工程規(guī)模及總體布置
4.1基本資料
4.1.1TRANBBS設(shè)計(jì)依據(jù)
某某縣某某倒虹吸管整險(xiǎn)加固工程可行性研究報(bào)告的設(shè)計(jì)依據(jù)文件為:
①《灌區(qū)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(shè)計(jì)規(guī)范》（SPT338-89）
③《水利建設(shè)項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)規(guī)范》（SL72-94）
④《湖北省觀音寺灌區(qū)續(xù)建配套與節(jié)水改造TRANBBS規(guī)劃報(bào)告》
⑤《某某縣1997～2010年水利建設(shè)規(guī)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(jí)與建筑物級(jí)別
根據(jù)本階段確定的水文資料、基本選定的工程規(guī)模和效益，參照現(xiàn)行《水利水電樞紐工程等級(jí)及設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》，按規(guī)范規(guī)定確定工程等別為三等，建筑物級(jí)別為三級(jí)。
4.1.3設(shè)計(jì)基本資料
①進(jìn)口渠底高程：29.09米,進(jìn)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(shè)計(jì)流量:Q=25.46m3/s;
④管道布設(shè)形式:現(xiàn)澆五孔七節(jié)淺埋式倒虹吸管，現(xiàn)場(chǎng)澆注，每節(jié)8—15米，分七節(jié)，接縫增設(shè)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(jìn)口能量損失:采用ξ進(jìn)=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(shè)防。
4.2工程布置和結(jié)構(gòu)計(jì)算
4.2.1 工程布置
某某倒虹吸管整險(xiǎn)加固工程將分別對(duì)進(jìn)口段、管道段及出口段進(jìn)行整治。
一、進(jìn)口段整治，為攔截渠道內(nèi)較大的漂浮物，并保障人畜安全，在管道進(jìn)口的工作閘門前布設(shè)活動(dòng)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(duì)已發(fā)生各種裂縫，接頭錯(cuò)位，導(dǎo)致跑水漏水的管節(jié)進(jìn)行拆除，重新制模和澆筑，由地基沉降不均產(chǎn)生的基礎(chǔ)剪切破壞，采取穩(wěn)妥有效的地基處理方法進(jìn)行處理。
三、根據(jù)西干渠現(xiàn)有設(shè)計(jì)資料，原設(shè)計(jì)西干渠渠堤寬度總長(zhǎng)為102m，而實(shí)際施工總長(zhǎng)為87m，致使下游閘室占據(jù)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(xiàn)有存在的問題，出口段整治下游接長(zhǎng)15米。
4.2.2結(jié)構(gòu)計(jì)算
1、設(shè)計(jì)說明及資料：
1）、根據(jù)管身縱向布置，共分七節(jié)，以第一節(jié)、第五節(jié)為設(shè)計(jì)依據(jù)。
2）、管身應(yīng)力分析按剛性弧形管座支承考慮
3）、資料：
采用現(xiàn)澆圓涵管，管壁厚25cm，建筑材料及力學(xué)性質(zhì)：
砼C20軸心受壓極限強(qiáng)度Ru=145kg/cm2
軸心受拉極限強(qiáng)度Rl=17.5kg/cm2
建筑物等級(jí)為三級(jí)
2、荷載計(jì)算：（第五節(jié)管的荷載計(jì)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(nèi)水壓力：
A、??? 無(wú)水頭管內(nèi)滿管時(shí)靜水壓力：
G水=πr20r水??
式中：r0管的內(nèi)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(nèi)水壓力，即作用與管頂?shù)乃^H的壓力Pπp，上游水位（渠道）32.09M，對(duì)管中心24.80M時(shí)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(wú)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(shí)，對(duì)管內(nèi)無(wú)水時(shí)的壓力。
H′=29.55-24.80=4.75M
∴Pπp′= H′r=4.75×1.0=4.75T
當(dāng)西干渠發(fā)生最低水位27.55時(shí)對(duì)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(jīng)系數(shù)=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(huán)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(cè)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(nèi)力計(jì)算：
????? 內(nèi)力計(jì)算：在外荷載管自重、水重、水頭壓力、垂直土壓力，側(cè)土壓力等作用下，管壁三個(gè)截面點(diǎn)的內(nèi)力計(jì)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(shù)（見克列恩著“地下管計(jì)算”p79頁(yè)表）
??????? N′—軸向力系數(shù)（同上）
????? 第五節(jié)管計(jì)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(nèi)水壓力：
A靜水壓力即管內(nèi)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(dāng)西干渠最低水位時(shí)：
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(huán)向土壓力：管上腔內(nèi)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(cè)土壓力：采用2α=135°時(shí)
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(jì)算：
管壁厚h=25cm,保護(hù)層a=a′=5cm,
h0=h-a=25-5=20 cm
根據(jù)管身受力計(jì)算結(jié)果，受拉鋼筋截面積As均大于5 cm2,故內(nèi)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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