地下鋼筋混凝土壓力管道設(shè)計(jì)大綱

1、FJDFJD34180水利水電工程技術(shù)設(shè)計(jì)階段地下鋼筋混凝土壓力管道設(shè)計(jì)大綱范本水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化信息網(wǎng)1998年8月工程技術(shù)設(shè)計(jì)階段地下鋼筋混凝土壓力管道技郵大綱主編單位:主編單位總工程師：參編單位:主要編寫人員：軟件開發(fā)單位：軟件編寫人員：勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院年一月1. 引言42. 設(shè)計(jì)依據(jù)文件和規(guī)范43. 基本資料44. 設(shè)計(jì)原則與假定65. 設(shè)計(jì)工作內(nèi)容與方法76. 專題研究197. 工程量計(jì)算198. 應(yīng)提供的設(shè)計(jì)成果201引言工程位于,是以為主，等綜合利用的水利水電樞紐工程。上水庫(kù)(或上水池)正常蓄水位m、壩高m;下水庫(kù)(或下水池)正常蓄水位m、壩高m;地下鋼筋混凝土壓力管道(或稱高

2、壓管道)靜水頭m、最大水錘壓力增值m>總水頭m;管道直徑m>管道長(zhǎng)度m,管道條。提示：尚可根據(jù)情況，簡(jiǎn)述本電站的規(guī)模，在電力系統(tǒng)中的作用等。本工程初步設(shè)計(jì)于年月審查通過(guò)。2改計(jì)依據(jù)文件和規(guī)范2.1 有關(guān)本工程的文件(1)工程可行性研究報(bào)告；(2)工程可行性研究報(bào)告審批文件;(3)工程初步設(shè)計(jì)報(bào)告;(4)工程初步設(shè)計(jì)報(bào)告審批文件;(5)專題報(bào)告。2.2 主要設(shè)計(jì)規(guī)范(1)SDJ1278(2)SDJ2078水利水電樞紐工程等級(jí)劃分及設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)(山區(qū)、丘陵區(qū)部分)(試行)及補(bǔ)充規(guī)定水工鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范(試行)(3)SD13484水工隧洞設(shè)計(jì)規(guī)范(試行)(4)SD14485水電站壓力鋼

3、管設(shè)計(jì)規(guī)范(試行)(5)DL/T5058-1996水電站調(diào)壓室設(shè)計(jì)規(guī)范(6)(88)水規(guī)設(shè)字第8號(hào)水利水電工程設(shè)計(jì)工.以量計(jì)言規(guī)七3基本資料3.1 工程等皺及建筑物皴別(1)根據(jù)SDJ1278表1確定本工程為令工程。(2)根據(jù)地下鋼筋混凝土壓力管道在電站樞紐工程中所處的位置及其重要性，壓力管道為級(jí)建筑物。3.2 水文與氣象資料(1)水庫(kù)(水池)水溫與氣溫，如表1。范本是按SDJ20-78編寫的，如用新規(guī)范SL/T191-96(或DL/T5057-1996),則有關(guān)內(nèi)容需作相應(yīng)修改。項(xiàng)目與位置月份多年平均123456789101112月平均氣溫上水庫(kù)（上水池）下水庫(kù)（下水池）月平均水溫上水庫(kù)（上

4、水池）下水庫(kù)（下水池）（2）上水庫(kù)（上水池）與下水庫(kù)（下水池）的水位-流量美.系曲線。3.3 高壓管道區(qū)域的地形，地質(zhì)資料3.3.1 向北管沮區(qū)域的地族資料高壓管道區(qū)域的地形圖（1/10001/2000）：3.3.2 高壓管道區(qū)域相*工程地質(zhì)資料（1）地質(zhì)平、剖面圖（1/10001/500）：（2）圍巖分類及巖體物理力學(xué)指標(biāo)，見(jiàn)表2；i表2高壓管道圍巖分類及巖體物理力學(xué)指標(biāo)表項(xiàng)目名稱圍巖類別In圍巖性狀巖體特征斷層出露寬度比，（以10m洞長(zhǎng)計(jì)）巖石強(qiáng)度單軸飽和抗壓強(qiáng)度RwMPa巖體完整性地震波縱波速度Vp,m/s巖體完整性系數(shù)Kv裂隙發(fā)育組數(shù)裂隙發(fā)育頻率，條/m巖體質(zhì)量指標(biāo)RQD%巖體物理力學(xué)

