【文章內(nèi)容簡介】 ，也就是在同一渠段上的建筑物，如渡槽，隧洞等的輸水能力按遠期規(guī)劃確定設計流量（譬如東一干進口段上的建筑物設計流為）,以使留有余地。而渠道土石方開挖斷面按近期規(guī)劃確定尺寸，（譬如東一干進口段的渠道設計流量為。東一干渠自內(nèi)埠到已水河的渠段設計長度為。共有各種建筑物座，其中隧洞座，累計長度；渡槽座，累計長度，橋座，（包括公路橋座，生產(chǎn)橋座，人行橋座，排洪橋座），還有退水閘與節(jié)制閘座，涵洞（管）座，流槽座，跨渠渡槽座，支斗渠引水口座。東一干全部工程量：土方開挖萬立方米，回填土方萬立方米，石方開挖萬立方米，砌石萬立方米，混凝土萬立方米，鋼筋混凝土萬立方米。需要凈工日（包括民工和技工）2475萬個，基本建設投資6180萬元。開挖土石方用炸藥1257噸，三大材需用量分別為：水泥81800噸，鋼材3575噸，木材73000立方米。二、 設計資料與數(shù)據(jù)（一） 地形地質(zhì)情況（1）地形陸渾灌區(qū)處于伏牛山北麓，嵩山和熊耳山后谷底一帶，地形復雜。東一干渠灌溉渠地域內(nèi)多為低山丘陵干旱區(qū)，區(qū)內(nèi)崗洼相間，地面覆蓋為紅色和棕紅色粘土及黃土。在龍門以東偃師、鞏縣的半山區(qū)和丘陵區(qū)水文地質(zhì)較差，缺乏地下水源。地表溝壕大部分為南北向，對于排除地面徑流與灌渠（區(qū)）滲水比較有利，不會產(chǎn)生鹽堿化或沼澤化威脅，灌區(qū)地形平均坡降為1／100～1／200。（2）地質(zhì)東一干渠規(guī)劃路線從樁號30+～31+（位于許營附近），該段是橫跨伊河上的一條支流。陡坡段長度大約20米，該段為紫紅色、紅褐色礫巖夾砂質(zhì)粘土巖，礫巖成分為石英砂石、石英巖等。表面風化嚴重，凸凹不平，肉眼可見溶蝕的洞穴，直徑大小不一，小者１m左右，大的在10m以上，洞內(nèi)均有滲水現(xiàn)象。砂質(zhì)粘土巖的成份多為泥砂質(zhì)組成。表面段出有斷續(xù)相間的滲水，說明砂質(zhì)粘土有隔水性能，礫巖表面覆蓋有2m左右的黃色粉質(zhì)壤土。臺地段長度大約536m為更新統(tǒng)。其表層為黃色中粉質(zhì)壤土，下部為黃色中粉質(zhì)壤土含結(jié)核，粘粒含量20%左右。臺地段土層厚在18～20cm，具有直立性（可以開挖空洞）?！?5m,自上而下逐漸密實。與界限明顯，密實程度有顯著差異。下伏中更新統(tǒng)（）為黃色重粉質(zhì)壤土，固結(jié)密實，粘粒含量20%以上，具有塑性，可以搓成細條。中含有少量結(jié)核，局部夾有砂卵石透鏡體，厚3m左右。該層上面覆蓋厚1m左右的鈣質(zhì)結(jié)核含土層，（樁號0+440～0+706）。 （二） 氣象情況本灌區(qū)屬于華北干旱區(qū)，平均多年降雨量只有500～600mm，而且分布很不均勻，有60﹪～70﹪集中在汛期。作物生長期長出現(xiàn)嚴重干旱缺水的情況。年平均蒸發(fā)量為2000mm。最大風速為18m／s,。（三） 基本數(shù)據(jù)（1）擬建許營渡槽段樁號：30+566～31+，設計流量Q=40m3/s,加大流量Q=45 m3/s。（2）渡槽段及其進出口渠道的有關數(shù)據(jù)與斷面示意。（3）與渡槽段相連接的上下游渠道均已建成，橫斷面為梯形，渠底和邊坡均采用漿砌石保護。