倒虹吸管設(shè)計(jì)模板 全

1、河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)河北工程大學(xué)畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)題 目： 南 水 北 調(diào) 中 線中易水倒虹吸工程設(shè)計(jì)院系名稱： 成教學(xué)院 專業(yè)班級： 2009級水利水電工程學(xué) 號： 06093431666 學(xué)生姓名： 劉文健 指導(dǎo)教師： 路 梅 提交日期： 2011年8月20日 目錄1. 前言32. 設(shè)計(jì)采用的主要規(guī)程、規(guī)范52.1文件依據(jù)52.2執(zhí)行規(guī)范、規(guī)程53. 設(shè)計(jì)概況63.1河道現(xiàn)狀63.2設(shè)計(jì)基本資料.63.2.1倒虹吸設(shè)計(jì)指標(biāo).63.2.2總干渠設(shè)計(jì)指標(biāo).63.2.3交叉斷面天然河道設(shè)計(jì)指標(biāo).73.2.4材料等級.73.2.5地質(zhì)參數(shù).84. 總體設(shè)計(jì)94.1工程等別和標(biāo)準(zhǔn)94.1.1工程等別及建

2、筑物級別94.1.2防洪標(biāo)準(zhǔn)94.1.3地震烈度94.2結(jié)構(gòu)安全指標(biāo)94.3 建筑物軸線選擇104.3.1選線原則104.3.2軸線選擇104.4建筑物長度114.4.1不同口門寬度的壅水計(jì)算114.4.2倒虹吸淺埋護(hù)砌對河道水位影響分析.134.5一般沖刷深度計(jì)算134.5.1 沖刷深度計(jì)算.144.5.2計(jì)算結(jié)果144.6工程布置和主要建筑物型式154.6.1主要建筑物型式154.6.2工程布置174.7 水力設(shè)計(jì)194.7.1 倒虹吸進(jìn)出口漸變段長度194.7.2 倒虹吸進(jìn)出口高程確定194.7.3 倒虹吸管身水力設(shè)計(jì)204.8 主要建筑物穩(wěn)定結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)234.8.1穩(wěn)定計(jì)算234.8.2

3、結(jié)構(gòu)計(jì)算264.9治導(dǎo)工程設(shè)計(jì)414.9.1導(dǎo)流堤設(shè)計(jì)414.9.2導(dǎo)流堤頂面高程的確定414.9.3導(dǎo)流堤的的堤頂寬和邊坡確定414.9.4導(dǎo)流堤的沖刷與防護(hù)設(shè)計(jì).425 節(jié)能設(shè)計(jì).445.1節(jié)能設(shè)計(jì)依據(jù).445.2節(jié)能設(shè)計(jì)原則.445.3節(jié)能設(shè)計(jì).445.3.1節(jié)能分析.445.3.2節(jié)能設(shè)計(jì).446致謝467參考文獻(xiàn)478圖 紙481.前言南水北調(diào)工程中線工程是從漢江上游的丹江口水庫取水，該工程總干渠自河南省安陽市豐樂鎮(zhèn)穿過漳河進(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、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。

4、該工程完工后，既可保證沿線邯鄲、邢臺、石家莊、保定一帶重要城市和工農(nóng)業(yè)基地用水，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)二級外，其他指標(biāo)均符合一級水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，輸水總干渠是新開渠道，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。擬建的中易水渠道倒虹吸位于河北省易縣城南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

5、物，倒虹吸位置見圖1。中易水河是拒馬河的一條支流，全長86km，渠道倒虹吸以上流域面積630.9km2，其中安各莊水庫以上476km2，水庫至渠道倒虹吸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?？偢汕谥辛_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。 圖1 中易水渠道倒虹吸地理位置略圖:公路；2：建筑物位置；3:河流；4:村莊、鄉(xiāng)鎮(zhèn); :總干渠2.設(shè)計(jì)采用的主要規(guī)程、規(guī)范2.1文件依據(jù) (1)南水北調(diào)工程總體規(guī)劃（國家計(jì)委、水利部2002年）及批復(fù)意見(2003年5月)；(2)南水北調(diào)中線京石段應(yīng)急供水工程可

