倒虹吸管設計模板 全

倒虹吸管設計模板全河北工程大學畢業(yè)設計題目：南水北調(diào)中線中易水倒虹吸工程設計院系名稱：成教學院專業(yè)班級：2009級水利水電工程學號：06093431666學生姓名：劉文健指導教師：提交日期：河北工程大學畢業(yè)設計目錄1.前言......................................................32.設計采用的主要規(guī)程、規(guī)范..................................52.1文件依據(jù)..................................................52.2執(zhí)行規(guī)范、規(guī)程............................................53.設計概況..................................................63.1河道現(xiàn)狀..................................................63.2設計基本資料...............................................63.2.1倒虹吸設計指標?????????????????????.63.2.2總干渠設計指標?????????????????????.63.2.3交叉斷面天然河道設計指標????????????????.73.2.4材料等級????????????????????????.73.2.5地質參數(shù)????????????????????????.84.總體設計..................................................94.1工程等別和標準............................................94.1.1工程等別及建筑物級別....................................94.1.2防洪標準................................................94.1.3地震烈度................................................94.2結構安全指標..............................................94.3建筑物軸線選擇..........................................104.3.1選線原則...............................................104.3.2軸線選擇...............................................104.4建筑物長度...............................................114.4.1不同口門寬度的壅水計算?????????????????114.4.2倒虹吸淺埋護砌對河道水位影響分析???????????..134.5一般沖刷深度計算.........................................134.5.1沖刷深度計算?????????????????????..144.5.2計算結果????????????????????????141河北工程大學畢業(yè)設計4.6工程布置和主要建筑物型式.................................154.6.1主要建筑物型式.........................................154.6.2工程布置...............................