（4）根據(jù)洛陽地區(qū)地震局提供的有關資料，陸渾灌區(qū)的主要建筑物設計烈度定為。（5）許營渡槽段跨越式建筑物，不論采用那種類型，均按三建筑物考慮。（6）跨越建筑物不考慮交通要求和無通航要求，若采用渡槽方案只設人行便道即可。 許營渡槽及上下游渠道段基本數(shù)據(jù)建筑物類型起止樁號間距坡降i水頭損失設計水位相對位置土渠29+040～30+1516m1/12000許營上游渡槽30+566~31+ m許營土渠31+～36+7501/12000許營下游第二章 輸水方案及建筑物型式的論證一、方案的論證初步設計時擬定了繞山渠道、渡槽、倒虹吸管三種方案，以下為三種方案的論證比較。繞山渠道，渠道選線一般要求在滿足輸水任務的前提下，盡量使工程量小且造價低。對于灌溉渠道，渠線應與地形等高線大致平行且盡可能布置在灌區(qū)的脊線，以爭取最大的自流灌溉面積。根據(jù)本設計所給的地形地質(zhì)資料，修建繞山渠道露于地面便于維護管理，但由于要繞過地形起伏較大處，故渠線過長，該地段風化嚴重，增加了工期的不確定性。地質(zhì)資料還表明該地段溶蝕洞穴較多，透水性強，輸水量又難以保證。因以上原因排除繞山渠道方案。倒虹吸管，倒虹吸管是設置在渠道與河流 谷地 道路相交處的壓力輸水建筑物，與渡槽相比，通常具有造價低，施工方便等優(yōu)點，但水頭損失較大，運用管理不如渡槽方便。許營渡槽所處地段風化嚴重，易淤積，地形復雜，完工后的虹吸管穩(wěn)定性差，地下溶蝕洞穴較多，采用此方案水量損失嚴重，大大降低了該工程的經(jīng)濟效益，結(jié)合以上原因排除倒虹吸方案。渡槽，渡槽是渠道跨越河、渠、溪谷、道路的明流輸水建筑物。雖施工要比渠道 倒虹吸復雜，但由于其水頭損失小，受地形 地質(zhì)條件影響小，在我國灌區(qū)建筑物中應用較為廣泛，在設計施工方面也已有了較豐富的經(jīng)驗，運用管理也方便，不易淤積，又便于交通和通航。結(jié)合以上論述根據(jù)許營段的實際情況修建渡槽合適，故以下本設計選用渡槽方案。二、 槽身橫斷面型式的選擇槽身斷面有矩形、U型（半圓型上加直墻）、多側(cè)墻等如圖（21）。一般常用矩形和U型斷面，故將兩種斷面形式做以下比較論證。大流量的鋼筋混凝土梁式渡槽槽身多采用矩形斷面，對與中小流量也常采用中小型流量的多設拉桿，間距為2米左右。有通航要求時不設拉桿，側(cè)墻做成變厚的。矩形槽身施工方便，耐久性、抗凍性好，結(jié)構簡單特別時適用于有通航要求的中型渡槽 U形槽身斷面為半圓加直段，槽頂一般設拉桿，槽壁頂端常加大以增加剛度，多采用鋼筋混凝土或鋼絲網(wǎng)水泥結(jié)構，與矩形槽身相比有水力條件好、縱向剛度大，省鋼材等優(yōu)點，但抗凍性差、不耐久，施工工藝要求高，如果施工質(zhì)量不高，容易引起表面剝落、鋼絲網(wǎng)銹蝕、甚至有漏水現(xiàn)象產(chǎn)生。綜上所述根據(jù)所給資料結(jié)合許營地段的實際情況本設計槽身斷面采用矩形斷面。三、支承形式的選擇槽身的縱向支承形式常用的有墩式支承、排架式支承和拱式支承三種類型。拱式支承常用于大跨度離地面高度不大的槽身，拱式支承雖受力情況好，但是其墩臺對地基的沉降要求高、施工質(zhì)量要求高難度大。根據(jù)許營段的地形情況本設計不采用拱式支承，在主河漕部分由于有過水要求采用墩式支承，灘地部分采用排架支承。