的1.2倍。</p><p>　　4.3 建筑物軸線選擇</p><p>　　4..3.1選線原則</p><p>　　中易水倒虹吸是南水北調(diào)中線總干渠上的一座建筑物，

47、其工程選址與總干渠的線路選擇密不可分?？偢汕倪x線原則為：</p><p>　　（1）為確?？偢汕こ梯斔踩?，盡量避免深挖方和高填方，盡量使水面線與地面持平。</p><p>　?。?）在保證安全輸水的前提下，以線路最短，投資最省為目標(biāo)。渠線力求順直，并選擇地質(zhì)條件相對(duì)較好的地段布設(shè)渠線。</p><p>　　（3）盡量避開(kāi)居民點(diǎn)、工礦企業(yè)、重點(diǎn)文物及軍事設(shè)施。&

48、lt;/p><p>　?。?）穿越公路以及河流時(shí)，盡量與之正交，選擇順直、穩(wěn)定的河段布設(shè)渠線。</p><p><b>　　4.3.2軸線選擇</b></p><p>　　按上述原則，南水北調(diào)中線總干渠中易水段線路對(duì)兩個(gè)方案進(jìn)行了比選。方案一為現(xiàn)倒虹吸位置，方案二在現(xiàn)倒虹吸下游約1.2km處。</p><p>　　方案一，線

49、路從裴山后繞到山前向西繞過(guò)中羅村，從小羅村東向北偏東穿中易水，繼續(xù)向北在北高村東折向東北，到西北奇村北又折向北偏東繼續(xù)北行。</p><p>　　方案二，線路從裴山后繞到山的東側(cè)后與保易公路并行向北，穿中易水河后繼續(xù)向北，在保易公路與鐵路中間，穿西進(jìn)渠后折向西北在西北奇村北與方案一線路相交合一，向北偏東繼續(xù)北行。</p><p>　　方案二與方案一相比，具有線路短，順直的優(yōu)點(diǎn)，但是，方案二

50、線路灘地段長(zhǎng)，高程較方案一低2m左右，渠道阻斷流量大，填方量增大；總干渠在鐵路和公路中間穿行，污染較為嚴(yán)重；需要一座穿鐵路的建筑物和拆掉一座水泥廠。在方案二上游除小羅村外的中羅村、中高村都在壅高水位以下，必將大大增加拆遷的數(shù)量。因此，該段線路推薦方案一。</p><p>　　表4—2 中易水段渠線方案比較表</p><p><b>　　4.4建筑物長(zhǎng)度&l

51、t;/b></p><p>　　根據(jù)對(duì)交叉建筑物附近中易水河河段中泓位置和主槽寬度的分析，在《南水北調(diào)中線京石段應(yīng)急供水工程可行性研究報(bào)告》中，將河道行洪口門寬度確定為370m。為了進(jìn)一步論證交叉斷面行洪口門寬度的合理性，對(duì)口門寬度進(jìn)行了300、370、400、500m四各方案比較。中易水交叉處河寬為1590m，交叉建筑物口門遠(yuǎn)小于河道寬度，因此發(fā)生高標(biāo)準(zhǔn)洪水時(shí)，由于河灘地的渠道的阻擋，口門上游河道洪水位要

52、有一定的壅高。通過(guò)常規(guī)方法計(jì)算了300年一遇及其以下洪水頻率的上游壅水高度及其相應(yīng)的壅水長(zhǎng)度和沖刷深度，分述如下：</p><p>　　4.4.1不同口門寬度的壅水計(jì)算</p><p>　　計(jì)算采用1992年出版的《公路橋位勘測(cè)設(shè)計(jì)規(guī)范》中的公式。最大壅水高度計(jì)算公式：</p><p><b>　　式中：</b></p><

53、p>　　—最大壅水高度(m)；</p><p>　　η—系數(shù)，與建筑物阻斷流量有關(guān)，參照表4—3選用。</p><p>　　表4—3 η值選用表</p><p>　　參照表4—2，中易水倒虹吸各方案η值均為0.07。</p><p>　　—倒虹吸布置后斷面平均流速(m/s)，；</p><

54、;p>　　QP—設(shè)計(jì)流量（m3/s）；</p><p>　　ωj—建筑物過(guò)水?dāng)嗝婷娣e（m2）；</p><p>　　—天然河道建筑物范圍內(nèi)平均流速（m/s）；</p><p>　　—天然河道斷面平均流速（m/s）；</p><p><b>　　壅水長(zhǎng)度計(jì)算公式：</b></p><p>&l

55、t;b>　　式中：</b></p><p>　　L—壅水長(zhǎng)度(m)；</p><p>　　—最大壅水高度（m）；</p><p><b>　　I—水面比降。</b></p><p>　　根據(jù)以上計(jì)算公式，對(duì)四個(gè)方案分別進(jìn)行計(jì)算，成果列于表4—4。</p><p>　　表4—4

56、 中易水倒虹吸不同口門寬度水位～流量關(guān)系表</p><p>　　4.4.2倒虹吸淺埋護(hù)砌對(duì)河道水位影響分析</p><p>　　在天然河道洪水位分析中，系按定床條件進(jìn)行計(jì)算，在實(shí)際洪水時(shí)河床發(fā)生沖刷，斷面過(guò)水面積相應(yīng)加大，但糙率也相應(yīng)提高。由于中易水倒虹吸采用淺埋方案，河道不再具備沖刷條件，為此進(jìn)一步分析上述條件計(jì)算成果的合理性。通過(guò)分析估算，100年和300年一遇洪水條件下交叉斷面主