5、指標(biāo)動(dòng)彈模日，MPa靜彈模Eo,MPa靜變模Ed,MPa飽和容重丫w,kN/ni泊桑比（j.抗拉弓1度T,MPa彈性抗力系數(shù)隕，MPa抗剪斷強(qiáng)度f(wàn)C',MPa(3)1)實(shí)測(cè)地應(yīng)力資料(測(cè)試方法，地應(yīng)力數(shù)值與方位、傾角)；2)-3皿1用海,產(chǎn)資用二(4)(；川片；迪M的地溫號(hào)別，.(5)木工三地比基本烈度為與，總兀管力設(shè)防烈交為改。3.3.3 高壓管道區(qū)域用"水文地質(zhì)資料高壓管道圍巖水文地質(zhì)指標(biāo)，見(jiàn)表3：表3高田管道圍霜水文地質(zhì)指標(biāo)巖石類別單位吸水量，L/(minm-m)滲透系數(shù)，m/s說(shuō)明：表中的數(shù)字均為巖體的單位吸水量及滲透系數(shù)。3.4 建筑材料物理力學(xué)性質(zhì)建筑材料的物理力

6、學(xué)性質(zhì)參數(shù)，見(jiàn)表4：表4建筑材料物國(guó)力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)材料名稱標(biāo)號(hào)或等級(jí)容重，kN/m3靜彈模，Mpa泊桑比抗壓強(qiáng)度，Mpa抗拉強(qiáng)度，MPa混凝土鋼筋噴混凝土3.5襯砌糙率3.6管道開挖及海凝土襯砌的加工方法3.7引水系統(tǒng)水力(水力過(guò)渡過(guò)程)計(jì)算結(jié)果提示：關(guān)于高壓管道在不同工況下的壓力、流量、流速等。4設(shè)計(jì)原則與假定4.1 設(shè)計(jì)原則(1)高壓管道的設(shè)計(jì)，除執(zhí)行本大綱外，還應(yīng)符合有關(guān)規(guī)程、規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定和要求。(2)高壓管道設(shè)計(jì)應(yīng)做到因地制宜、技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、運(yùn)行安全可靠。(3)設(shè)計(jì)前應(yīng)注重調(diào)查研究、深入現(xiàn)場(chǎng)，認(rèn)真收集和分析研究有關(guān)工程地質(zhì)、水文地質(zhì)、地應(yīng)力、地形地貌等設(shè)計(jì)資料。4.2 設(shè)計(jì)假定

7、4.2.1 鋼筋混凝土襯砌的作用(1)使管道表面平整，減少糙率；(2)名總1；節(jié)北牌或與I；廣共同出受外水，內(nèi)水下力及中臺(tái)荷載：(3)為高”:里#凳提/t微將漿用的佗置(4)減少內(nèi)水外遞,4.2.2 若高壓管道圍巖的巖性質(zhì)量好，襯砌開裂后，內(nèi)水外滲不致危及圍巖及相鄰建筑物的安全時(shí)，可假定圍巖承受絕大部分的內(nèi)水壓力，其數(shù)值可通過(guò)有限元分析或變形協(xié)調(diào)條件推導(dǎo)的公式求得。鋼筋的作用主要是限制混凝土裂縫開展寬度，同時(shí)只承受極小的內(nèi)水壓力,即按限裂設(shè)計(jì)。4.2.3 高壓固結(jié)灌漿，除了起到加固圍巖、防止高壓水沿構(gòu)造帶滲流的作用外，作用在混凝土襯砌的有效預(yù)壓應(yīng)力，將鋼筋應(yīng)力限制在一定的范圍內(nèi)，使在內(nèi)水壓力作