墩式支承分為重力墩和空心重力墩兩種類型，重力墩節(jié)省鋼材，墩身強度以及縱向穩(wěn)定性易滿足要求，但由于其自重過大，特別式墩身較高并承受豎向荷載與水平荷載時，要求地基有較大的承載力，故其多用于墩身高度不太大而地基承載力較高的巖基和較好的土基上。空心重力墩的外形輪廓尺寸和墩帽構造于實體重力墩基本相同，水平截面有圓矩形、雙工字行和矩形三種型式（）。圓矩形水流條件較好，外形美觀，另外由于做成空心而節(jié)省了材料，減輕了自重和作用于地基上的荷載，空心重力墩比實體重力墩的抗彎剛度大，可以改善自身的受力條件。雙工字形施工方便，對y軸的慣性矩大，故邊緣應力較小，但水流條件差，動水壓力大。矩形墩施工最方便，截面慣性矩也較大，水流條件處于前二者之間，適用于河水不深的灘地和兩岸無水的槽墩。鑒于以上所述本設計排架是鋼筋混凝土結(jié)構，其自重輕地基應力較之墩容易得到滿足，排架有單排架、雙排架和A字形排架三種形式（如圖2—3）。 單排架體積小，重量輕，現(xiàn)場澆筑和預制吊裝都方便，在渡槽工程中應用十分廣泛。雙排架是由兩個單排架，中間以橫梁連接而成，屬空間結(jié)構受力較復雜。A字形排架是兩片單排架的腳放寬，頂端連在一起而成的，其穩(wěn)定性好，適應高度較大，但造價較高，施工較復雜。綜上所述，根據(jù)許營段的地質(zhì)、地形條件，本設計采用單排架作為槽身的支承結(jié)構。 第三章 渡槽總體布置和縱剖面設計一、渡槽的總體布置渡槽的總體布置主要包括渡槽的選址。渡槽的選址應注意：槽身長度短、基礎低，降低功工程造價；軸線短、順直、進出口避免急轉(zhuǎn)彎，布置在挖方處；渡槽軸線盡量和河道正交；少占耕地、少拆民房；盡可能的減少和改善對環(huán)境的影響。在選擇槽址時，除應滿足以上總體布置的要求外，還應考慮槽址附近是否有寬敞、平坦的施工場地，同時應滿足槽下的交通要求。綜合考慮以上各方面因素的同時結(jié)合許營段的具體情況，確定槽址于地形圖上。二、渡槽的縱剖面設計渡槽的縱剖面設計的任務是確定進出口段的連接形式，根據(jù)設計流量及水流通過的允許水頭損失值選擇適當?shù)亩刹劭v坡和斷面，并擬訂出渡槽進出口高程。（一） 進出口段連接形式的確定進出口段的連接應力求水流銜接良好，平順的流入流出，下游渠道不發(fā)生沖刷，水頭損失小，本設計采用長扭曲面使渠道與渡槽連接。（二） 渡槽的水力計算(1)擬定槽身的縱坡i、凈寬B0和凈深H0渡槽的縱坡取為i=1/1根據(jù)計算書中的計算可得B0=，H0=。渡槽的允許水頭損失[⊿Z] =，槽身總長度L=686m，初選槽底縱坡i=1/1因為槽身跨度較大，宜采用較大的寬深比值B0/，經(jīng)試算，得B0=，H0=，h0=，所以通過設計流量時，槽中實有水面超高值為H0h0==,要求值為[（h0/12）+5]= [（325/12）+5]=,故最后確定i=1/1250，B0=，H0=。(2)渡槽的進出口高程計算進口段的布置形式較復雜，本設計選用長扭曲面，則進口段水面降落 ⊿Z1=（1+ξ1） （3—1）式中 vv——分別為上游渠道及渡槽內(nèi)的平均流速； ξ1——進口段的水頭損失系數(shù)。根據(jù)渠道的試算公式如下： h=[]3/8 （3—2）式中 m——渠道的邊坡系數(shù)；b、h——分別為渠道的寬和高；其他符號的意義與前相同。 