6、行性研究報(bào)告及審查意見（2003年7月）。2.2執(zhí)行規(guī)范、規(guī)程 (1) 水利水電工程初步設(shè)計(jì)報(bào)告編制規(guī)程DL502193(2) 水利水電工程等級劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)SL2522000(3) 防洪標(biāo)準(zhǔn)GB5020194(4) 水利水電工程結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)GB5019994(5) 水工建筑物荷載設(shè)計(jì)規(guī)范DL50771997(6) 水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范SL 1912008(7) 水工建筑物抗震設(shè)計(jì)規(guī)范SL203-97(8) 水工建筑物抗冰凍設(shè)計(jì)規(guī)范SL211-98(9) 水閘設(shè)計(jì)規(guī)范SL2652001(10)渠道防滲工程技術(shù)規(guī)范SL1891(11)灌溉與排水工程設(shè)計(jì)規(guī)范GB5028899(12)渠

7、系工程抗凍脹設(shè)計(jì)規(guī)范SL2391(13)水利水電工程土工合成材料應(yīng)用技術(shù)規(guī)范SL/T2598(14)公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)JTJ00197(15)公路橋位勘測設(shè)計(jì)規(guī)范JTJ06291(16)公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范JTJ02485(17)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范GBJ1788(18)碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范SL2742001(19)水利水電工程進(jìn)水口設(shè)計(jì)規(guī)范SL2852003 3.設(shè)計(jì)概況3.1河道現(xiàn)狀中易水東水冶以上為山區(qū)河道，在安各莊水庫上游有8條較大支流，最大支流長18.5km，河底平均縱坡27，為卵石河床。自水庫壩址至東水冶，河長16km，該河段河底縱坡為3.62.3，為砂卵石河床，河道寬度呈上寬下窄，

8、安各莊附近河段，河寬10002000m，至北盤石河寬縮窄為500m左右，至東水冶處河寬僅有300m。從東水冶以下至中高村河段，地勢明顯降低，河道進(jìn)入丘陵地帶，逐漸展寬為10002000m，河床有150300m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。19771978年，保定地區(qū)曾對西水冶到易縣、定興縣界河段進(jìn)行了整治，開挖了寬100m、深1.2m的中心河槽，灘地外筑堤，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170021

9、00m3/s，定興段主槽較窄，泄量為1200m3/s。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；對部分險(xiǎn)工及靠近村莊的河段采取干砌石護(hù)坡等。 3.2設(shè)計(jì)基本資料 3.2.1倒虹吸設(shè)計(jì)指標(biāo)設(shè)計(jì)流量 60m3s 加大流量 70m3s進(jìn)口設(shè)計(jì)水位 63.714m出口設(shè)計(jì)水位 63.507m進(jìn)口加大水位 64.017m出口加大水位 63.811m地震設(shè)防烈度 7度 3.2.2總干渠設(shè)計(jì)指標(biāo)倒虹吸上游連接渠道底高程 59.414m倒虹吸上游渠道設(shè)計(jì)水深

10、 4.3m 倒虹吸上游渠道加大水深 4.603m 倒虹吸下游連接渠道底高程 59.207m倒虹吸下游渠道設(shè)計(jì)水深 4.3m倒虹吸下游渠道加大水深 4.603m渠道底寬 7.5m渠道內(nèi)邊坡 1：2.5渠道底縱坡 倒虹吸上游渠段126000下游渠段125000渠道左、右岸一級馬道寬 5.0m 一級馬道高程 倒虹吸進(jìn)口65.414m出口65.207m3.2.3交叉斷面天然河道設(shè)計(jì)指標(biāo)100年一遇洪峰流量 3176m3s300年一遇洪峰流量 4054m3s100年一遇洪水位 59.700m300年一遇洪水位 59.970m河槽底高程 56.500m 3.2.4材料等級3.2.4.1強(qiáng)度等級倒虹吸管身段