8、用下的混凝土襯砌的裂縫開展寬度得到控制。上述預(yù)壓應(yīng)力在縫寬計(jì)算時(shí)不予考慮。此外，對(duì)高壓管道圍巖應(yīng)力釋放區(qū)的高壓固結(jié)灌漿，將使管道圍巖的地應(yīng)力得到調(diào)整，起到加強(qiáng)圍巖與混凝土襯砌的聯(lián)合作用。高壓灌漿產(chǎn)生的對(duì)混凝土襯砌及灌漿區(qū)圍巖的預(yù)壓應(yīng)力作用、以及有利的地應(yīng)力調(diào)整，增加了高壓管道的安全度。5設(shè)計(jì)工作內(nèi)容與方法5.1 地卜一鋼筋混凝上壓力管道設(shè)置條件及位置選擇5.1.1 B二恫通混雄土.力管.道設(shè)置條件(1)高壓管道處的地質(zhì)條件良好。深埋在巖體中，圍巖較完整，大部分屬I、n類圍巖。(2)高壓管道上覆圍巖厚度，應(yīng)滿足上抬理論的要求。對(duì)高壓管道沿線圍巖覆蓋厚度的校核，可參照下述經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行。1)公式1(

9、見(jiàn)圖1):rRcos:CRM式中：CRm最小巖層覆蓋厚度；hs管內(nèi)靜水頭；丫w水谷重；丫R巖石容重；1113 山體平均坡角；K設(shè)計(jì)采用的安全系數(shù)(K>1.1)2)公式2(見(jiàn)圖2):CrvK0(2)CRH-2Crv式中：Crv最小垂直巖層覆蓋厚度；Gh最小水平巖層覆蓋厚度；hs靜水頭；丫W(wǎng)水谷重；K)大于1的安全系數(shù)，對(duì)不襯砌管道，K)宜取1.5：圖2(3)高壓管道區(qū)的最小地應(yīng)力，宜大于高壓管道的靜水頭，但經(jīng)過(guò)論證其最小地應(yīng)力可接近高壓管道靜水頭。(4)圍巖的透水性小。4 .1.2高壓管道位置選擇(1)高壓管道的線路，應(yīng)綜合考慮地形、地質(zhì)、水力學(xué)、施工、運(yùn)行、樞紐總布置等各種因素，通過(guò)可能

10、方案的綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較選定。(2)在滿足樞紐總布置要求的條件下，高壓管道的管線宜選在地質(zhì)構(gòu)造簡(jiǎn)單、巖體完整穩(wěn)定、巖石堅(jiān)硬、上覆巖層厚度大、水文地質(zhì)條件有利及施工方便的地區(qū)。(3)高壓管道的管線與巖層、構(gòu)造斷裂面及主要軟弱帶，應(yīng)盡量具有較大的夾角。在整體塊狀結(jié)構(gòu)的巖體中，其夾角不宜小于30°在層狀巖體中，其夾角一般不宜小于45高地應(yīng)力地區(qū)的高壓管道，從圍巖穩(wěn)定考慮，宜使管線與最大水平地應(yīng)力方向一致或盡量減小其夾角。(4)相鄰兩鋼筋混凝土襯砌的高壓管道間的巖體厚度，應(yīng)根據(jù)布置需要、地質(zhì)條件、施工方法與運(yùn)行條件(一管有水、鄰管無(wú)水)等因素，綜合分析決定。對(duì)一管有水、鄰管無(wú)水的運(yùn)行條件，宜通

11、過(guò)滲流場(chǎng)分析，確定兩管間的巖體厚度。(5)管線在平面上應(yīng)盡可能布置為直線，如由于布置或其它原因采取曲線時(shí)，則應(yīng)采用較小的轉(zhuǎn)角，彎曲半徑不宜小于5倍管徑。當(dāng)轉(zhuǎn)角大于15°時(shí)，應(yīng)從施工要求考慮加大彎曲半徑(如針梁模板，在大于上述轉(zhuǎn)角時(shí)，彎曲半徑不宜小于100m)。(6)管身段必須設(shè)置豎曲線時(shí)，豎曲線半徑不宜小于5倍管徑。此外，布置豎曲線時(shí)，應(yīng)考慮采用的施工方法。(7)高壓管道的縱坡，應(yīng)根據(jù)水利樞紐的總體布置、底部高程、地形與高壓管道埋深要求的關(guān)系，以及施工和檢修條件等諸因素綜合考慮確定。沿程縱坡不宜變化過(guò)多，應(yīng)避免設(shè)置反坡。(8)由于高壓管道結(jié)構(gòu)是按限制裂縫開展寬度計(jì)算的，故此高壓管道的