................174.7水力設計................................................194.7.1倒虹吸進出口漸變段長度................................194.7.2倒虹吸進出口高程確定..................................194.7.3倒虹吸管身水力設計....................................204.8主要建筑物穩(wěn)定結構設計..................................234.8.1穩(wěn)定計算...............................................234.8.2結構計算...............................................264.9治導工程設計.............................................414.9.1導流堤設計???????????????????????414.9.2導流堤頂面高程的確定??????????????????414.9.3導流堤的的堤頂寬和邊坡確定???????????????414.9.4導流堤的沖刷與防護設計..................................425節(jié)能設計????????????????????????.?445.1節(jié)能設計依據(jù)??????????????????????..445.2節(jié)能設計原則??????????????????????..445.3節(jié)能設計????????????????????????..445.3.1節(jié)能分析???????????????????????..445.3.2節(jié)能設計???????????????????????..446致謝????????????????????????????467參考文獻??????????????????????????478圖紙???????????????????????????482河北工程大學畢業(yè)設計南水北調(diào)工程中線工程是從漢江上游的丹江口水庫取水，該工程總干渠自河南省安陽市豐樂鎮(zhèn)穿過漳河進入我省后，基本沿太行山東麓和京廣鐵路西北側行，途經(jīng)邯鄲、邢臺、石家莊、保定及廊坊的部分縣，于涿州市西町村北穿北拒馬河中支進入北京市境內(nèi)?？傉{(diào)水量145m3／年。該工程完工后，既可保證沿線邯鄲、邢臺、石家莊、保定一帶重要城市和工農(nóng)業(yè)基地用水，又可向衡水、滄州、廊坊等市供水，可以極大地緩解我省水資源供需矛盾。此外，中線工程的水質也比較理想，監(jiān)測結果表明，中線工程水源水質除一項指標為地面水質量標準二級外，其他指標均符合一級水質量標準，輸水總干渠是新開渠道，與沿線河渠全部立交，既不通航，也不納污，渠線位于大城市上游，可以有效地保證供水水質。該工程總干渠和分干渠全部自流，供水成本和水費也較低。擬建的中易水渠道倒虹吸位于河北省易縣城南10km的中易水河上，南距小羅村0.5km，距易保公路0.4km，交通方便。該項工程是南水北調(diào)中線工程總干渠上一座大型河渠交叉建筑物，倒虹吸位置見圖1。中易水河是拒馬河的一條支流，全長86km，渠道倒虹吸以上流域面積630.9km2，其中安各莊水庫以上476km2，水庫至渠道倒虹吸23km，區(qū)間流域面積為154.9km2，河流自西部山區(qū)曲折向東延伸，在本區(qū)近東西流向，河道比降小，常年流水?？偢汕谥辛_村和中高村西穿越中易水河，渠線呈南北走向，與中易水河近似正交。