57、河槽沖刷面積在480m2左右，當(dāng)主槽糙率調(diào)整為0.050～0.055時(shí)，經(jīng)分析洪水位與定床條件下分析成果基本一致。仍采用此糙率條件，按倒虹吸布置后限定的沖刷條件進(jìn)一步分析100年和300年一遇洪水位分別為60.07m和60.30m，比現(xiàn)狀河道洪水位分別高0.37m和0.33m，加上壅水高度，100年和300年一遇設(shè)計(jì)洪水位分別為61.01m和61.49m。</p><p>　　4.5 一般沖刷深度計(jì)算</p

58、><p>　　4.5.1 沖刷深度計(jì)算</p><p>　　在天然河道上修建建筑物后，由于縮窄了河道寬度，壓縮了河道水流，增加了過(guò)水?dāng)嗝娴膯螌捔髁浚鲯渡衬芰﹄S之增大，引起河床沖刷，這種沖刷稱為一般沖刷。一般沖刷的計(jì)算方法比較多，本次采用長(zhǎng)江委推薦的“64—1”公式，其形式如下：</p><p><b>　　式中：</b></p>

59、<p>　　hpm—沖刷后最大水深(m)；</p><p>　　Qp—設(shè)計(jì)流量（m3/s）；</p><p>　　L—建筑物凈過(guò)水長(zhǎng)度(m)；</p><p>　　hm—沖刷前最大水深(m)；</p><p>　　—斷面平均水深(m)；</p><p>　　—河床質(zhì)平均粒徑(mm)；</p>&

60、lt;p>　　E—與汛期含沙量有關(guān)的系數(shù)，當(dāng)汛期含沙量S>10kg/m3時(shí)，E=0.86；</p><p>　　A—單寬流量壓縮系數(shù)；；</p><p>　　B—河槽寬度，即通過(guò)造床流量時(shí)的水面寬度(m)；</p><p>　　—造床流量對(duì)應(yīng)的平均水深(m)。</p><p><b>　　4.5.2計(jì)算結(jié)果</b&

61、gt;</p><p>　　根據(jù)上述礫質(zhì)粗砂的平均粒徑和選用的計(jì)算公式，對(duì)不同標(biāo)準(zhǔn)洪水和倒虹吸不同口門寬度計(jì)算了交叉斷面處的沖刷深度。成果見(jiàn)表4—5。</p><p>　　表4—5 中易水倒虹吸沖刷深度成果表</p><p>　　4.6工程布置和主要建筑物型式</p><p>　　4.6.1主要建筑物型式</p><

62、;p>　　4.6.1.1交叉建筑物型式的確定</p><p>　　中易水交叉建筑物型式選擇考慮了以下幾個(gè)因素。</p><p>　　(1)從流量關(guān)系看，南水北調(diào)總干渠在本段設(shè)計(jì)流量為60m3/s，而中易水100年一遇洪水流量達(dá)3176 m3/s ，渠道流量遠(yuǎn)小于河道洪水流量。交叉建筑物采用渠道倒虹吸符合“小(流量)穿大(流量)”原則。</p><p>　　(2

63、)從水位關(guān)系看，渠河交叉部位總干渠設(shè)計(jì)水位為63.714～63.507m；河道100年一遇洪水位為59.70m，渠道水位高于河道水位，交叉建筑物采用渠道倒虹吸不符合“低(水位)穿高(水位)”原則。</p><p>　　(3)從建筑物防淤角度看，交叉建筑物型式采用渠倒虹比河倒虹更有利，因?yàn)榭偢汕骱沉枯^少且多為懸移質(zhì)，過(guò)管水流流速大于渠道流速，不會(huì)引起渠倒虹嚴(yán)重的淤積。采用河倒虹雖然可節(jié)省總干渠部分水頭，但中易

64、水為沙質(zhì)河床，遇較大洪水推移進(jìn)入倒虹吸，清理難度較大。</p><p>　　根據(jù)中易水河道沖刷深度較大的特點(diǎn)，倒虹吸管埋置深度比較了“深埋”和“淺埋加防護(hù)”兩種布置方案。</p><p><b>　　(1)“深埋”方案</b></p><p>　　倒虹吸管頂埋置高程按河道300年一遇洪水沖刷線以下不小于0.5m的原則確定。根據(jù)河道沖刷計(jì)算結(jié)果，

65、300年一遇洪水河道沖刷深度為7.240m，高程為49.160m，管頂設(shè)計(jì)高程為48.660m，管底高程為43.460m。已經(jīng)在基巖面以下，倒虹吸管整個(gè)嵌入巖石中，勢(shì)必造成大量的巖石開(kāi)挖。同時(shí)由于埋深達(dá)7.74m，管壁也將相應(yīng)加厚好多。因此，深埋方案無(wú)論從施工難度和工程造價(jià)上都很高。</p><p>　　(2)“淺埋加防護(hù)”方案</p><p>　　“淺埋加防護(hù)”方案不必將倒虹吸管身埋置于