12、位置應(yīng)與地下廠房等建筑物保持一定距離，以保證高壓管道混凝土襯砌開裂后產(chǎn)生的滲流，對(duì)上述建筑物不會(huì)產(chǎn)生有害的影響。鋼筋混凝土高壓管道與廠房之間宜布置一段鋼管，以達(dá)到上述目的。5.2地下鋼筋混凝土壓力管道的水力計(jì)算及橫斷面尺寸(管徑)決定5.2.1 水力前(1)水力計(jì)於是管道設(shè)中的甲M下之一，由以二代。計(jì)算的內(nèi)容有:1)過(guò)流能力：2)水頭后失：3)水力過(guò)渡過(guò)程計(jì)算，其計(jì)算工況包括：按上游水庫(kù)正常蓄水位和電站機(jī)組滿載發(fā)電運(yùn)行時(shí)丟棄全部負(fù)荷作為設(shè)計(jì)情況；按上游設(shè)計(jì)洪水位滿載發(fā)電時(shí)丟棄全部負(fù)荷情況作為校核情況。對(duì)抽水蓄能電站，除計(jì)算上述發(fā)電工況外，還應(yīng)計(jì)算上、下游水庫(kù)正常蓄水位電站滿載抽水丟棄全負(fù)荷的情

13、況，以確定尾水壓力管道的最大內(nèi)水壓力。此外，還應(yīng)研究高壓管道充水、放水和流態(tài)等水力現(xiàn)象。(2)高壓管道的過(guò)流能力，應(yīng)根據(jù)水流條件按有壓管道計(jì)算。(3)高壓管道的水頭損失，可按壓力管道用伯努利能量方程計(jì)算其沿程損失及局部損失。對(duì)抽水蓄能電站，應(yīng)分別計(jì)算發(fā)電工況及抽水工況的水頭損失。5.2.2斷面尺寸(管徑)決定(1)高壓管道的斷面尺寸(即管徑)，應(yīng)作為引水系統(tǒng)的一部分，進(jìn)行經(jīng)濟(jì)管徑計(jì)算，即根據(jù)管道工程費(fèi)用和能量損失費(fèi)用之和為最低的原則分析決定。(2) A.I-：甘也尼冰沛希速，在發(fā)_L加或袖米_L的情必此I在行泗流速的市blV5.3地F綱筋混凝土壓力管道結(jié)樹計(jì)算5.3.1 泥凝土討網(wǎng)與度鋼筋混凝

14、土高壓管道的襯砌厚度，應(yīng)根據(jù)強(qiáng)度、構(gòu)造要求、并結(jié)合施工方法分析決定。其中抗外壓要求的混凝土襯砌厚度，按厚壁圓筒公式計(jì)算，詳見(jiàn)圖3。切向應(yīng)力de為:21aa122qb一i看當(dāng)丫=a時(shí)，切向應(yīng)力d0最大，即2二-%一-aqb(5)b=a12qb用(4)式，可求出當(dāng)外壓作用在混凝土襯砌外邊緣時(shí),(6)所需的襯砌厚度(b-a)0式中：be可取混凝土抗壓強(qiáng)度，用負(fù)值代入;qb為外壓，包括放空管道檢修時(shí)的外水壓力與作用在混凝土襯砌上的高壓灌漿產(chǎn)生的有效預(yù)壓應(yīng)力之和。圖3厚壁圓筒承受外壓樂(lè)的應(yīng)力沿壁厚分布5.3.2 5載作用在襯砌上的荷載，按其作用的情況，分為基本荷載和特殊荷載兩類。(1)基本荷載長(zhǎng)期或經(jīng)常

15、作用在襯砌上的荷載，如設(shè)計(jì)條件下的內(nèi)水壓力(水庫(kù)正常蓄水位及調(diào)壓室中產(chǎn)生最高涌浪時(shí)，相應(yīng)管道內(nèi)的水壓力，由水道水力過(guò)渡過(guò)程計(jì)算確定)、穩(wěn)定滲流情況下的地下水壓力、圍巖壓力、襯砌自重、高壓固結(jié)灌漿對(duì)襯砌產(chǎn)生的有效預(yù)壓應(yīng)力等。(2)特姝荷載出現(xiàn)機(jī)遇較少的，不經(jīng)常作用在襯砌上的荷載，如校核洪水位時(shí)的內(nèi)水壓力和相應(yīng)的地下水壓力、施工荷載、溫度荷載、灌漿壓力及地震荷載等。提示：(1)外水壓力當(dāng)高壓管道上部設(shè)有排水廊道時(shí)，其檢修狀態(tài)下管道襯砌所承受的外水壓力，應(yīng)根據(jù)排水廊道的高程與位置予以折減。一般情況下排水廊道高程以下的外水壓力按全水頭考慮，排水廊道高程以上者應(yīng)按圍巖類別進(jìn)行折減。(2)襯砌自重當(dāng)內(nèi)水壓