3河北工程大學畢業(yè)設計圖1中易水渠道倒虹吸地理位置略圖１:公路；2：建筑物位置；3:河流；4:村莊、鄉(xiāng)鎮(zhèn);５:總干渠4河北工程大學畢業(yè)設計2.設計采用的主要規(guī)程、規(guī)范(1)《南水北調(diào)工程總體規(guī)劃》（國家計委、水利部2002年）及批復意見(2003年5月)；(2)《南水北調(diào)中線京石段應急供水工程可行性研究報告》及審查意見（2003年7月）。2.2執(zhí)行規(guī)范、規(guī)程(1)《水利水電工程初步設計報告編制規(guī)程》DL5021—93(2)《水利水電工程等級劃分及洪水標準》SL252—2000(3)《防洪標準》GB50201—94(4)《水利水電工程結構可靠度設計統(tǒng)一標準》GB50199—94(5)《水工建筑物荷載設計規(guī)范》DL5077—1997(6)《水工混凝土結構設計規(guī)范》SL191—2008(7)《水工建筑物抗震設計規(guī)范》SL203-97(8)《水工建筑物抗冰凍設計規(guī)范》SL211-98(9)《水閘設計規(guī)范》SL265—2001(10)《渠道防滲工程技術規(guī)范》SL18—91(11)《灌溉與排水工程設計規(guī)范》GB50288—99(12)《渠系工程抗凍脹設計規(guī)范》SL23—91(13)《水利水電工程土工合成材料應用技術規(guī)范》SL/T25—98(14)《公路工程技術標準》JTJ001—97(15)《公路橋位勘測設計規(guī)范》JTJ062—91(16)《公路橋涵地基與基礎設計規(guī)范》JTJ024—85(17)《鋼結構設計規(guī)范》GBJ17—88(18)《碾壓式土石壩設計規(guī)范》SL274—2001(19)《水利水電工程進水口設計規(guī)范》SL285—20035河北工程大學畢業(yè)設計中易水東水冶以上為山區(qū)河道，在安各莊水庫上游有8條較大支流，最大支流長18.5km，河底平均縱坡27?，為卵石河床。自水庫壩址至東水冶，河長16km，該河段河底縱坡為3.6?～2.3?，為砂卵石河床，河道寬度呈上寬下窄，安各莊附近河段，河寬1000～2000m，至北盤石河寬縮窄為500m左右，至東水冶處河寬僅有300m。從東水冶以下至中高村河段，地勢明顯降低，河道進入丘陵地帶，逐漸展寬為1000～2000m，河床有150～300m寬的主河槽，河底縱坡較上游又有所變緩，至中高村附近河段，平均縱坡為2.4?。中高村以下河道進入平原區(qū)，縱坡逐漸減小為0.8?，河床質組成主河槽為礫質粗砂，兩側灘地為中粗砂。1977～1978年，保定地區(qū)曾對西水冶到易縣、定興縣界河段進行了整治，開挖了寬100m、深1.2m的中心河槽，灘地外筑堤，堤高平均3m左右，兩堤距離約250m。在定興縣內(nèi)百樓做裁彎取直工程。治理河段行洪能力一般在1700～2100m3/s，定興段主槽較窄，泄量為1200m3/s。據(jù)《大清河流域防洪規(guī)劃報告》（河北省部分），中易水現(xiàn)狀過水能力不足800m3/s。規(guī)劃治理標準按10年一遇，設計流量964m3/s。主要治理措施為：對原有砂壩、護村埝進行加高培厚，結合筑堤修整河道；對部分險工及靠近村莊的河段采取干砌石護坡等。