工程規模及總體布置
4.1基本資料
4.1.1TRANBBS設計依據
某某縣某某倒虹吸管整險加固工程可行性研究報告的設計依據文件為:
①《灌區水工建筑物--倒虹吸管》第二版
②《水利水電工程TRANBBS施工組織設計規范》（SPT338-89）
③《水利建設項目經濟評價規范》（SL72-94）
④《湖北省觀音寺灌區續建配套與節水改造TRANBBS規劃報告》
⑤《某某縣1997～2010年水利建設規劃》
⑥《某某倒虹吸管第二期工程(1974-1975)》(四湖管理段檔案)
4.1.2工程等級與建筑物級別
根據本階段確定的水文資料、基本選定的工程規模和效益，參照現行《水利水電樞紐工程等級及設計標準》，按規范規定確定工程等別為三等，建筑物級別為三級。
4.1.3設計基本資料
①進口渠底高程：29.09米,進口水位:32.09米,水深:3.0米;
②出口渠底高程:28.79米,出口水位:31.59米,水深:2.8米,水頭差:0.5米；
③設計流量:Q=25.46m3/s;
④管道布設形式:現澆五孔七節淺埋式倒虹吸管，現場澆注，每節8—15米，分七節，接縫增設止水鐵片和橡皮止水袋，管壁厚采用0.25米。
⑤倒虹吸管與西干渠水流方向的夾角: 66°30′
⑥攔污柵的能量損失：
ξ柵= β（s/b）4/3sinα
式中：α=60°?? sinα=0.866
b:欄桿的間距采用15cm
S：柵條厚度為10 cm
β:取值1.79
則ξ柵=0.12
⑦進口能量損失:采用ξ進=0.35
? 彎段能量損失:采用ξ彎=0.2
? 出口能量損失:采用ξ出=1.0
⑧地震烈度為6度,不設防。
4.2工程布置和結構計算
4.2.1 工程布置
某某倒虹吸管整險加固工程將分別對進口段、管道段及出口段進行整治。
一、進口段整治，為攔截渠道內較大的漂浮物，并保障人畜安全，在管道進口的工作閘門前布設活動式攔污柵，柵條與水平面夾角為60°，柵條間距為15cm。
二、管道段整治，對已發生各種裂縫，接頭錯位，導致跑水漏水的管節進行拆除，重新制模和澆筑，由地基沉降不均產生的基礎剪切破壞，采取穩妥有效的地基處理方法進行處理。
三、根據西干渠現有設計資料，原設計西干渠渠堤寬度總長為102m，而實際施工總長為87m，致使下游閘室占據了西干渠左岸人行過往路面，造成附近村民的TRANBBS交通不便利。為解決現有存在的問題，出口段整治下游接長15米。
4.2.2結構計算
1、設計說明及資料：
1）、根據管身縱向布置，共分七節，以第一節、第五節為設計依據。
2）、管身應力分析按剛性弧形管座支承考慮
3）、資料：
采用現澆圓涵管，管壁厚25cm，建筑材料及力學性質：
砼C20軸心受壓極限強度Ru=145kg/cm2
軸心受拉極限強度Rl=17.5kg/cm2
建筑物等級為三級
2、荷載計算：（第五節管的荷載計算）
1）、管自重：G=2πr1rδ
式中：r：圓管平均半徑=1.25M
r1：管材的容重=2.5T/M3
δ：管壁厚=0.25M
∴G=2×3.14×1.25×2.5×0.25=4.91T/M
?? 2）、管內水壓力：
A、??? 無水頭管內滿管時靜水壓力：
G水=πr20r水??