16、力或外水壓力遠(yuǎn)大于襯砌自重時(shí)，為簡(jiǎn)化計(jì)算，可忽略混凝土襯砌自重影響5.3.3 苛找那.會(huì)計(jì)算荷載應(yīng)根據(jù)上列兩類荷載同時(shí)存在的可能性，分別組合為基本組合和特殊組合兩類。在襯砌計(jì)算中應(yīng)采取各自最不利的組合情況，并分別采用不同的安全系數(shù)，其值按SDJ20-78規(guī)定采用。5.3.4 轉(zhuǎn)向公析方法的選取提示：(1)高壓管道結(jié)構(gòu)計(jì)算，在本階段可根據(jù)圍巖的分類、荷載作用形式與施工條件等，選用結(jié)構(gòu)力學(xué)法、彈性力學(xué)法及有限元方法分析。一般情況下，管道四周的圍巖穩(wěn)定性較差，自承力越差，越宜采用偏于安全的方法(如結(jié)構(gòu)力學(xué)法)分析。當(dāng)用結(jié)構(gòu)力學(xué)法分析無(wú)法滿足裂縫開展寬度時(shí)，可按實(shí)際的地質(zhì)斷面進(jìn)行高壓管道的有限元分析。

17、(2)當(dāng)靜水頭不按邊界力處理而按滲透場(chǎng)考慮時(shí)，應(yīng)作專題研究。上述處理方法僅適用于I、口類圍巖為主的管道段。5.3.5 卜冽山浪漫土島I卜管道始構(gòu)分析5.3.5.1 高壓管道的翎筋布置由于高壓管道常有較大的埋深，一般來(lái)說(shuō)其配筋量是按限裂計(jì)算確定的，通常采用在內(nèi)層布置單層鋼筋的辦法控制混凝土的裂縫寬度。如果布置兩層鋼筋，亦宜將兩層鋼筋均布置在襯砌內(nèi)側(cè)。5.3.5.2 用結(jié)構(gòu)力學(xué)法考慮高壓管道混凝土襯砌開裂的鋼筋面積計(jì)算按SD134-84仃美公式計(jì)兌。(1)在I、n類圍巖白管道，直徑D小于6m時(shí)，只按內(nèi)水壓力作用的襯砌靜力計(jì)算公式計(jì)10.01ogPVi100K0*m算鋼筋面積:KoW0.0001Eg

18、g(8)m乜nEh(9)式中：fbgRg-內(nèi)圈環(huán)向鋼筋面積，鋼筋的允許應(yīng)力，-鋼筋的設(shè)計(jì)強(qiáng)度，kRg心上用_2,cm/m;2kN/cm;N/cm2;(10)Eh=0.85EhKg鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的強(qiáng)度安全系數(shù);P均勻內(nèi)水壓力，kN/cm2;EgK0roEh-鋼筋的彈性模量，kN/c圍巖的單位彈性抗力系數(shù)，k-高壓管道混凝土襯砌內(nèi)半徑；高壓管道混凝土襯砌外半徑；-混凝土彈性模量，kN/c2N/c2,E'h考慮混凝土開裂的彈塑性模量，k2Nl/cm。按(7)式計(jì)算的鋼筋面積f不得小于襯砌最小配筋率。鋼筋應(yīng)力校核，按下面(11)式計(jì)算：gi用(11)式計(jì)算出鋼筋應(yīng)力Pi100Ko*m0.0

19、1fK0.i0.01Eg二g(11)bgi后，再按SDJ20-78復(fù)核混凝土裂縫開展寬度。(2)在LT類代*的高壓管道，百?gòu)紻大丁6m或通過(guò)出、IV類圍巖的高壓管道,在內(nèi)水壓力作用下，按(7)式計(jì)算鋼筋截面積。其它荷載作用下，鋼筋面積按式最后疊加。其值不得小于襯砌結(jié)構(gòu)的最小配筋率。Nho2Mf=2兒%(12)計(jì)算,(12)式中：h0襯砌的有效厚度，cm;2N-除內(nèi)水壓力以外的其它荷載產(chǎn)生的軸向力總和,使襯砌斷面受壓應(yīng)力者為正,kN;M-除內(nèi)水壓力以外的其它荷載產(chǎn)生的彎矩總和，其符號(hào)，使襯砌內(nèi)表面受拉應(yīng)力的彎矩2M為正，kN-按式(13)校核鋼筋應(yīng)力:P,i100Ko，m0.01f.Ko.i-&