設計流量60m3／s加大流量70m3／s地震設防烈度7度6河北工程大學畢業(yè)設計倒虹吸上游渠道設計水深渠道底縱坡倒虹吸上游渠段1／26000下游渠段1／25000100年一遇洪峰流量3176m3／s300年一遇洪峰流量4054m3／s倒虹吸管身段普通混凝土C30閘室混凝土C30漸變段、擋土墻混凝土C20素混凝土墊層C10普通受力鋼筋Ⅱ級倒虹吸管身及進出口漸變段混凝土W6倒虹吸管身混凝土F50進出口漸變段、閘室混凝土F1507河北工程大學畢業(yè)設計3.2.4.4混凝土物理力學指標混凝土重度24kN／m3鋼筋混凝土重度25kN／m3滲透系數(shù)67～100m／d承載力建議值：中粗砂200kPa礫砂300kPa礫石350kPa強風化頁巖350kPa泥灰?guī)r800kPa內(nèi)摩擦角：中粗砂30°礫砂30°礫石33°摩擦系數(shù)建議值：混凝土與礫石、礫砂0.45混凝土與強風化頁巖常年地下水位：56.800～58.000m建議臨時邊坡：濕密度20.5kN／m3浮密度11.5kN／m3內(nèi)摩擦角30°8河北工程大學畢業(yè)設計根據(jù)南水北調(diào)中線工程的規(guī)模和《水利水電工程等級劃分及洪水標準》（SL252—2000），確定南水北調(diào)中線工程為Ⅰ等工程，中易水渠道倒虹吸主體工程建筑物級別為1級；附屬工程包括河道治導建筑物級別為3級，臨時工程包括導流圍堰等建筑物級別為4級。根據(jù)有關標準和總干渠的工程等別和建筑物級別，集水面積大于20km2河流的河渠交叉建筑物防洪標準按100年一遇洪水設計，300年一遇洪水校核；渠道與河渠交叉建筑物的連接段，按相應建筑物防洪標準設防。中易水倒虹吸交叉斷面以上河道流域面積為630.9km2，其中安各莊水庫控制流域面積476km2，交叉斷面至安各莊水庫區(qū)間流域面積154.9km2，屬大型河渠交叉建筑物，依據(jù)上述規(guī)定確定本工程防洪標準為100年一遇洪水設計，300年一遇洪水校核。根據(jù)《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》（GB18306—2001）及中國地震局分析預報中心2003年11月對南水北調(diào)中線工程地震動參數(shù)評價成果，本工程所在地區(qū)屬地震基本穩(wěn)定區(qū)，地震動峰值加速度G為0.1g，相當于地震基本烈度7度；地震動反應譜特征周期（中硬場地）S為0.40s。根據(jù)《水工建筑物抗震設計規(guī)范》（SL203—97），中易水倒虹吸工程地震設計烈度7度。倒虹吸管身環(huán)境條件類別二類倒虹吸漸變段、閘室環(huán)境條件類別二類主體結構系數(shù)γ主體結構重要性系數(shù)γ結構自重作用（荷載）分項系數(shù)γ主體結構靜內(nèi)水壓力作用（荷載）分項系數(shù)γ9河北工程大學畢業(yè)設計主體結構靜外水壓力作用（荷載）分項系數(shù)γ擋土結構(閘室、擋土墻)土壓力作用（荷載）分項系數(shù)γ管身結構土壓力作用（荷載）分項系數(shù)γQ=1.1(0.9)永久作用（荷載）分項系數(shù)γG=1.05(0.95)預應力作用（荷載）分項系數(shù)γG=1.05(0.95)其它可變作用（荷載）分項系數(shù)γ工程結構穩(wěn)定、安全系數(shù)見表4—1表4—1工程結構穩(wěn)定、安全系數(shù)表管身普通混凝土荷載效應的長期效應組合限制裂縫寬度0.25mm，短期效應組合限制裂縫寬度0.3mm；閘室底板、閘墩限制裂縫寬度0.2mm。建筑物各部位地基承載力設計值按《水閘設計規(guī)范》（SL265—2001）計算，建筑物基底不允許出現(xiàn)拉應力，基底平均應力不得超過地基承載力設計值，當受偏心荷載作用時，最大應力要小于地基承載力設計值的1.2倍。4.3建筑物軸線選擇中易水倒虹吸是南水北調(diào)中線總干渠上的一座建筑物，其工程選址與總干渠的線路選擇密不可分?？偢汕倪x線原則為：（1）為確?？偢汕こ梯斔踩M量避免深挖方和高填方，盡量使水面線與地面持平。（2）在保證安全輸水的前提下，以線路最短，投資最省為目標。渠線力求順直，并選擇地質條件相對較好的地段布設渠線。（3）盡量避開居民點、工礦企業(yè)、重點文物及軍事設施。（4）穿越公路以及河流時，盡量與之正交，選擇順直、穩(wěn)定的河段布設渠線。