11、普通混凝土C30 閘室混凝土C30漸變段、擋土墻混凝土C20素混凝土墊層C10普通受力鋼筋級 3.2.4.2抗?jié)B等級倒虹吸管身及進(jìn)出口漸變段混凝土W63.2.4.3抗凍等級倒虹吸管身混凝土F50進(jìn)出口漸變段、閘室混凝土F1503.2.4.4混凝土物理力學(xué)指標(biāo)混凝土重度24kNm3鋼筋混凝土重度25kNm33.2.5地質(zhì)參數(shù)3.2.5.1天然地基滲透系數(shù) 67100md承載力建議值：中粗砂 200kPa礫 砂 300 kPa礫 石 350kPa強(qiáng)風(fēng)化頁巖 350kPa泥灰?guī)r 800kPa內(nèi)摩擦角：中粗砂 30°礫 砂 30°礫 石 33°摩擦系數(shù)建議值：混凝土與礫石

12、、礫砂 0.45混凝土與強(qiáng)風(fēng)化頁巖 0.50常年地下水位： 56.80058.000m建議臨時(shí)邊坡：礫砂、礫石 1：1.51.75泥灰?guī)r 1：0.753.2.5.2回填砂石料濕密度 20.5kNm3浮密度 11.5kNm3內(nèi)摩擦角 30°4.總體設(shè)計(jì)4.1工程等別和標(biāo)準(zhǔn)4.1.1工程等別及建筑物級別根據(jù)南水北調(diào)中線工程的規(guī)模和水利水電工程等級劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)（SL2522000），確定南水北調(diào)中線工程為等工程，中易水渠道倒虹吸主體工程建筑物級別為1級；附屬工程包括河道治導(dǎo)建筑物級別為3級，臨時(shí)工程包括導(dǎo)流圍堰等建筑物級別為4級。4.1.2防洪標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和總干渠的工程等別和建筑物級

13、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。中易水倒虹吸交叉斷面以上河道流域面積為630.9 km2，其中安各莊水庫控制流域面積476 km2，交叉斷面至安各莊水庫區(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。4.1.3地震烈度根據(jù)中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖（GB183062001）及中國地震局分析預(yù)報(bào)中心2003年11月對南水北調(diào)中線工程地震動參數(shù)評價(jià)成果，本工程所在地區(qū)屬地震基本穩(wěn)定區(qū)，地震動峰值加速度

14、G為0.1g，相當(dāng)于地震基本烈度7度；地震動反應(yīng)譜特征周期（中硬場地）S為0.40s。根據(jù)水工建筑物抗震設(shè)計(jì)規(guī)范（SL20397），中易水倒虹吸工程地震設(shè)計(jì)烈度7度。4.2結(jié)構(gòu)安全指標(biāo)倒虹吸管身環(huán)境條件類別 二類倒虹吸漸變段、閘室環(huán)境條件類別 二類主體結(jié)構(gòu)系數(shù)d=1.2主體結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)0=1.1結(jié)構(gòu)自重作用（荷載）分項(xiàng)系數(shù)Q=1.05主體結(jié)構(gòu)靜內(nèi)水壓力作用（荷載）分項(xiàng)系數(shù)Q=1.05主體結(jié)構(gòu)靜外水壓力作用（荷載）分項(xiàng)系數(shù)Q=1.0擋土結(jié)構(gòu)(閘室、擋土墻) 土壓力作用（荷載）分項(xiàng)系數(shù)Q=1.2管身結(jié)構(gòu)土壓力作用（荷載）分項(xiàng)系數(shù)Q=1.1(0.9)永久作用（荷載）分項(xiàng)系數(shù)G=1.05(0.95)