66、校核洪水沖刷線以下，而是按照《南水北調(diào)中線工程總干渠渠道倒虹吸土建工程初步設(shè)計(jì)大綱》要求將倒虹吸管身埋置于河底以下2.5m，并對(duì)管頂河床進(jìn)行防沖防護(hù)以保證建筑物的安全運(yùn)行。河道護(hù)砌范圍為口門內(nèi)建筑物軸線上下游83m，護(hù)砌措施采用63m漿砌石和20m鋼筋石籠，口門兩側(cè)采用鋼筋混凝土護(hù)坡。</p><p>　　(3) 管頂埋置深度推薦方案</p><p>　　兩方案相比，從工程安全考慮，高標(biāo)準(zhǔn)

67、洪水時(shí)“深埋”方案由于管頂埋置于沖刷線以下，建筑物安全可靠性高；“淺埋”方案管頂采用漿砌石護(hù)砌，不沖刷允許流速大于河道過(guò)洪水流速，也是安全可靠的；從施工難度考慮，由于工程區(qū)域巖基出露在48.0～50.0m左右，“深埋”方案管頂已經(jīng)在基巖面以下，倒虹吸管整個(gè)嵌入巖石中，勢(shì)必造成大量的巖石開(kāi)挖，同時(shí)由于中易水地下水位較高，排水難度、排水量更大；從工程量大小比較，“淺埋”方案需要口門防護(hù)，但由于埋深淺，管壁薄，土石方開(kāi)挖回填量少。“深埋”方案

68、管壁厚，土石方開(kāi)挖回填較大。因此，在安全可靠的前提下，“淺埋”方案無(wú)論從施工難度和工程造價(jià)上都要比“深埋”方案優(yōu)越。綜上分析，中易水倒虹吸推薦采用“淺埋”方案。</p><p>　　4.6.1.2 進(jìn)出口漸變段型式選擇</p><p>　　為盡量減少水頭損失，漸變段型式進(jìn)行了直線扭曲面和曲線扭曲面兩種形式比選，水力計(jì)算表明，進(jìn)出口漸變段水頭損失對(duì)建筑物總水頭損失影響很小，對(duì)管身過(guò)水?dāng)嗝嬗绊?/p>

69、甚微，盡管曲線扭曲面形式的水流條件稍好，水頭損失稍小，但其施工難度大，對(duì)結(jié)構(gòu)斷面影響甚微，故采用直線扭曲面漸變段形式。</p><p>　　4.6.1.3 管身斷面型式選擇</p><p>　　倒虹吸管身斷面有多種型式可供選擇，通過(guò)篩選，選取工程上常用的3種斷面型式即箱型、城門洞型和圓型進(jìn)行了比選。</p><p>　　從工程布置和工程施工的角度分析，圓形斷面管道濕

70、周小，過(guò)水能力大，水流條件和承載性能好，但圓管不利多孔組合，與上、下游渠道銜接條件差，結(jié)構(gòu)布置較為復(fù)雜。由于中易水倒虹吸輸水量較大，設(shè)計(jì)管徑較大，如采用預(yù)制生產(chǎn)，吊運(yùn)安裝很困難；如采用現(xiàn)場(chǎng)澆筑，不僅施工難度大，工程量也比箱形斷面大，故不予推薦。城門洞形斷面，水流條件較好，一般適用于無(wú)壓水流條件，在內(nèi)水壓力作用大時(shí)，受力狀態(tài)較差，且工程量也比箱形斷面大，故也不予推薦。</p><p>　　箱形斷面具有形狀規(guī)則，結(jié)構(gòu)

71、簡(jiǎn)單，受力明確，便于多孔組合，上、下游銜接平順，工程布置緊湊合理，易于施工和工程量小等優(yōu)點(diǎn)，因此在工程實(shí)踐中應(yīng)用較多，而且長(zhǎng)委頒發(fā)的《南水北調(diào)中線工程渠道倒虹吸土建部分初步設(shè)計(jì)大綱》建議，倒虹吸斷面型式應(yīng)優(yōu)先選用箱形。故中易水渠道倒虹吸的管身采用箱形斷面方案。</p><p>　　4.6.1.4 管身結(jié)構(gòu)型式選擇</p><p>　　倒虹吸管身結(jié)構(gòu)型式可采用普通混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土兩種方案

72、，但由于預(yù)應(yīng)力方案工期長(zhǎng)，施工難度大，工藝較復(fù)雜，而普通混凝土方案施工方便，質(zhì)量有保證，故推薦采用普通混凝土方案。</p><p>　　4.6.1.5 治導(dǎo)建筑物型式選擇</p><p>　　中易水總寬約1590m，口門寬度只有370m，中易水渠道倒虹吸工程防洪標(biāo)準(zhǔn)為100年一遇洪水設(shè)計(jì)，300年一遇洪水校核。工程交叉斷面處100年一遇洪水流量3176m3／s，主槽流量為2316m3／s，

73、灘地流量為860m3／s。倒虹吸建成后工程阻斷河道流量占河道總流量的37.1％，大于25％，根據(jù)《公路橋位勘測(cè)設(shè)計(jì)規(guī)范》JTJ062—91要求應(yīng)設(shè)置導(dǎo)流堤。中易水兩側(cè)有灘且基本為對(duì)稱分布，根據(jù)《公路橋位勘測(cè)設(shè)計(jì)規(guī)范》倒虹吸兩側(cè)布置對(duì)稱的曲線形導(dǎo)流堤。</p><p><b>　　4.6.2工程布置</b></p><p>　　4.6.2.1 總體布置</p>