按上述原則，南水北調(diào)中線總干渠中易水段線路對兩個方案進行了比選。方案一為現(xiàn)倒虹吸位置，方案二在現(xiàn)倒虹吸下游約1.2km處。方案一，線路從裴山后繞到山前向西繞過中羅村，從小羅村東向北偏東穿中10河北工程大學畢業(yè)設計易水，繼續(xù)向北在北高村東折向東北，到西北奇村北又折向北偏東繼續(xù)北行。方案二，線路從裴山后繞到山的東側后與保易公路并行向北，穿中易水河后繼續(xù)向北，在保易公路與鐵路中間，穿西進渠后折向西北在西北奇村北與方案一線路相交合一，向北偏東繼續(xù)北行。方案二與方案一相比，具有線路短，順直的優(yōu)點，但是，方案二線路灘地段長，高程較方案一低2m左右，渠道阻斷流量大，填方量增大；總干渠在鐵路和公路中間穿行，污染較為嚴重；需要一座穿鐵路的建筑物和拆掉一座水泥廠。在方案二上游除小羅村外的中羅村、中高村都在壅高水位以下，必將大大增加拆遷的數(shù)量。因此，該段線路推薦方案一。表4—2中易水段渠線方案比較表根據(jù)對交叉建筑物附近中易水河河段中泓位置和主槽寬度的分析，在《南水北調(diào)中線京石段應急供水工程可行性研究報告》中，將河道行洪口門寬度確定為370m。為了進一步論證交叉斷面行洪口門寬度的合理性，對口門寬度進行了300、370、400、500m四各方案比較。中易水交叉處河寬為1590m，交叉建筑物口門遠小于河道寬度，因此發(fā)生高標準洪水時，由于河灘地的渠道的阻擋，口門上游河道洪水位要有一定的壅高。通過常規(guī)方法計算了300年一遇及其以下洪水頻率的上游壅水高度及其相應的壅水長度和沖刷深度，分述如下：計算采用1992年出版的《公路橋位勘測設計規(guī)范》中的公式。最大壅水高度計算公式：11河北工程大學畢業(yè)設計22?Z??(Vm?V0)?Z—最大壅水高度(m)；式中：η—系數(shù)，與建筑物阻斷流量有關，參照表4—3選用。表4—3η值選用表1QVm—倒虹吸布置后斷面平均流速(m/s)，Vm?(p?Vom)；2?jQP—設計流量（m3/s）；ωj—建筑物過水斷面面積（m2）；Vom—天然河道建筑物范圍內(nèi)平均流速（m/s）；Vo—天然河道斷面平均流速（m/s）；壅水長度計算公式：L?2?ZI式中：L—壅水長度(m)；?Z—最大壅水高度（m）；I—水面比降。根據(jù)以上計算公式，對四個方案分別進行計算，成果列于表4—4。12河北工程大學畢業(yè)設計表4—4中易水倒虹吸不同口門寬度水位～流量關系表13河北工程大學畢業(yè)設計0.33m，加上壅水高度，100年和300年一遇設計洪水位分別為61.01m和61.49m。4.5一般沖刷深度計算4.5.1沖刷深度計算在天然河道上修建建筑物后，由于縮窄了河道寬度，壓縮了河道水流，增加了過水斷面的單寬流量，水流挾沙能力隨之增大，引起河床沖刷，這種沖刷稱為一般沖刷。一般沖刷的計算方法比較多，本次采用長江委推薦的“64—1”公式，其形式如下：?Qphm?()??AL????Ed?????式中：hpmhpm—沖刷后最大水深(m)；Qp—設計流量（m3/s）；L—建筑物凈過水長度(m)；hm—沖刷前最大水深(m)；h—斷面平均水深(m)；d—河床質平均粒徑(mm)；E—與汛期含沙量有關的系數(shù)，當汛期含沙量S>10kg/m3時，E=0.86；A?(B0.15)H；A—單寬流量壓縮系數(shù)；B—河槽寬度，即通過造床流量時的水面寬度(m)；H—造床流量對應的平均水深(m)。根據(jù)上述礫質粗砂的平均粒徑和選用的計算公式，對不同標準洪水和倒虹吸不同口門寬度計算了交叉斷面處的沖刷深度。成果見表4—5。14河北工程大學畢業(yè)設計表4—5中易水倒虹吸沖刷深度成果表4.6.中易水交叉建筑物型式選擇考慮了以下幾個因素。