15、預(yù)應(yīng)力作用（荷載）分項(xiàng)系數(shù)G=1.05(0.95)其它可變作用（荷載）分項(xiàng)系數(shù)Q=1.2工程結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、安全系數(shù)見表41表41 工程結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、安全系數(shù)表荷載組合抗滑穩(wěn)定抗浮穩(wěn)定最大地基應(yīng)力/最小地基應(yīng)力基本組合1.351.12.0特殊組合1.21.052.5管身普通混凝土荷載效應(yīng)的長期效應(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。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（SL2652001）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。4.3 建

16、筑物軸線選擇4.3.1選線原則中易水倒虹吸是南水北調(diào)中線總干渠上的一座建筑物，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：（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。（2）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)條件相對較好的地段布設(shè)渠線。（3）盡量避開居民點(diǎn)、工礦企業(yè)、重點(diǎn)文物及軍事設(shè)施。（4）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。4.3.2軸線選擇按上述原則，南水北調(diào)中線總干渠中易水段線路對兩個(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。方案一，線路

17、從裴山后繞到山前向西繞過中羅村，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。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。方案二與方案一相比，具有線路短，順直的優(yōu)點(diǎn)，但是，方案二線路灘地段長，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。

18、表42 中易水段渠線方案比較表方案長度(m)倒虹吸長度(m)土方開挖(萬m3)石方開挖(萬m3)土方回填(萬m3)混凝土襯砌(萬m3)拆遷(畝)穿鐵路建筑物長(m)永久占地(畝)工程量及投資方案一6584.561218.65.4210.43.7無無646較小方案二5099.3612303.365.755.94.960.2300755較大4.4建筑物長度根據(jù)對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，對口門寬度進(jìn)行了300、370、400、500m四各方案比較

19、。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有一定的壅高。通過常規(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)的壅水長度和沖刷深度，分述如下：4.4.1不同口門寬度的壅水計(jì)算計(jì)算采用1992年出版的公路橋位勘測設(shè)計(jì)規(guī)范中的公式。最大壅水高度計(jì)算公式：式中：最大壅水高度(m)；系數(shù)，與建筑物阻斷流量有關(guān)，參照表43選用。表43 值選用表河灘路堤阻斷流量與設(shè)計(jì)流量比值（%）<1011-3031-50>500.050.070.100.15參照表42，中易水倒虹吸各方案值均為0.07。倒虹吸

20、布置后斷面平均流速(m/s)，；QP設(shè)計(jì)流量（m3/s）；j建筑物過水?dāng)嗝婷娣e（m2）；天然河道建筑物范圍內(nèi)平均流速（m/s）；天然河道斷面平均流速（m/s）；壅水長度計(jì)算公式：式中：L壅水長度(m)；最大壅水高度（m）；I水面比降。根據(jù)以上計(jì)算公式，對四個(gè)方案分別進(jìn)行計(jì)算，成果列于表44。表44 中易水倒虹吸不同口門寬度水位流量關(guān)系表口門寬度重現(xiàn)期設(shè)計(jì)流量天然水位壅水高度壅高水位壅水長度（m）（a）（m3/s）（m）（m）（m）（m）500300410359.97 0.6460.61 534100317659.70 0.5060.20 41650236959.43 0.3659.79 297

21、20168359.39 0.1959.58 156400300410359.97 1.0060.97 833100317659.70 0.7960.49 65850236959.43 0.5860.01 48320168359.39 0.3259.71 263370300410359.97 1.1961.16 988100317659.70 0.9460.64 78050236959.43 0.6960.12 57820168359.39 0.3659.75 300300300410359.97 1.6261.59 1350100317659.70 1.2860.98 106750236959

22、.43 0.9660.39 80020168359.39 0.5159.90 4254.4.2倒虹吸淺埋護(hù)砌對河道水位影響分析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。通過分析估算，100年和300年一遇洪水條件下交叉斷面主河槽沖刷面積在480m2左右，當(dāng)主槽糙率調(diào)整為0.0500.055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