74、;<p>　　倒虹吸起止樁號(hào)為411+026～411+638，起點(diǎn)座標(biāo)x=4349203.841，y=623929.610；終點(diǎn)座標(biāo)x=4349814.776，y=623965.684。建筑物軸線長(zhǎng)612m。</p><p>　　4.6.2.2 建筑物布置</p><p>　　（1）倒虹吸主體工程</p><p>　　由進(jìn)口漸變段、進(jìn)口閘室段、管身段、

75、出口閘室段、出口漸變段五部分組成。</p><p>　　進(jìn)口漸變段樁號(hào)411+026～411+061，長(zhǎng)35m，該段采用底板與側(cè)墻分離式的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，兩側(cè)采用直線扭曲面，邊坡系數(shù)2.5～0，底寬7.5～11.2m，底部高程59.414～56.711m，縱坡1∶12.949，底板厚0.5m。漸變段始端為貼坡式擋土墻，墻厚0.5m，末端為半重力式擋土墻，墻總高9.703m。漸變段一級(jí)馬道高程65.414m。漸變段

76、側(cè)墻設(shè)上下兩層逆止式排水孔，直徑φ100，下層孔中心線距底板0.4m，上下層間距1.5m，順?biāo)鞣较蜷g距5.0m。用渠倒虹吸型式是較為合理可行的。</p><p>　　進(jìn)口閘室段由樁號(hào)411+061～411+071，長(zhǎng)10m。該閘的功能主要是配合出口閘進(jìn)行倒虹吸管身的事故檢修。倒虹吸管檢修前首先動(dòng)水關(guān)閉出口工作閘門，再關(guān)閉進(jìn)口檢修閘門和出口檢修閘門，待檢修完畢，先小開(kāi)度開(kāi)啟進(jìn)口檢修閘門充水平壓后再關(guān)閉出口工作閘門

77、，開(kāi)啟進(jìn)出口檢修閘，用工作閘門控制運(yùn)行。檢修閘設(shè)兩扇檢修閘門，倒虹吸管可一孔檢修，也可兩孔同時(shí)檢修。進(jìn)口閘室分2孔，每孔凈寬5.1m，底板高程為56.711m。閘室為開(kāi)敞式鋼筋混凝土整體結(jié)構(gòu)，中墩厚1.0m，邊墩頂寬1.0m，底寬1.5m，底板厚1.3m。閘墩頂設(shè)交通橋和啟閉機(jī)排架。閘室邊墻設(shè)逆止式排水孔。閘室內(nèi)設(shè)有2扇檢修門，檢修閘門為平面疊梁門，閘門總高度7.5m，每扇分3節(jié)，平時(shí)放置于門庫(kù)中，采用2×100kN電動(dòng)葫蘆起

78、吊。門庫(kù)布置在閘室左側(cè)，地下結(jié)構(gòu)，長(zhǎng)16.1 m，寬4.5 m，高9.3m。</p><p>　　管身段由樁號(hào)411+071～411+563，長(zhǎng)492m。管身為兩孔一聯(lián)的鋼筋混凝土箱形結(jié)構(gòu)，單孔過(guò)水?dāng)嗝娉叽?.1m×5.1m，每10～15m設(shè)一道橫向伸縮縫，縫間設(shè)兩道止水。管身段進(jìn)口斜坡段長(zhǎng)61m，縱坡1∶6.757；管身水平段長(zhǎng)365m；出口反坡段長(zhǎng)66m，縱坡1∶6.864。管身進(jìn)出口底高程分別為5

79、6.711m、57.355m，管身水平段管頂高程54.000m，管底高程46.900m。管身頂板厚1.0m，中隔墻厚1.0m，邊墻厚1.0m，底板厚1.0m。在倒虹吸管水平段進(jìn)出口樁號(hào)411+132及樁號(hào)411+497處設(shè)集水井，供檢修抽水。</p><p>　　出口閘室段樁號(hào)411+563～411+581，長(zhǎng)18m，設(shè)工作閘門和檢修閘門。閘室分2孔，每孔凈寬5.1m，底板高程為57.355m。閘室為開(kāi)敞式鋼筋混

80、凝土整體式結(jié)構(gòu)，中墩厚1.0m，邊墩頂厚1.0，底厚1.5m，底板厚1.3m。設(shè)2扇工作鋼閘門（弧門）和2扇檢修鋼閘門，工作門為動(dòng)水啟閉，墩頂高程67.753m。閘室邊墻設(shè)逆止式排水孔。工作門為表孔弧形閘門，采用2×160kN液壓?jiǎn)㈤]機(jī)，閘門高度6.7m；檢修閘門為平面滑動(dòng)疊梁門，閘門總高度6.6m，分3節(jié)，平時(shí)放置于門庫(kù)中，采用2×50kN電動(dòng)葫蘆起吊。門庫(kù)布置在閘室左側(cè)，地下結(jié)構(gòu)，長(zhǎng)16.1 m，寬4.5 m，高

