箱形暗涵渠道设计Word文件下载.docx

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但经勘测后发现，三清干渠CH26+674处渠底高程为，而小海子水库丰稔干渠放水洞高程为，相差。

经计算，要满足三清干渠从水库引水，水库水位高程必须达到，此时水库最大水深，相应库容为240万m3。

同时，由于5～7月份黑河基本断流，三清干渠通常只能引1～2m3/s黑河潜流，此时正是灌溉高峰期，灌溉用水量很大，水库水位很难满足三清干渠引水要求。

若采用废除三清干渠CH23+066～26+674渠段，经小海子水库调节后输出到下游三清干渠的方案，将造成在小海子水库低水位时，三清干渠无法正常引水，而丰稔干渠则可尽情引水的局面。

同时易造成各渠系分水不均矛盾，导致诱发社会不稳定因素的发生。

若保证小海子水库水位满足三清干渠正常引水，水库库容需维持在240万m3左右，该库容将成为死库容不能发挥应有的效益，小海子水库的灌溉效益将锐减。

　　综上所述，为了保证三清干渠正常引水，同时使小海子水库的灌溉效益得到充分发挥，修建三清干渠CH23+066～26+674渠段是解决问题的关键。

　　3.工程设计

　　抗冻胀设计

　　经地质勘察，三清干渠CH23+066～26+674渠段大部分座落在沙壤土层上，为冻胀性土层。

高台县气象局实测本区多年平均冻土深度为106cm，即标准冻深106cm。

经计算，设计冻深值为阳坡，渠底，阴坡，冻胀量为。

依据《渠系工程抗冻胀设计规范》规定，冻胀量远大于衬砌渠道的允许位移值，需从适应冻胀、回避冻胀、消减或消除冻胀等方面采用抗冻胀结构及工程措施。

　　根据工程级别、日照及遮荫程度、地下水位埋深、渠道走向等因素，工程措施采用砂砾石置换冻胀基土，置换厚度为阳坡50～70cm，渠底60cm，阴坡60～95cm。

抗冻胀结构措施采用设计方案比较优选。

　　设计方案比选

　　根据对小海子水库地形地貌和三清干渠渠线的勘查，三清干渠CH23+066～26+674渠段在渠线布置上有三种方案可进行比选。

　　方案一：

渠线沿新建小海子水库土坝外北侧绕坝布置方案。

该方案渠线长约，但因该段地势低洼，地面高程低于渠顶设计高程约3～5m，属全填方渠道，填方工程量大，且建成后渠基为柔弱地基，渠道沉降隐患大，对渠道长期运行不安全。

　　方案二：

渠线沿小海子水库外以南布置方案。

该方案设计渠线自三清干渠CH18+925处沿原小海子水库回水线以南进行布置，渠线长约7km。

因该段渠线经过之地全部为沙丘，且地势较高，属全挖方渠道，挖方工程量大。

同时受地形所限，渠线须两次穿越312国道，渠线长，施工难度大，工程造价高。

　　方案三：

沿原渠线布置方案。

该方案设计渠线沿三清干渠原渠线布置，渠线平行于原小海子水库土坝，穿越小海子水库，渠线长。

该方案渠基挖填适中，渠线短，工程量小，施工方便。

但因穿越水库，需充分考虑冻胀、稳定等影响因素。

　　经综合分析比较，方案一安全隐患大，不宜采用；

方案二渠线长，施工难度大，工程造价高，不经济；

方案三渠线短，工程量小，施工方便、经济合理，较为理想。

因此，渠线布置选择方案三。

　　根据选定的渠线，抗冻胀结构措施采用以下三种设计方案进行比较优选。

　　方案A：

梯形明渠衬砌方案

　　设计采用已建三清干渠梯形断面结构形式，渠底为C15细粒砼砌石衬砌，厚度40cm；

渠坡为C15砼预制块衬砌，厚度8cm；

采用砂砾石垫层置换冻土，根据抗冻胀规范计算，置换厚度为：

渠底60cm，渠阴坡60～95cm，渠阳坡50～70cm。

方案A特性见表1。

　　方案B：

玻璃钢管衬砌方案

　　渠床的冻胀性属于强冻胀的中型渠道，回避冻胀的结构措施应采用暗渠或暗管输水，设计采用玻璃钢管承插连接衬砌，管径，管壁厚23mm。

玻璃钢管管身由连续的玻璃纤维不饱和聚酯树脂、环氧树脂为基料，以石英砂及碳酸钙为无机非金属颗粒为填料压制而成。

方案B特性见表1。

　　方案C：

正反拱箱形暗涵渠道方案

　　渠床的冻胀性属于强冻胀的中型渠道，回避冻胀的结构措施应采用暗渠或暗管输水，暗渠的埋置深度应等于或大于工程设计冻深。

设计渠底采用反拱弧底、渠顶为正拱盖板的正反拱箱形暗涵，底部设置非冻胀性土置换层。

设计暗涵净宽，净高，内直墙高度；

设计全部断面采用C20钢筋砼现浇结构，拱顶厚20cm，反拱弧底厚40cm，侧墙厚30cm。