23、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。4.5 一般沖刷深度計(jì)算4.5.1 沖刷深度計(jì)算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，本次采用長江委推薦的“641”公式，其形式如下：式中：hpm沖刷后最大水深(m)；Qp設(shè)計(jì)流量（m3/s）；L建筑物凈過水長度(m)；hm沖刷前最大水深(m)；斷面平均水深(m)；河床質(zhì)平均粒徑(mm)；E與汛期含沙量有關(guān)的系數(shù)，當(dāng)汛期含

24、沙量S>10kg/m3時(shí)，E=0.86；A單寬流量壓縮系數(shù)；B河槽寬度，即通過造床流量時(shí)的水面寬度(m)；造床流量對應(yīng)的平均水深(m)。4.5.2計(jì)算結(jié)果根據(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。成果見表45。表45 中易水倒虹吸沖刷深度成果表重現(xiàn)期(a)現(xiàn)狀河底高程（m）倒虹吸不同口門寬度沖刷深度（m）500m400m370m300m30056.46.817.147.247.481006.156.426.506.70505.605.815.886.04204.234.434.484.624.6工程布置和主要建筑物型式4.6

25、.1主要建筑物型式4.6.1.1交叉建筑物型式的確定 中易水交叉建筑物型式選擇考慮了以下幾個(gè)因素。 (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。 (2)從水位關(guān)系看，渠河交叉部位總干渠設(shè)計(jì)水位為63.71463.507m；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。(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

26、懸移質(zhì)，過管水流流速大于渠道流速，不會引起渠倒虹嚴(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。 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。 (1)“深埋”方案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，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，勢必造成大量的巖石開挖。同時(shí)由于埋深達(dá)7.74m，管壁也將相應(yīng)加厚

27、好多。因此，深埋方案無論從施工難度和工程造價(jià)上都很高。(2)“淺埋加防護(hù)”方案“淺埋加防護(hù)”方案不必將倒虹吸管身埋置于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。(3) 管頂埋置深度推薦方案兩方案相比，從工程安全考慮，高標(biāo)準(zhǔn)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洪水流速，也是安全

28、可靠的；從施工難度考慮，由于工程區(qū)域巖基出露在48.050.0m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，勢必造成大量的巖石開挖，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，土石方開挖回填量少?！吧盥瘛狈桨腹鼙诤瘢潦介_挖回填較大。因此，在安全可靠的前提下，“淺埋”方案無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。4.6.1.2 進(jìn)出口漸變段型式選擇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

29、失對建筑物總水頭損失影響很小，對管身過水?dāng)嗝嬗绊懮跷ⅲM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，對結(jié)構(gòu)斷面影響甚微，故采用直線扭曲面漸變段形式。4.6.1.3 管身斷面型式選擇倒虹吸管身斷面有多種型式可供選擇，通過篩選，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。從工程布置和工程施工的角度分析，圓形斷面管道濕周小，過水能力大，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

30、形斷面，水流條件較好，一般適用于無壓水流條件，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。箱形斷面具有形狀規(guī)則，結(jié)構(gòu)簡單，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。4.6.1.4 管身結(jié)構(gòu)型式選擇倒虹吸管身結(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，但由于預(yù)應(yīng)力方案工期長，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

31、。4.6.1.5 治導(dǎo)建筑物型式選擇中易水總寬約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3176m3s，主槽流量為2316m3s，灘地流量為860m3s。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)公路橋位勘測設(shè)計(jì)規(guī)范JTJ06291要求應(yīng)設(shè)置導(dǎo)流堤。中易水兩側(cè)有灘且基本為對稱分布，根據(jù)公路橋位勘測設(shè)計(jì)規(guī)范倒虹吸兩側(cè)布置對稱的曲線形導(dǎo)流堤。4.6.2工程布置4.6.2.1 總體布置倒虹吸起止樁號為411+026411+638，起點(diǎn)座標(biāo)x=4349203.841，y=623