81、8.4m。</p><p>　　出口漸變段由樁號(hào)411+581～411+638，長(zhǎng)57m。該段結(jié)構(gòu)型式與進(jìn)口漸變段相同，邊坡系數(shù)0～2.5，底寬11.2～7.5m，底部高程為57.355m～59.207m，縱坡1:30.778。漸變段一級(jí)馬道高程為65.207m。邊墻設(shè)逆止式排水孔。</p><p>　?。?）河道治導(dǎo)建筑物</p><p>　　為改善河道行洪口門的

82、流態(tài)，在倒虹吸進(jìn)出口設(shè)置了治導(dǎo)建筑物，左右兩側(cè)均為包爾達(dá)可夫線型導(dǎo)流堤。由于中易水沒(méi)有通航要求，導(dǎo)流堤曲線采用上游段由半徑100m和33m兩段園弧復(fù)合而成，園心角分別為90°和30°；下游段為半徑100m，園心角30°的圓弧。流速較大的導(dǎo)流堤頭部及迎水面采用0.3m厚鋼筋混凝土護(hù)坡，坡腳采用鋼筋石籠護(hù)底，寬20m，厚2m；流速較小背水面和下游采用0.4m厚漿砌石護(hù)坡。下游迎水面采用鋼筋石籠水平防護(hù)，寬10.

83、0m，厚1m。 </p><p><b>　?。?）口門防護(hù)</b></p><p>　　倒虹吸采用淺埋方案，按照結(jié)構(gòu)抗震要求將倒虹吸管身埋置于河底以下2.5m，并對(duì)管頂河床進(jìn)行防沖防護(hù)以保證建筑物的安全運(yùn)行。倒虹吸口門及上下游河床采用漿砌石護(hù)砌，護(hù)砌高程為56.500m，總長(zhǎng)126m，上下游各63m，厚0.5m，之外為20m長(zhǎng)的鋼筋石籠護(hù)底，上游后1m，下游厚2m。

84、口門兩側(cè)采用鋼筋混凝土護(hù)坡，厚0.3m，并與上下游導(dǎo)流堤銜接。</p><p><b>　　4.7 水力設(shè)計(jì)</b></p><p>　　4.7.1 倒虹吸進(jìn)出口漸變段長(zhǎng)度</p><p>　　為了使通過(guò)倒虹吸管的水流平順，減少水頭損失，在倒虹吸管與渠道連接處設(shè)置漸變段。其長(zhǎng)度按經(jīng)驗(yàn)公式確定∶</p><p>　　L=C

85、(B1-B2)</p><p><b>　　式中：</b></p><p>　　C—系數(shù)，進(jìn)口取1.5～2.5，出口取2.5～3.5；</p><p><b>　　B1—渠道水面寬；</b></p><p>　　B2—漸變段縮窄端水面寬。</p><p>　　按推薦斷面（2孔

86、1聯(lián)）計(jì)算，進(jìn)、出口漸變段長(zhǎng)取35m和57m。加大流量時(shí)進(jìn)口漸變段水面收縮角為15°26′。出口漸變段水面擴(kuò)散角為9°37′。</p><p>　　4.7.2 倒虹吸進(jìn)出口高程確定</p><p>　　為保證倒虹吸進(jìn)口在設(shè)計(jì)條件下的淹沒(méi)進(jìn)流狀態(tài)，進(jìn)口淹沒(méi)度依據(jù)《水利水電工程進(jìn)水口設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL285－2003）確定，水位變動(dòng)幅度取0.3m。</p>&l

87、t;p>　　計(jì)算公式采用戈登公式:，c值取0.55。</p><p>　　通過(guò)計(jì)算，設(shè)計(jì)條件下S=1.47m，校核條件下S=1.71m，取設(shè)計(jì)條件時(shí)淹沒(méi)度1.85m。校核條件時(shí)淹沒(méi)度為2.05m。</p><p>　　出口淹沒(méi)度取設(shè)計(jì)水位下1.0m。 依此確定倒虹吸進(jìn)口底板高程56.711m，出口底板高程57.355m。</p><p>　　在倒虹吸出口布置工

88、作閘，用來(lái)調(diào)節(jié)總干渠和倒虹吸進(jìn)口水位，倒虹吸小流量輸水時(shí)通過(guò)控制工作閘開(kāi)度調(diào)節(jié)倒虹吸進(jìn)口水位，使倒虹吸進(jìn)口處于淹沒(méi)狀態(tài)。并控制總干渠的輸水量，事故截流和倒虹吸檢修。</p><p>　　4.7.3 倒虹吸管身水力設(shè)計(jì)</p><p>　　對(duì)于渠道倒虹吸以通過(guò)加大流量作為斷面控制條件。本倒虹吸管身斷面按加大流量和分配總水頭確定。</p><p>　　計(jì)算采用了長(zhǎng)委編制

89、的《南水北調(diào)中線工程渠道倒虹吸土建部分初步設(shè)計(jì)大綱》中的有關(guān)方法和公式，水力計(jì)算簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖4－2。</p><p>　?。?）水流通過(guò)倒虹吸的總水頭損失計(jì)算采用以下公式：</p><p>　　△Z＝△Z1+△Z2+△Z3-△Z4</p><p><b>　　式中：</b></p><p>　　△Z1、△Z2、△Z3、△Z4