圖3—1 渡槽水力計算圖已知上游渠道的水力參數(shù)，Q=40m3/S，n=，m=，b=，i=1/1200，上游渠道的正常水深h1==。所以上游渠道的水流速度為v1==已知下游渠道的水力參數(shù)，Q=40m3/s，n=，m=，b=，i=1/1200，下游渠道的正常水深h2==。所以下游渠道的水流速度為v2=。渡槽內(nèi)的流速為v=。取 ξ1=，則根據(jù)式（1—4）可得⊿Z1=（1+）=（m）槽身段的水面降落ΔZ2=iL= （3—2）式中 L——槽身段的長度。出口段的水面降落值ΔZ3可用下式近似計算，即 ⊿Z3=（1ξ2） （3—3）式中 ξ2——出口段的水頭損失。取ξ2=，則根據(jù)式（1—7）可得⊿Z3=（m）通過渡槽的總水頭損失ΔZ可按下式計算，即⊿Z=⊿Z1+⊿Z2⊿Z3 （3—4）則⊿Z=+=（m）根據(jù)圖3—1所示條件可確定出以下各值（符號意義見圖3—1）：進口槽底高程▽1=▽上+H1⊿Z1H =（m） 進口槽底抬高 y1=▽1▽3=（m） 出口槽底高程 ▽2=▽1iL=（m） 出口渠底降落 y2= hs ⊿Z3 –H== 出口渠底高程 ▽下=▽2–y2== 驗證：▽上 – ▽下 == 計算無誤，滿足要求。第四章 槽身的設計一、槽身基本尺寸的確定根據(jù)支承形式，跨寬比及跨高比的大小以及槽身橫斷面形式等的不同，槽身應力狀態(tài)與計算方法也不同，對于梁式渡槽的槽身，跨高比也比較大，故可以按梁理論計算。槽身縱向一般按滿槽水，即水深與拉桿下緣齊平的情況設計。 圖4—1 槽身橫斷面型式（單位：cm）二、 槽身縱向內(nèi)力計算及配筋計算（一） 荷載計算根據(jù)灌區(qū)規(guī)劃方案中擬定，渡槽的設計標準為3級，所以渡槽的安全級別Ⅱ級，則安全系數(shù)為γ0=，混凝土重度為γ=25kN/m3，正常運行期為持久狀況，其設計狀況系數(shù)為ψ=，荷載分項系數(shù)為：永久荷載分項系數(shù)γG=，可變荷載分項系數(shù)γQ=，結(jié)構系數(shù)為γd=。縱向計算中的荷載一般按勻布荷載考慮，包括槽身重力（拉桿等小量集中荷載也換算為勻布的）、槽中水體的重力及人群荷載。其中槽身自重、水重為永久荷載,而人群荷載為可變荷載。槽身自重標準值g1k=γ0ψγV1=25[+2+2+3++2 + 7 ] =（kN/m） 設計值 g1=γG。g1k==（kN/m）水重 標準值 g2k=[2]=（kN/m） 設計值 g2=γG。g2k==（kN/m）人群荷標準值 qk=[]=（kN/m） 設計值q==（kN/m）　?。ǘ?內(nèi)力計算梁式渡槽的單跨長l=，槽高H=，則 跨高比l/H=≥故可按梁理論計算，沿渡槽水流方向按簡支或雙懸臂梁計算應力及內(nèi)力： 圖4—2 槽身縱向計算簡圖（單位：cm） 計算長度l=l0l==（m）跨中彎矩設計值為 M=γ0ψ（g1+g1+q）l2 = =（kN/m）跨端剪力設計值 Qmax=γψ（q+g1+g2）l ==（kN）（三） 正截面的配筋計算對于簡支梁式槽身的跨中部分底板處于受拉區(qū)，故在強度計算中不考慮底板的作用，但在抗裂驗算中，只要底板與側(cè)墻的接合能保證整體受力，就必須按翼緣寬度的規(guī)定計入部分或全部底板的作用。不考慮底板與牛腿的抗彎作用，將渡槽簡化為由兩邊側(cè)墻組成的矩形截面。渡槽處于露天（二類環(huán)境條件），則根據(jù)規(guī)