32、929.610；終點(diǎn)座標(biāo)x=4349814.776，y=623965.684。建筑物軸線長612m。4.6.2.2 建筑物布置（1）倒虹吸主體工程由進(jìn)口漸變段、進(jìn)口閘室段、管身段、出口閘室段、出口漸變段五部分組成。進(jìn)口漸變段樁號411+026411+061，長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)2.50，底寬7.511.2m，底部高程59.41456.711m，縱坡112.949，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。漸變段一級馬道高程65.414m。漸變段側(cè)墻設(shè)上下兩層逆止式排水孔，直徑10

33、0，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。進(jìn)口閘室段由樁號411+061411+071，長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，先小開度開啟進(jìn)口檢修閘門充水平壓后再關(guān)閉出口工作閘門，開啟進(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

34、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)放置于門庫中，采用2×100kN電動葫蘆起吊。門庫布置在閘室左側(cè)，地下結(jié)構(gòu)，長16.1 m，寬4.5 m，高9.3m。管身段由樁號411+071411+563，長492m。管身為兩孔一聯(lián)的鋼筋混凝土箱形結(jié)構(gòu)，單孔過水?dāng)嗝娉叽?.1m×5.1m，每1015m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61m，縱坡16.757；管身水平段長365m；出口反坡段長66m，縱坡16.864。管身進(jìn)出口底高程分別為56.711m、57.

35、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411+132及樁號411+497處設(shè)集水井，供檢修抽水。 出口閘室段樁號411+563411+581，長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。閘室為開敞式鋼筋混凝土整體式結(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×

36、160kN液壓啟閉機(jī)，閘門高度6.7m；檢修閘門為平面滑動疊梁門，閘門總高度6.6m，分3節(jié)，平時(shí)放置于門庫中，采用2×50kN電動葫蘆起吊。門庫布置在閘室左側(cè)，地下結(jié)構(gòu)，長16.1 m，寬4.5 m，高8.4m。出口漸變段由樁號411+581411+638，長57m。該段結(jié)構(gòu)型式與進(jìn)口漸變段相同，邊坡系數(shù)02.5，底寬11.27.5m，底部高程為57.355m59.207m，縱坡1:30.778。漸變段一級馬道高程為65.207m。邊墻設(shè)逆止式排水孔。（2）河道治導(dǎo)建筑物 為改善河道行洪口門的流態(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。由于中易水沒有通航

37、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10.0m，厚1m。 （3）口門防護(hù)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126m，上下游各63m，厚0.

38、5m，之外為20m長的鋼筋石籠護(hù)底，上游后1m，下游厚2m?？陂T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。4.7 水力設(shè)計(jì)4.7.1 倒虹吸進(jìn)出口漸變段長度為了使通過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。其長度按經(jīng)驗(yàn)公式確定 L=C(B1-B2)式中：C系數(shù)，進(jìn)口取1.52.5，出口取2.53.5；B1渠道水面寬；B2漸變段縮窄端水面寬。按推薦斷面（2孔1聯(lián)）計(jì)算，進(jìn)、出口漸變段長取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。4.7.2 倒虹吸進(jìn)出口高程確定為保證倒虹吸進(jìn)口在設(shè)計(jì)條

39、件下的淹沒進(jìn)流狀態(tài)，進(jìn)口淹沒度依據(jù)水利水電工程進(jìn)水口設(shè)計(jì)規(guī)范（SL2852003）確定，水位變動幅度取0.3m。計(jì)算公式采用戈登公式:，c值取0.55。通過計(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)淹沒度1.85m。校核條件時(shí)淹沒度為2.05m。出口淹沒度取設(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。在倒虹吸出口布置工作閘，用來調(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)通過控制工作閘開度調(diào)節(jié)倒虹吸進(jìn)口水位，使倒虹吸進(jìn)口處于淹沒狀態(tài)。并控制總干渠的輸水量，事故截流和倒虹吸檢修。4.7.3 倒虹吸管身水力設(shè)計(jì)對于渠道倒