90、分別表示進(jìn)口漸變段水頭損失、進(jìn)口閘墩引起的水頭損失、進(jìn)口漸變段末端至倒虹吸出口水頭損失、出口閘室和漸變段水面回升值。見(jiàn)圖4－4。</p><p>　　①進(jìn)口漸變段水頭損失△Z1</p><p>　　△Z1=(1+ζ1)（V22 -V12 ）/2g+L1J1</p><p>　　漸變段糙率n取0.015；</p><p>　　ζ1—進(jìn)口漸變段局

91、部水頭損失系數(shù)，取0.15；</p><p>　　L1—進(jìn)口漸變段長(zhǎng)度，L1=35m；</p><p>　　J1—進(jìn)口漸變段平均水力坡降；</p><p>　　V1、V2—進(jìn)口漸變段始、未端流速。</p><p>　?、?進(jìn)口閘墩引起的水頭損失△Z2</p><p>　　△Z2=2k(k+10-0.6)(+154)(V

92、02 )/2g</p><p><b>　　V0—閘槽內(nèi)流速；</b></p><p>　　k—閘墩頭部形狀系數(shù)，對(duì)半圓形取0.9；</p><p>　　—縮窄斷面的流速水頭與水深之比；</p><p>　　—閘墩總厚度與閘室總寬度之比。</p><p>　　③ 進(jìn)口漸變段末端至倒虹吸出口水頭損失

93、△Z3</p><p>　　△Z3＝(V32 -V22 )/2g+(ζ2+ζ3+ζ4+ζ5+2gL3/C2R)(V32 /2g)</p><p>　　V3—管內(nèi)流速(m/s)；</p><p>　　ζ2—進(jìn)管損失系數(shù)，取0.2；</p><p>　　ζ3—出管損失系數(shù)，取ζ3=（1-；</p><p>　　ζ4—彎道損

94、失系數(shù)；</p><p>　　ζ4=0.946sin2(/2)+2.05sin4(/2)，為彎道與軸線夾角；</p><p>　　ζ5—旁通管損失系數(shù)，取0.05/每道；</p><p>　　ζ6—閘槽損失系數(shù)，取0.1/每道；</p><p>　　L3—管道計(jì)算長(zhǎng)度，L3=494m； </p><p>　　C、R—分

95、別為管身段計(jì)算水流的謝才系數(shù)和水力半徑，糙率n取0.014。</p><p>　?、?出口水面回升值△Z4</p><p>　　△Z4=(1-ζ7)×[(V52 -V42)/2g-J2×L5</p><p>　　漸變段糙率n取0.015；</p><p>　　ζ7—出口漸變段損失系數(shù)，取0.25；</p>&

96、lt;p>　　V5—出口漸變段未端流速；</p><p>　　V4—出口漸變段始端流速；</p><p>　　J2—出口漸變段平均水力坡降；</p><p>　　L5—出口漸變段長(zhǎng)度， L5=57m。</p><p>　　表4—6 倒虹吸水力計(jì)算（按加大流量）成果表</p><p>　　上表兩種過(guò)水?dāng)嗝婢鶟M足過(guò)

97、流要求，管身斷面取2×5.1m×5.1m（寬×高）、3×4.3 m×4.3m，進(jìn)一步通過(guò)工程量計(jì)算進(jìn)行比選。</p><p>　　圖4—2 倒虹吸水力計(jì)算示意圖 </p><p>　　4.8 主要建筑物穩(wěn)定結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p><b>　　4.8.1

98、穩(wěn)定計(jì)算</b></p><p>　　4.8.1.1管身穩(wěn)定計(jì)算</p><p>　　倒虹吸管為地下工程，其穩(wěn)定計(jì)算包括兩項(xiàng)內(nèi)容，即管身水平段抗浮穩(wěn)定和進(jìn)出口斜坡段抗滑穩(wěn)定。</p><p><b>　?、拧」苌砜垢?lt;/b></p><p>　　管身抗浮穩(wěn)定計(jì)算公式采用《南水北調(diào)中線工程總干渠渠道倒虹吸土建工

99、程初步設(shè)計(jì)大綱》（2004年3月）推薦的公式計(jì)算。</p><p>　　kW=≥[kW] </p><p><b>　　式中：</b></p><p>　　kW—計(jì)算的抗浮安全系數(shù)；</p><p>　　[kW]—抗浮穩(wěn)定安全系數(shù)，設(shè)計(jì)工況為1.1，校核工況1.05；</p><p>　　

100、G—倒虹吸結(jié)構(gòu)自重；</p><p>　　GE—管段上方回填土石料及砌體重，水下部分用浮重；</p><p>　　Gw—管段內(nèi)部水重，當(dāng)管內(nèi)無(wú)水時(shí)Gw=0；</p><p>　　W—管段所受浮托力。</p><p>　　根據(jù)倒虹吸運(yùn)用情況，管身水平段抗浮穩(wěn)定分別對(duì)管內(nèi)有水河道100年、管內(nèi)無(wú)水河道20年一遇洪水和倒虹吸管單孔檢修河道20年一遇

101、洪水進(jìn)行了不同組合的抗浮穩(wěn)定分析計(jì)算。</p><p>　　荷載組合見(jiàn)表4—7，計(jì)算成果見(jiàn)表4—8。</p><p>　　表4—7 倒虹吸管身抗浮荷載組合表</p><p>　　表4—8 倒虹吸管身抗浮穩(wěn)定成果表</p><p>　　由表4—8看出，抗浮穩(wěn)定均滿足要求。</p><p><