20、#39;、Nh02M午g2h0*fg(13)0.01Eg用(13)式計(jì)算出鋼筋應(yīng)力bg后，再按SDJ20-78復(fù)核混凝土襯砌裂縫開裂寬度。5.3.5.35.3.5.4鋼筋混凝土襯砌最大裂縫寬度允許值，按SDJ2078表10規(guī)定執(zhí)行。用變形協(xié)調(diào)及彈性力學(xué)公式，結(jié)合鋼筋混凝土限裂計(jì)算，確定橫截面鋼筋面積（1）用變形協(xié)調(diào)條件推導(dǎo)圍巖承受的內(nèi)水壓力計(jì)算式：承受內(nèi)水壓力前、后的襯砌，其相應(yīng)變形（變形前及變形后）詳見(jiàn)圖1）變形協(xié)調(diào)條件：4。式中：dctc+tr+Z0=Zs+（tc-dc）+（t為灌漿后混凝土襯砌的壓縮變形；-為松動(dòng)圈圍巖的壓縮變形。(14)2）鋼筋的總徑向變形為:(15)3）上述各量值的表

21、達(dá)式:PRRsPrRrRsAs*EsAs*Es(16)dcPrRr,皆(1)Er2(17)PRsRrPrRrs*ln(r)-rr*ln(E0RsEcRr)Rs(18)Pr*Rrdr=rr*ln(Er1R0)Rr(19)4）在內(nèi)水壓力作用下即可推導(dǎo)出高壓管道圍巖承受的壓力Pr：Pr=P，RsR1Rr*ln()AsEsEcRsRrRsRs-ln(AsEsEcRrRrRsEr1ln(W)RrRrEr2(1,)(20)以上式中：P內(nèi)水壓力；Pr圍巖承受的內(nèi)水壓力；R襯砌（混凝土）內(nèi)半徑；R受力鋼筋內(nèi)半徑；R管道開挖半徑；R管道開挖半徑加上松動(dòng)圈深度；As每米長(zhǎng)（沿管軸線方向）配置鋼筋面積;Es鋼筋彈模

22、；Eo混凝土彈模；Er圍巖松動(dòng)區(qū)彈模；Er2圍巖非松動(dòng)區(qū)彈模；i/Ml7二：徑向裂量圖4變形前及變形后的襯砌(2)按照SDJ20-78中的限裂計(jì)算式，在確定縫寬8f,max后，假設(shè)某一配筋量(沿管軸線方向1m長(zhǎng)的配筋量)，可求出相應(yīng)的鋼筋工作應(yīng)力bg,采用公式如下：二g一二0,.4；,max='(-"-0.7104)lf(21)Eglf(61id)(22)_RL(23)2J。g以上式中：1f平均裂縫間距，cm;少裂縫間縱向受拉鋼筋應(yīng)變不均勻系數(shù)，當(dāng)<0.3時(shí)，取少=0.3;a1、a2計(jì)算系數(shù)，可按下列數(shù)值取用，軸心受拉：oci=0.16,002=0.56。高壓管道鋼筋混

23、凝土襯砌按軸心受拉考慮；bg環(huán)形受拉鋼筋實(shí)際應(yīng)力；受力鋼筋直徑，cm;科一一受力鋼筋的配筋率，科=Ag/A(Ag為全部受力鋼筋截面面積，A為混凝土橫截面有效面積)；Rf一一混凝土抗裂設(shè)計(jì)強(qiáng)度；V與受力鋼筋表面形狀有關(guān)的系數(shù)，螺紋鋼筋取V=0.7,光面鋼筋取V=1.0;b0鋼筋初始應(yīng)力，高壓管道結(jié)構(gòu)(T0=2000kN/cm2o(3)假定某一配筋量Ag,在滿足縫寬8fmax要求的條件下，其鋼筋的應(yīng)力bg值亦可由美國(guó)混凝土協(xié)會(huì)刊物用224.2R-86"受拉構(gòu)件的混凝土裂縫寬度”求出。8fmax=0.0145bg(dcAc)1/3-10-3(24)Ac=2dcS(25)式中：8fmax裂縫