采用砂砾石垫层置换冻土，置换厚度为：

渠底80cm。

方案C特性见表1。

　　根据对拟选的三个设计方案进行分析比较，结论为：

正反拱箱形暗涵渠道方案较方案一具有抗强冻胀、抗滑坡性能强，适宜软土地基层和使用年限长等优点；

较方案二具有自重大，稳定性好，施工简便，工程造价低等优点。

　　综上所述，三清干渠CH23+066～26+674渠段采用正反拱箱形暗涵渠道方案衬砌最为适宜。

　　抗冻胀结构及强度设计

　　根据优选的正反拱箱形暗涵渠道，按照上下游渠道设计渠深确定的渠深为230cm，经计算，暗涵净宽300cm。

由于拱的矢跨比越大，拱脚水平推力越小，对于减小拱脚水平位移引起的应力越有利；

本次设计取1/6，即拱矢高度为50cm。

　　反拱底板内弯矩较小，主要承受轴向压力，因反拱底板跨度较小，反拱底板采用等截面圆弧拱，拱底厚度为40cm，拱顶厚度为20cm。

　　为保证三清干渠CH23+066～26+674渠段断面结构设计的合理性，对三清干渠正反拱箱形暗涵断面进行结构分析计算。

按照实际情况，共分为以下四种工况：

　　a、第一种工况：

箱形暗涵有水，库中有水

　　b、第二种工况：

箱形暗涵有水，库中无水

　　c、第三种工况：

箱形暗涵无水，库中有水

　　d、第四种工况：

箱形暗涵无水，库中无水

　　在此只计算最不利的第三种工况：

箱形暗涵无水，库内有水。

　　1）内力计算

　　由于渠外坡土压力比库中水压力下的多，只计算库中水压力产生的内力。

　　Mw=P水×

×

h=×

=

　　M=γ0.ψ.Mw=1×

　　2）配筋计算

　　由《钢筋砼计算手册》查附录表，取砼保护层C=25mm，估计钢筋直径d=10mm，则a=C+d/2=30mm，h0=h-a=300-30=270mm，板计算宽度b=1000mm。

　　αs===

　　ζ===＜ζb=

　　AS=fc.ζ./fy=10×

1000×

270/210=242mm2

　　ρ=AS/=242/=%＜ρmin=%

　　根据以上计算得，截面尺寸和砼强度满足要求，只需按要求配构造筋，受力纵筋选用φ30@300；

箍筋选用φ8@300。

三清干渠属严寒地区过水渠道，根据规定混凝土强度设计为C20,抗冻标号为D100，抗渗标号为S4。

　　抗滑稳定性分析

　　为保证三清干渠的稳定性，对三清干渠CH23+066～26+674渠段断面进行了稳定分析计算。

　　1）外力计算

　　箱形暗涵共受到四项外力，其中箱形暗涵自重和渠外坡土压力为永久外力，而箱形暗涵中水自重和库中水压力为可变外力，下面分别计算。

　　①箱形暗涵自重：

　　标准值：

gk渠=γv=24×

=/m

　　设计值：

g渠=γGgk=×

　　②箱形暗涵中水自重：

　　标准值gk水=γv=×

　　设计值g水=γQgk=×

　　③箱形暗涵外坡主动土压力

　　标准值Pk土=γKa=×

16×

　　设计值P土=γGPka土=×

　　④库中水压力

　　标准值Pk水==×

　　设计值P水=γQPk水=×

　　2）稳定计算

　　根据实际情况，箱形暗涵渠底与砂砾石垫层摩擦系数f取，抗滑稳定安全系数ks为，共分为以下四种工况：

　　ks===＞

　　综合上述计算分析，在四种工况下，箱形暗涵都稳定。

　　设计成果

　　三清干渠CH23+066～26+674渠段长，控制灌溉面积万亩，设计流量为/s，设计正常水深，加大流量为/s，设计纵坡1/3300。

设计为正反拱箱形暗涵渠道，暗涵净宽，净高，内直墙高度，设计超高取；

伸缩缝每9米设置一道，伸缩缝材料采用预埋环型橡胶带止水，以适应沉陷变形和防止漏水。

　　为考虑今后检修方便，在桩号26+666、27+266、28+266、28+466顶部设检修孔，检修孔采用钢筋砼预制盖板加橡皮止水，以防水库水进入渠内。

　　三清干渠暗涵左岸可用壤土填至与渠顶齐平，宽度2～3m；

右岸岸顶宽度，用干砌块石护岸坡，以防止水库水淘空渠低。

　　4结语

　　正反拱箱形暗涵渠道具有防渗、抗冻胀、抗冲刷性能较好，整体性稳定性较强，适宜于强、极强冻胀区和软土地基层；

具有施工工序少，工程造价适中等优点。

实践应用表明，正反拱箱形暗涵对解决软土地基不均匀沉陷、强冻胀基土对渠道冻胀破坏等具有十分显著的效果，推广价值极为广泛。

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