(1)從流量關系看，南水北調(diào)總干渠在本段設計流量為60m3/s，而中易水100年一遇洪水流量達3176m3/s，渠道流量遠小于河道洪水流量。交叉建筑物采用渠道倒虹吸符合“小(流量)穿大(流量)”原則。(2)從水位關系看，渠河交叉部位總干渠設計水位為63.714～63.507m；河道100年一遇洪水位為59.70m，渠道水位高于河道水位，交叉建筑物采用渠道倒虹吸不符合“低(水位)穿高(水位)”原則。(3)從建筑物防淤角度看，交叉建筑物型式采用渠倒虹比河倒虹更有利，因為總干渠水流含沙量較少且多為懸移質，過管水流流速大于渠道流速，不會引起渠倒虹嚴重的淤積。采用河倒虹雖然可節(jié)省總干渠部分水頭，但中易水為沙質河床，遇較大洪水推移進入倒虹吸，清理難度較大。根據(jù)中易水河道沖刷深度較大的特點，倒虹吸管埋置深度比較了“深埋”和“淺埋加防護”兩種布置方案。(1)“深埋”方案倒虹吸管頂埋置高程按河道300年一遇洪水沖刷線以下不小于0.5m的原則確定。根據(jù)河道沖刷計算結果，300年一遇洪水河道沖刷深度為7.240m，高程為49.160m，管頂設計高程為48.660m，管底高程為43.460m。已經(jīng)在基巖面以下，15河北工程大學畢業(yè)設計倒虹吸管整個嵌入巖石中，勢必造成大量的巖石開挖。同時由于埋深達7.74m，管壁也將相應加厚好多。因此，深埋方案無論從施工難度和工程造價上都很高。(2)“淺埋加防護”方案“淺埋加防護”方案不必將倒虹吸管身埋置于校核洪水沖刷線以下，而是按照《南水北調(diào)中線工程總干渠渠道倒虹吸土建工程初步設計大綱》要求將倒虹吸管身埋置于河底以下2.5m，并對管頂河床進行防沖防護以保證建筑物的安全運行。河道護砌范圍為口門內(nèi)建筑物軸線上下游83m，護砌措施采用63m漿砌石和20m鋼筋石籠，口門兩側采用鋼筋混凝土護坡。(3)管頂埋置深度推薦方案兩方案相比，從工程安全考慮，高標準洪水時“深埋”方案由于管頂埋置于沖刷線以下，建筑物安全可靠性高；“淺埋”方案管頂采用漿砌石護砌，不沖刷允許流速大于河道過洪水流速，也是安全可靠的；從施工難度考慮，由于工程區(qū)域巖基出露在48.0～50.0m左右，“深埋”方案管頂已經(jīng)在基巖面以下，倒虹吸管整個嵌入巖石中，勢必造成大量的巖石開挖，同時由于中易水地下水位較高，排水難度、排水量更大；從工程量大小比較，“淺埋”方案需要口門防護，但由于埋深淺，管壁薄，土石方開挖回填量少?！吧盥瘛狈桨腹鼙诤?，土石方開挖回填較大。因此，在安全可靠的前提下，“淺埋”方案無論從施工難度和工程造價上都要比“深埋”方案優(yōu)越。綜上分析，中易水倒虹吸推薦采用“淺埋”方案。4.6.1.2進出口漸變段型式選擇為盡量減少水頭損失，漸變段型式進行了直線扭曲面和曲線扭曲面兩種形式比選，水力計算表明，進出口漸變段水頭損失對建筑物總水頭損失影響很小，對管身過水斷面影響甚微，盡管曲線扭曲面形式的水流條件稍好，水頭損失稍小，但其施工難度大，對結構斷面影響甚微，故采用直線扭曲面漸變段形式。4.6.1.3管身斷面型式選擇倒虹吸管身斷面有多種型式可供選擇，通過篩選，選取工程上常用的3種斷面型式即箱型、城門洞型和圓型進行了比選。從工程布置和工程施工的角度分析，圓形斷面管道濕周小，過水能力大，水流條件和承載性能好，但圓管不利多孔組合，與上、下游渠道銜接條件差，結構布置較為復雜。由于中易水倒虹吸輸水量較大，設計管徑較大，如采用預制生產(chǎn)，吊運安裝很困難；如采用現(xiàn)場澆筑，不僅施工難度大，工程量也比箱形斷面大，16河北工程大學畢業(yè)設計故不予推薦。城門洞形斷面，水流條件較好，一般適用于無壓水流條件，在內(nèi)水壓力作用大時，受力狀態(tài)較差，且工程量也比箱形斷面大，故也不予推薦。箱形斷面具有形狀規(guī)則，結構簡單，受力明確，便于多孔組合，上、下游銜接平順，工程布置緊湊合理，易于施工和工程量小等優(yōu)點，因此在工程實踐中應用較多，而且長委頒發(fā)的《南水北調(diào)中線工程渠道倒虹吸土建部分初步設計大綱》建議，倒虹吸斷面型式應優(yōu)先選用箱形。