24、寬度，mm;bg鋼筋應(yīng)力，MPadc鋼筋重心至混凝土邊緣距離，dc=混凝土保護(hù)層厚度+4/2;()鋼筋直徑，mm;S鋼筋間距，mm。(4)計(jì)算步驟(參見(jiàn)圖5):1)用(21)式或(24)式求出滿足裂縫開展寬度8fmax要求的某一配筋量A式沿管軸線長(zhǎng)1m)相應(yīng)的鋼筋應(yīng)力2)鋼筋承受的內(nèi)水壓力值P's：.二g,Ag(26)Ps二-Rs圖53)根據(jù)力的平衡條件，求出滿足混凝土縫寬8fmax要求，需加在襯砌外側(cè)的灌漿有效預(yù)壓應(yīng)力值Pb為：(27)PR_Ps.Rs-PrPb=R式中：P內(nèi)水壓力；P's鋼筋承受的內(nèi)水壓力；Pr管周圍巖承受的內(nèi)水壓力;Rr管道開挖半徑；R管道襯砌內(nèi)半徑；Rr

25、鋼筋內(nèi)行。5.3.5.5用仃限兀法泓行舟；不管道紀(jì)檢分析提示：(1)對(duì)于通過(guò)斷層的高壓管道,用結(jié)構(gòu)力學(xué)法或彈性力學(xué)法,都無(wú)法模擬斷層的位置及產(chǎn)狀規(guī)模，只能將管周的圍巖類別降低，當(dāng)作全部為斷層區(qū)相應(yīng)的IV類或W類圍巖。這樣的假設(shè)與實(shí)際情況出入較大，計(jì)算結(jié)果配筋量過(guò)大，且不一定能滿足水工鋼筋混凝土限裂要求。(2)用有限元模型可以模擬斷層的位置及產(chǎn)狀規(guī)模、斷層圍巖及襯砌的物理力學(xué)性質(zhì)、鋼筋數(shù)量、圍巖加固情況等因素對(duì)結(jié)構(gòu)的影響。(1)有限元模型模擬高壓管道可分為二維有限元及三維有限元模型。二維有限元模型采用平面應(yīng)變單元模擬襯砌圍巖及斷層；三維有限元模型用厚殼等參單元模擬襯砌、圍巖及斷層。鋼筋、巖石錨桿

26、等均可用桿單元模擬。平面有限元計(jì)算網(wǎng)格參見(jiàn)圖6、圖7。圖6圖7斷層（2）二維有限元模型的計(jì)算結(jié)果與三維相比較偏于安全。一般情況下，高壓管道穿越斷層的結(jié)構(gòu)計(jì)算是高壓管道結(jié)構(gòu)分析的難點(diǎn)，上述問(wèn)題可用二維有限元模型解決。（3）用二維有限元模型進(jìn)行高壓管道穿越斷層區(qū)域的內(nèi)水壓力作用下的結(jié)構(gòu)分析步驟如下：1）將管道開挖后實(shí)測(cè)的斷層位置（或由地質(zhì)鉆孔等方法確定的斷層位置）投影到橫斷面上，形成包括圍巖、斷層、混凝土襯砌、鋼筋等單元的有限元網(wǎng)格。上述網(wǎng)格除鋼筋用桿單元外，其余均用平面應(yīng)變單元。2）將內(nèi)水壓力按面力處理作用在混凝土襯砌內(nèi)表面，求出混凝土襯砌單元的主拉應(yīng)力值。3）如果襯砌單元的主拉應(yīng)力值大于混凝土