式中：r0管的內半徑=1.0M
r水=水的容重=1.0T/M
∴G水=3.14×1.02×1.0=3.14T/M
B、???????????? 均勻內水壓力，即作用與管頂的水頭H的壓力Pπp，上游水位（渠道）32.09M，對管中心24.80M時的水頭差H=32.09-24.80=7.28M
∴Pπp=Hr水=7.28×1.0=7.28
3）、管外水壓力：
A、?? 無水頭靜水壓力：
G水′=πr21rk=3.14×1.252×1.0=4.91
式中：r1：管壁外半徑=1.25M
B、?? 水頭壓力：在西干渠正常排水位29.55時，對管內無水時的壓力。
H′=29.55-24.80=4.75M
∴Pπp′= H′r=4.75×1.0=4.75T
當西干渠發生最低水位27.55時對管身壓力
H″=27.55-24.80=2.75M
∴Pπp″= H″r=2.75×1.0=2.75T
4）、垂直土壓力：按上埋式考慮
GB=KHr3HD1
式中：KH—上埋式水管壓力集中經系數=1.15
r3—覆蓋層填料：? 回填土容重=2.0T/M
H—管頂覆蓋層高度0.5M
D1—圓管的外徑=2.5M
?∴GB=1.0×（2×0.3+2.2×0.2）×2.5=2.60T
5）、管頂以下環向垂直土壓力，即半圓的土壓力：
GB=r3（hb-π/4D1）×1/2
=2.0（2.5×2.5-3.14/4×2.52）1/2=1.34
6）、側土壓力??? 取Φ=20°
qc=r3Hctg2（45°-Φ/2）
式中：tg2（45°-Φ/2）=0.49
Hc—圓管中心至填土表面高度=1.75M
∴qc=2.0×1.75×0.49=1.72T/M
3、內力計算：
????? 內力計算：在外荷載管自重、水重、水頭壓力、垂直土壓力，側土壓力等作用下，管壁三個截面點的內力計算于下，
?????? ?Mi=M′Gir N=N′Gi
?????? 式中：G—任一種荷重的合力
?r—圓管的平均半徑=1.25M
M′—彎矩系數（見克列恩著“地下管計算”p79頁表）
??????? N′—軸向力系數（同上）
????? 第五節管計算情
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況：
①???? 管自重
MA=MA′Gr=0.051×4.91×1.25=0.313
MB=MB′Gr=0.0525×4.91×1.25=0.322
MB=MB′Gr=-0.0589×4.91×1.25=-0.361
NA=NA′G=0.299×4.91=1.468
NB=NB′G=-0.0196×4.91=-0.096
NG=NG′G=0.25×4.91=1.23
②管內水壓力：
A靜水壓力即管內滿管水的靜水壓力：
MA=MA′G水r=0.051×3.14×1.25=0.2
MB=MB′G水r=0.0525×3.14×1.25=0.206
MB=MB′G水r=-0.0589×3.14×1.25=-0.23
NA=NA′G水=-0.179×3.14=-0.56
NB=NB′G水=-0.179×3.14=-0.56
NG=NG′G水=-0.0686×3.14=-0.215
?????????? B、水頭壓力：
NA=NB=NB=-p0r=-7.28
③管外水壓力：
A、靜水壓力：
MA=MA′G水′r=-0.051×4.91×1.25=-0.313
MB=MB′G水′r=0.0525×4.91×1.25=-0.322
MB=MB′G水′r=0.0589×4.91×1.25=0.361
NA=NA′G水′=0.179×4.91=0.88
NB=NB′G水′=0.179×4.91=0.88
NG=NG′G水′=0.0686×4.91=0.34
?B、水頭壓力
NA=NB=NB=p0′r=4.75×1.0=4.75
當西干渠最低水位時：
NA=NB=Ng=p0″r=2.75×1.0=2.75
④???? 垂直均勻土壓力：管頂線上的壓力：
MA=M′GB′r=0.106×2.6×1.25=0.34
MB=M′GB′r=0.123×2.6×1.25=0.4
MB=M′GB′r=-0.122×2.6×1.25=-0.4
NA=N′GB=0.272×2.6=0.71
NB=N′GB=0.007×2.6=0.018
NG=N′GB=0.50×2.6=1.3
⑤管頂線以下環向土壓力：管上腔內回填土重：
MA=M′GB′r=0.083×1.34×1.25=0.14
MB=M′GB′r=0.058×1.34×1.25=0.1
MB=M′GB′r=-0.094×1.34×1.25=-0.16
NA=N′GB′=0.321×1.34=0.43
NB=N′GB′=-0.042×1.34=-0.056
NG=N′GB′=0.50×1.34=0.67
⑥???? 側土壓力：采用2α=135°時
MA=-0.117GG′r=-0.117×1.72×1.25=-0.25
MB= -0.157GG′r=-0.157×1.72×1.25=-0.34
MB= 0.152GG′r=0.152×1.72×1.25=0.33
NA= 0.326GG′=0.326×1.72=0.56
NB= 0.674GG′=0.674×1.72=1.16
NG= 0
4、????????????? 配筋計算：
管壁厚h=25cm,保護層a=a′=5cm,
h0=h-a=25-5=20 cm
根據管身受力計算結果，受拉鋼筋截面積As均大于5 cm2,故內外層鋼筋都采用5Φ12，As=5.65 cm2,縱向分布鋼筋采用Φ10@250。
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