故中易水渠道倒虹吸的管身采用箱形斷面方案。4.6.1.4管身結構型式選擇倒虹吸管身結構型式可采用普通混凝土和預應力混凝土兩種方案，但由于預應力方案工期長，施工難度大，工藝較復雜，而普通混凝土方案施工方便，質量有保證，故推薦采用普通混凝土方案。4.6.1.5治導建筑物型式選擇中易水總寬約1590m，口門寬度只有370m，中易水渠道倒虹吸工程防洪標準為100年一遇洪水設計，300年一遇洪水校核。工程交叉斷面處100年一遇洪水流量3176m3／s，主槽流量為2316m3／s，灘地流量為860m3／s。倒虹吸建成后工程阻斷河道流量占河道總流量的37.1％，大于25％，根據(jù)《公路橋位勘測設計規(guī)范》JTJ062—91要求應設置導流堤。中易水兩側有灘且基本為對稱分布，根據(jù)《公路橋位勘測設計規(guī)范》倒虹吸兩側布置對稱的曲線形導流堤。4.6.2.1總體布置倒虹吸起止樁號為411+026～411+638，起點座標x=4349203.841，y=623929.610；終點座標x=4349814.776，y=623965.684。建筑物軸線長612m。4.6.2.2建筑物布置（1）倒虹吸主體工程由進口漸變段、進口閘室段、管身段、出口閘室段、出口漸變段五部分組成。進口漸變段樁號411+026～411+061，長35m，該段采用底板與側墻分離式的鋼筋混凝土結構，兩側采用直線扭曲面，邊坡系數(shù)2.5～0，底寬7.5～11.2m，底部高程59.414～56.711m，縱坡1∶12.949，底板厚0.5m。漸變段始端為貼坡式擋土墻，墻厚0.5m，末端為半重力式擋土墻，墻總高9.703m。漸變段一級馬道高程65.414m。漸變段側墻設上下兩層逆止式排水孔，直徑φ100，下層孔中心線距底17河北工程大學畢業(yè)設計板0.4m，上下層間距1.5m，順水流方向間距5.0m。用渠倒虹吸型式是較為合理可行的。進口閘室段由樁號411+061～411+071，長10m。該閘的功能主要是配合出口閘進行倒虹吸管身的事故檢修。倒虹吸管檢修前首先動水關閉出口工作閘門，再關閉進口檢修閘門和出口檢修閘門，待檢修完畢，先小開度開啟進口檢修閘門充水平壓后再關閉出口工作閘門，開啟進出口檢修閘，用工作閘門控制運行。檢修閘設兩扇檢修閘門，倒虹吸管可一孔檢修，也可兩孔同時檢修。進口閘室分2孔，每孔凈寬5.1m，底板高程為56.711m。閘室為開敞式鋼筋混凝土整體結構，中墩厚1.0m，邊墩頂寬1.0m，底寬1.5m，底板厚1.3m。閘墩頂設交通橋和啟閉機排架。閘室邊墻設逆止式排水孔。閘室內(nèi)設有2扇檢修門，檢修閘門為平面疊梁門，閘門總高度7.5m，每扇分3節(jié)，平時放置于門庫中，采用2×100kN電動葫蘆起吊。門庫布置在閘室左側，地下結構，長16.1m，寬4.5m，高9.3m。×5.1m，每10～15m設一道橫向伸縮縫，縫間設兩道止水。管身段進口斜坡段長61m，縱坡1∶6.757；管身水平段長365m；出口反坡段長66m，縱坡1∶6.864。管身進出口底高程分別為56.711m、57.355m，管身水平段管頂高程54.000m，管底高程46.900m。管身頂板厚1.0m，中隔墻厚1.0m，邊墻厚1.0m，底板厚1.0m。在倒虹吸管水平段進出口樁號411+132及樁號411+497處設集水井，供檢修抽水。出口閘室段樁號411+563～411+581，長18m，設工作閘門和檢修閘門。閘室分2孔，每孔凈寬5.1m，底板高程為57.355m。閘室為開敞式鋼筋混凝土整體式結構，中墩厚1.0m，邊墩頂厚1.0，底厚1.5m，底板厚1.3m。設2扇工作鋼閘門（弧門）和2扇檢修鋼閘門，工作門為動水啟閉，墩頂高程67.753m。閘室邊墻設逆止式排水孔。