102、b>　?、?斜管段抗滑</b></p><p>　　倒虹吸管身進(jìn)出口斜管段，其坡度與長(zhǎng)度應(yīng)滿足抗滑穩(wěn)定和便于伸縮、沉陷縫的設(shè)置。中易水倒虹吸進(jìn)口斜管段坡度為1：6.757，長(zhǎng)61m，分四段，一段16m，三段15m；出口斜管段坡度為1：6.864，長(zhǎng)66m，分四段，兩段16m，兩段17m?？够€(wěn)定按長(zhǎng)委設(shè)計(jì)大綱中的公式計(jì)算：</p><p>　　Kc=f(WycosWxsi

103、n)/(Wysin+Wxcos)≥［Kc］</p><p><b>　　式中：</b></p><p>　　Kc—抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)，設(shè)計(jì)工況取1.30，校核工況取1.2。；</p><p>　　Wy，Wx—分別為作用在斜管段上的垂直力和水平力；</p><p>　　—斜管段建基面的水平傾角，進(jìn)口段=8.418°

104、，出口段=8.289°；</p><p>　　f—斜管段與建基面之間滑動(dòng)摩擦系數(shù)，考慮最不利工況發(fā)生管段，進(jìn)口坐落于頁(yè)巖上，取0.5，出口坐落于頁(yè)巖和砂礫石上，取0.45。</p><p>　　計(jì)算按管內(nèi)無(wú)水，管外有水的最不利工況計(jì)算，進(jìn)口斜坡段抗滑安全系數(shù)1.225，出口1.278，均滿足抗滑穩(wěn)定要求。</p><p>　　⑶ 管身段地基承載力復(fù)核<

105、;/p><p>　　管身地基應(yīng)力按直線分布，計(jì)算工況取河道無(wú)水，倒虹吸正常輸水；一孔過(guò)水，一孔檢修；兩種工況，計(jì)算成果見(jiàn)下表：4—9。</p><p>　　管身斜管段建基面為礫砂、礫石和強(qiáng)風(fēng)化頁(yè)巖層，承載力標(biāo)準(zhǔn)值為350 kPa，地基承載力設(shè)計(jì)值為516.76 kPa，管身水平段建基面為強(qiáng)風(fēng)化泥灰?guī)r，承載力標(biāo)準(zhǔn)值為800 kPa。從表4—9可以看出，最大地基應(yīng)力均小于地基承載力，不均勻系數(shù)小于

106、2.0，滿足規(guī)范要求。但要求施工回填時(shí)，管身兩側(cè)土方要均勻填筑，夯壓密實(shí)。</p><p>　　4.8.1.2進(jìn)出口閘室穩(wěn)定計(jì)算</p><p>　　倒虹吸進(jìn)出口閘室進(jìn)行了抗浮穩(wěn)定、抗滑穩(wěn)定計(jì)算。</p><p><b>　　計(jì)算方法同前。</b></p><p>　　倒虹吸進(jìn)出口閘室按河道百年洪水計(jì)算，抗浮穩(wěn)定安全系數(shù)

107、分別為1.656、2.022，均滿足要求。</p><p>　　進(jìn)出口檢修閘室抗滑穩(wěn)定計(jì)算工況及成果見(jiàn)表4—10～4—11。</p><p>　　表4-10 進(jìn)口閘室抗滑穩(wěn)定成果表</p><p>　　注：A、B、C、D為閘室底板的四個(gè)角點(diǎn)。</p><p>　　表4-11 出口閘室抗滑穩(wěn)定成果表&

108、lt;/p><p>　　注：A、B、C、D為閘室底板的四個(gè)角點(diǎn)。</p><p>　　以上各工況均滿足規(guī)范要求。</p><p><b>　　4.8.2結(jié)構(gòu)計(jì)算</b></p><p>　　4.8.2.1 管身結(jié)構(gòu)計(jì)算</p><p>　　(1)計(jì)算數(shù)據(jù)和計(jì)算原則</p><p&g

109、t;　　中易水倒虹吸交叉斷面處河槽底高程最高60.000m，回填土高程56.500m。回填土料為原河床開(kāi)挖砂石料。因管身斜坡段最大埋深與水平段考慮回淤后相差無(wú)幾，計(jì)算斷面取管身水平段。</p><p>　　倒虹吸管身荷載計(jì)算參數(shù)取值：覆土厚度根據(jù)運(yùn)用情況按護(hù)砌高度和回淤至原地面分別進(jìn)行了承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)計(jì)算，管頂回填土豎向壓力系數(shù)按覆土厚分別計(jì)算，側(cè)向土壓力采用朗肯主動(dòng)土壓力計(jì)算。</p&

110、gt;<p>　　倒虹吸管結(jié)構(gòu)計(jì)算荷載及組合：</p><p><b>　　基本組合：</b></p><p>　　工況一：管道設(shè)計(jì)水位，河道設(shè)計(jì)水位；</p><p>　　工況二：管道設(shè)計(jì)水位，河道無(wú)水；</p><p>　　工況三：一孔檢修，一孔過(guò)水，河道枯水位；</p><p>