40、虹吸以通過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。 計(jì)算采用了長委編制的南水北調(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)算簡圖見圖42。 （1）水流通過倒虹吸的總水頭損失計(jì)算采用以下公式： ZZ1+Z2+Z3-Z4式中：Z1、Z2、Z3、Z4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。見圖44。進(jìn)口漸變段水頭損失Z1 Z1=(1+1)（V22 -V12 ）/2g+L1J1漸變段糙率n取0.015；1進(jìn)口漸變段局部水頭損失系數(shù)，取0.15；L1進(jìn)口漸變段長度，L1=35m

41、；J1進(jìn)口漸變段平均水力坡降； V1、V2進(jìn)口漸變段始、未端流速。 進(jìn)口閘墩引起的水頭損失Z2 Z2=2k(k+10w-0.6)(a+15a4)(V02 )/2g V0閘槽內(nèi)流速； k閘墩頭部形狀系數(shù)，對半圓形取0.9； w縮窄斷面的流速水頭與水深之比； a閘墩總厚度與閘室總寬度之比。 進(jìn)口漸變段末端至倒虹吸出口水頭損失Z3 Z3(V32 -V22 )/2g+(2+3+4+5+2gL3/C2R)(V32 /2g) V3管內(nèi)流速(m/s)； 2進(jìn)管損失系數(shù)，取0.2；3出管損失系數(shù)，取3=（1-；4彎道損失系數(shù)； 4=0.946sin2(q/2)+2.05sin4(q/2)，q為彎道與軸線夾角；

42、 5旁通管損失系數(shù)，取0.05/每道；6閘槽損失系數(shù)，取0.1/每道； L3管道計(jì)算長度，L3=494m； C、R分別為管身段計(jì)算水流的謝才系數(shù)和水力半徑，糙率n取0.014。 出口水面回升值Z4 Z4=(1-7)×(V52 -V42)/2g-J2×L5漸變段糙率n取0.015；7出口漸變段損失系數(shù)，取0.25；V5出口漸變段未端流速； V4出口漸變段始端流速； J2出口漸變段平均水力坡降；L5出口漸變段長度， L5=57m。表46 倒虹吸水力計(jì)算（按加大流量）成果表孔數(shù)每孔尺寸（寬×高）加大設(shè)計(jì)流量（m3/s）管內(nèi)流速（m/s）加大流速下水頭損失（m）Z1Z2Z

43、3Z4Z25.1×5.1701.370.0070.0130.17900.19834.3×4.3701.30-0.0060.0160.1860.0070.203上表兩種過水?dāng)嗝婢鶟M足過流要求，管身斷面取2×5.1m×5.1m（寬×高）、3×4.3 m×4.3m，進(jìn)一步通過工程量計(jì)算進(jìn)行比選。31 圖42 倒虹吸水力計(jì)算示意圖 4.8 主要建筑物穩(wěn)定結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)4.8.1穩(wěn)定計(jì)算4.8.1.1管身穩(wěn)定計(jì)算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。管身抗浮管身抗浮穩(wěn)定計(jì)算公式采用南水北調(diào)中

44、線工程總干渠渠道倒虹吸土建工程初步設(shè)計(jì)大綱（2004年3月）推薦的公式計(jì)算。kW=kW 式中：kW計(jì)算的抗浮安全系數(shù)；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；G倒虹吸結(jié)構(gòu)自重；GE管段上方回填土石料及砌體重，水下部分用浮重；Gw管段內(nèi)部水重，當(dāng)管內(nèi)無水時(shí)Gw=0；W管段所受浮托力。根據(jù)倒虹吸運(yùn)用情況，管身水平段抗浮穩(wěn)定分別對管內(nèi)有水河道100年、管內(nèi)無水河道20年一遇洪水和倒虹吸管單孔檢修河道20年一遇洪水進(jìn)行了不同組合的抗浮穩(wěn)定分析計(jì)算。荷載組合見表47，計(jì)算成果見表48。表47 倒虹吸管身抗浮荷載組合表荷載組合荷 載備注自重內(nèi)水重外水重土重?fù)P壓力1.管內(nèi)有水，河道300年