27、的極限抗拉強(qiáng)度，則認(rèn)為混凝土已開裂。4）用各向異性材料單元輸入混凝土開裂的單元，其中與裂縫垂直方向的混凝土彈模取一較小的值，計(jì)算出在內(nèi)水壓力作用下鋼筋單元應(yīng)力及圍巖應(yīng)力值。5）用最大的鋼筋單元應(yīng)力值代入SDJ20-78裂縫開展寬度計(jì)算式，可求出混凝土縫寬，此縫寬應(yīng)在允許值內(nèi)，否則加大配筋重算。6）計(jì)算圍巖的地應(yīng)力（通過(guò)模型邊界加荷的辦法實(shí)現(xiàn)，此時(shí)混凝土襯砌應(yīng)輸入一個(gè)很小彈模，以視無(wú)地應(yīng)力作用在襯砌上）。7）地應(yīng)力與內(nèi)水壓力在圍巖所引起的應(yīng)力疊加，如果疊加后仍為壓應(yīng)力，則內(nèi)水壓力不會(huì)產(chǎn)生圍巖的水力致裂現(xiàn)象。提示：圖6、圖7為廣州抽水蓄能電站高壓管道通過(guò)斷層帶的平面有限元計(jì)算網(wǎng)格，供參考。5.4工

28、程措施5.4.1 升斗采用光面爆破技術(shù)，減少由于爆破引起的圍巖松動(dòng)圈的深度。對(duì)通過(guò)斷層區(qū)域，應(yīng)采取埋設(shè)巖石錨桿等有效的支護(hù)措施。5.4.2 次漿(1)鋼筋混凝土襯砌的頂部，必須回填灌漿。(2)回填灌漿的范圍，一般在頂拱中心角90。120。以內(nèi)，其目的在于填補(bǔ)頂拱由于混凝土澆筑不滿而留下的空隙。故其灌漿孔深均以打穿混凝土遇到空腔為準(zhǔn)，若無(wú)空腔時(shí)則伸入巖石5cm以上。(3)高壓管道，一般情況下應(yīng)進(jìn)行固結(jié)灌漿。特別是對(duì)穿越斷層的高壓管道，更應(yīng)做好對(duì)管道周斷層區(qū)域的固結(jié)灌漿，以提高該區(qū)域圍巖的整體性及抗?jié)B性。固結(jié)灌漿是加固穿越斷層區(qū)域的高壓管道的主要工程措施，增大混凝土襯砌厚度及增加配筋量與灌漿相比為

29、次要工程措施。(4)對(duì)高水頭、大洞徑的高壓管道的固結(jié)灌漿，一般宜分兩步，即淺孔低壓固結(jié)灌漿及深孔高壓固結(jié)灌漿。提示：(1)淺孔低壓固結(jié)灌漿的目的有三點(diǎn):一是處理混凝土與巖石之間的接觸縫隙,使之接觸緊密；二是加固因爆破而產(chǎn)生的松動(dòng)圈；三是為深孔高壓固結(jié)灌漿較為堅(jiān)固的塞位。其壓力為1MPk2MPa,孔深223m(包括混凝土襯砌厚)。淺孔固結(jié)灌漿，排間、排內(nèi)不分序，但應(yīng)從底拱孔先開灌。宜將本區(qū)段孔全部鉆好才開灌，以利于排氣及漿液擴(kuò)散。灌漿過(guò)程中如發(fā)生串漿現(xiàn)象則不堵塞串漿孔，而把主灌孔移至串漿孔施灌，若多孔串漿則聯(lián)灌。(2)深孔高壓灌漿，按排間分序，排內(nèi)分序，即分奇數(shù)孔及偶數(shù)孔，從底拱灌至頂拱。最大灌漿壓力宜等于或略大于高壓管道靜水頭。5 5)水'K驗(yàn)U為了確定灌漿效果，宜在淺孔固結(jié)灌漿前進(jìn)行較低壓力的水壓試驗(yàn)，在深孔高壓灌漿后進(jìn)行與高壓灌漿壓力相近的水壓試驗(yàn)。上述壓水試驗(yàn)宜在水壓試驗(yàn)孔進(jìn)行。建議當(dāng)吸水率LuV2時(shí)，可認(rèn)為合格，孔段合格率應(yīng)在80%A上。6 .4.3防滲與排水(1)高壓管道的防滲與排水設(shè)計(jì)，應(yīng)根據(jù)管道沿線圍巖的工程地質(zhì)、水文地質(zhì)、設(shè)計(jì)條件，綜合分析選用堵(如襯砌、灌漿)、截(設(shè)置防滲帷幕)、排(排水廊道、排水孔)等措施，以改善襯砌結(jié)構(gòu)和圍巖的工作條件。(2)對(duì)于外水壓力控制襯砌設(shè)計(jì)的高壓管道，應(yīng)研究設(shè)置排水措施，以減小外水壓力。但應(yīng)注意圍巖可承受的水力梯度，