111、;<b>　　特殊組和：</b></p><p>　　工況四：渠道加大水位，河道無(wú)水，地震；</p><p>　　工況五：渠道加大水位，河道校核水位；</p><p>　　工況六：施工完建期；</p><p><b>　?。?）計(jì)算方法</b></p><p>　　洞身結(jié)構(gòu)計(jì)

112、算采用了多孔涵洞內(nèi)力及配筋計(jì)算程序。</p><p>　?、?多孔涵洞內(nèi)力及配筋計(jì)算程序法 </p><p>　　計(jì)算原理沿倒虹吸管道縱向取單位長(zhǎng)度進(jìn)行內(nèi)力有限元分析，按平面問(wèn)題處理，視為彈性地基上的框架，采用文克爾假定，并用初參數(shù)法求解?；炷翉?qiáng)度等級(jí)C30，鋼筋Ⅱ級(jí)。</p><p>　　倒虹吸管身結(jié)構(gòu)斷面進(jìn)行了2孔、3孔的計(jì)算和比選，管身結(jié)構(gòu)尺寸和延米混凝土

113、量見(jiàn)表4—12。</p><p>　　表4—12 管身結(jié)構(gòu)尺寸表</p><p>　　從上表看出，管身采用2孔1聯(lián)工程量、投資較小，因此推薦兩孔5.1×5.1的方案。管身斷面見(jiàn)圖4—5，其荷載及內(nèi)力設(shè)計(jì)值見(jiàn)圖4－5～4－9。</p><p>　　圖4—5 推薦普通混凝土管身斷面圖</p><p>　　圖4—6

114、 管身荷載示意圖</p><p>　　表4－15 管身不同組合跨中、桿端內(nèi)力標(biāo)準(zhǔn)值表（多孔涵洞內(nèi)力有限元程序結(jié)果）</p><p>　　注：表中彎矩頂板、底板下側(cè)受拉為正，側(cè)墻、中墻左側(cè)受拉為正；軸力拉為正，壓為負(fù)；剪力順時(shí)針為正，逆時(shí)針為負(fù)。</p><p>　　表4－16 管身不同組合跨中、桿端內(nèi)力設(shè)計(jì)值表（多孔涵洞內(nèi)力有

115、限元程序結(jié)果）</p><p>　　注：表中彎矩頂板、底板下側(cè)受拉為正，側(cè)墻、中墻左側(cè)受拉為正；軸力拉為正，壓為負(fù)；剪力順時(shí)針為正，逆時(shí)針為負(fù)。</p><p><b>　　4.9治導(dǎo)工程設(shè)計(jì)</b></p><p>　　中易水倒虹吸治導(dǎo)工程即為左右岸導(dǎo)流堤。</p><p>　　4.9.1導(dǎo)流堤設(shè)計(jì)</p>

116、<p>　　為改善行洪口門的水流流態(tài)，經(jīng)工程布置，中易水倒虹吸左右岸均采用曲線型導(dǎo)流堤導(dǎo)流。筑堤材料采用管身段的棄土（以中粗砂、礫砂和砂礫為主），外邊坡坡比為1：2.5。</p><p>　　導(dǎo)流堤的平面形狀采用包爾達(dá)可夫線型的導(dǎo)流堤，整個(gè)堤型由不同半徑及轉(zhuǎn)角組成，由于中易水沒(méi)有通航要求，導(dǎo)流堤型上游由90°圓弧（半徑為R）和半徑為0.33R的 30°圓弧組成。下游由半徑為R的3

117、0°圓弧組成。</p><p>　　2）導(dǎo)流堤的主要半徑R按照《公路橋位勘測(cè)設(shè)計(jì)規(guī)范》JTJ062-91中附18.14式計(jì)算：</p><p><b>　　R＝α·λ·L</b></p><p><b>　　式中：</b></p><p>　　α─系數(shù)，查附表18.6，

118、表中Qn1、Qn2分別為設(shè)計(jì)洪水是天然狀態(tài)下，兩側(cè)渠道所阻斷的較小流量和較大流量。Qn1/Qn2≈1，；取α＝0.6；</p><p>　　λ─系數(shù)，查附表18.5。天然狀態(tài)下，流入口門流量為72.58％，取λ＝0.3968；</p><p>　　L─口門凈寬（m）。</p><p>　　經(jīng)計(jì)算，R＝88.1m，取用R＝100m。</p><p&

119、gt;　　4.9.2導(dǎo)流堤頂面高程的確定</p><p>　　導(dǎo)流堤在倒虹吸軸線處的頂面高程Hmin按下式計(jì)算：</p><p>　　Hmin＝Hp+△Z+he+∑△h+0.25</p><p><b>　　式中：</b></p><p>　　Hmin－導(dǎo)流堤頂面最低高程（m）；</p><p>

120、　　Hp－設(shè)計(jì)水位（m）；</p><p>　　△Z－橋前壅水高度（m）；</p><p>　　he－波浪侵襲高度（m）；</p><p>　　∑△h－諸因素影響水面高的總和，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)按實(shí)際情況取值。</p><p>　　經(jīng)計(jì)算，100年一遇洪水情況下，Hmin為63.89m，300年一遇洪水情況下，Hmin為64.37m。綜合考慮，上游導(dǎo)流