45、洪水河道洪水位61.490m，河底護(hù)砌高程56.500m2. 管內(nèi)無水，河道20年洪水河道洪水位59.680m，河底護(hù)砌高程56.500m3. 單孔檢修河道20年一遇洪水河道洪水位59.680m，河底護(hù)砌高程56.500m表48 倒虹吸管身抗浮穩(wěn)定成果表計(jì)算工況工況1工況2工況3抗浮穩(wěn)定安全系數(shù)2.0781.5331.806由表48看出，抗浮穩(wěn)定均滿足要求。 斜管段抗滑倒虹吸管身進(jìn)出口斜管段，其坡度與長度應(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61m，分四段，一段16m，三段15m；出口斜管段坡度為1：6.864，長66m，分四段，兩段16m，兩段

46、17m?？够€(wěn)定按長委設(shè)計(jì)大綱中的公式計(jì)算： Kc=f(Wycosa-Wxsina)/(Wysina+Wxcosa)Kc式中：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。； Wy，Wx分別為作用在斜管段上的垂直力和水平力； a斜管段建基面的水平傾角，進(jìn)口段a=8.418°，出口段a=8.289°；f斜管段與建基面之間滑動摩擦系數(shù)，考慮最不利工況發(fā)生管段，進(jìn)口坐落于頁巖上，取0.5，出口坐落于頁巖和砂礫石上，取0.45。計(jì)算按管內(nèi)無水，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。 管身段地基承載力復(fù)核管身地基

47、應(yīng)力按直線分布，計(jì)算工況取河道無水，倒虹吸正常輸水；一孔過水，一孔檢修；兩種工況，計(jì)算成果見下表：49。計(jì)算工況最大地基應(yīng)力（kPa）最小地基應(yīng)力（kPa）不均勻系數(shù)渠道正常輸水，河道無水308.45308.451.0單孔檢修，考慮回淤316.45189.181.67管身斜管段建基面為礫砂、礫石和強(qiáng)風(fēng)化頁巖層，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49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)。4.8.1.2進(jìn)出口

48、閘室穩(wěn)定計(jì)算倒虹吸進(jìn)出口閘室進(jìn)行了抗浮穩(wěn)定、抗滑穩(wěn)定計(jì)算。計(jì)算方法同前。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)分別為1.656、2.022，均滿足要求。進(jìn)出口檢修閘室抗滑穩(wěn)定計(jì)算工況及成果見表410411。表4-10 進(jìn)口閘室抗滑穩(wěn)定成果表工況抗滑安全系數(shù)地基應(yīng)力ABCD不均勻系數(shù)基本組合渠道正常輸水，河道無水30.9313.912.3212.3213.91.13渠道正常輸水，河道100年一遇洪水219.698.118.119.691.20特殊組合渠道加大流量，河道300年一遇洪水18.799.487.827.829.481.21渠道加大流量，河道無水28.9814.1712.5112.5114.171.13施工完建期，河道無水22228.767.507.508.761.17閘門一孔檢修，河道20年洪水3.8211.897.869.5910.161.51注：A、B、C、D為閘室底板的四個(gè)角點(diǎn)。表4-11 出口閘室抗滑穩(wěn)定成果表工況抗滑安全系數(shù)地基應(yīng)力ABCD不均勻系數(shù)基本組合渠道正常輸水，河道無水78.01 14.69 12.74 12.74 14.69 1.15渠道正常輸水，河道100年一遇洪水49.82 9.74 7.78 7.789.74 1.25 特殊組合渠道正常輸水，河道300年一遇洪水47.09 9.25 7.307.30 9.25 1