工作門為表孔弧形閘門，采用2×160kN液壓啟閉機，閘門高度6.7m；檢修閘門為平面滑動疊梁門，閘門總高度6.6m，分3節(jié)，平時放置于門庫中，采用2×50kN電動葫蘆起吊。門庫布置在閘室左側，地下結構，長16.1m，寬4.5m，高8.4m。出口漸變段由樁號411+581～411+638，長57m。該段結構型式與進口漸變段相同，邊坡系數(shù)0～2.5，底寬11.2～7.5m，底部高程為57.355m～59.207m，縱坡1:30.778。漸變段一級馬道高程為65.207m。邊墻設逆止式排水孔。18河北工程大學畢業(yè)設計（2）河道治導建筑物為改善河道行洪口門的流態(tài)，在倒虹吸進出口設置了治導建筑物，左右兩側均為包爾達可夫線型導流堤。由于中易水沒有通航要求，導流堤曲線采用上游段由半徑100m和33m兩段園弧復合而成，園心角分別為90°和30°；下游段為半徑100m，園心角30°的圓弧。流速較大的導流堤頭部及迎水面采用0.3m厚鋼筋混凝土護坡，坡腳采用鋼筋石籠護底，寬20m，厚2m；流速較小背水面和下游采用0.4m厚漿砌石護坡。下游迎水面采用鋼筋石籠水平防護，寬10.0m，厚1m。（3）口門防護倒虹吸采用淺埋方案，按照結構抗震要求將倒虹吸管身埋置于河底以下2.5m，并對管頂河床進行防沖防護以保證建筑物的安全運行。倒虹吸口門及上下游河床采用漿砌石護砌，護砌高程為56.500m，總長126m，上下游各63m，厚0.5m，之外為20m長的鋼筋石籠護底，上游后1m，下游厚2m?？陂T兩側采用鋼筋混凝土護坡，厚0.3m，并與上下游導流堤銜接。4.7水力設計4.7.1倒虹吸進出口漸變段長度為了使通過倒虹吸管的水流平順，減少水頭損失，在倒虹吸管與渠道連接處設置漸變段。其長度按經(jīng)驗公式確定∶L=C(B1-B2)式中：C—系數(shù)，進口取1.5～2.5，出口取2.5～3.5；B1—渠道水面寬；B2—漸變段縮窄端水面寬。按推薦斷面（2孔1聯(lián)）計算，進、出口漸變段長取35m和57m。加大流量時進口漸變段水面收縮角為15°26?。出口漸變段水面擴散角為9°37?。4.7.2倒虹吸進出口高程確定為保證倒虹吸進口在設計條件下的淹沒進流狀態(tài)，進口淹沒度依據(jù)《水利水電工程進水口設計規(guī)范》（SL285－2003）確定，水位變動幅度取0.3m。計算公式采用戈登公式:S?cVd，c值取0.55。12通過計算，設計條件下S=1.47m，校核條件下S=1.71m，取設計條件時淹沒度19河北工程大學畢業(yè)設計1.85m。校核條件時淹沒度為2.05m。出口淹沒度取設計水位下1.0m。依此確定倒虹吸進口底板高程56.711m，出口底板高程57.355m。在倒虹吸出口布置工作閘，用來調(diào)節(jié)總干渠和倒虹吸進口水位，倒虹吸小流量輸水時通過控制工作閘開度調(diào)節(jié)倒虹吸進口水位，使倒虹吸進口處于淹沒狀態(tài)。并控制總干渠的輸水量，事故截流和倒虹吸檢修。4.7.3倒虹吸管身水力設計對于渠道倒虹吸以通過加大流量作為斷面控制條件。本倒虹吸管身斷面按加大流量和分配總水頭確定。計算采用了長委編制的《南水北調(diào)中線工程渠道倒虹吸土建部分初步設計大綱》中的有關方法和公式，水力計算簡圖見圖4－2。（1）水流通過倒虹吸的總水頭損失計算采用以下公式：△Z＝△Z1+△Z2+△Z3-△Z4式中：△Z1、△Z2、△Z3、△Z4分別表示進口漸變段水頭損失、進口閘墩引起的水頭損失、進口漸變段末端至倒虹吸出口水頭損失、出口閘室和漸變段水面回升值。見圖4－4。①進口漸變段水頭損失△Z1△Z1=(1+ζ1)（V22-V12）/2g+L1J1漸變段糙率n取0.015；ζ1—進口漸變段局部水頭損失系數(shù)，取0.15；L1—進口漸變段長度，L1=35m；J1—進口漸變段平均水力坡降；V1、V2—進口漸變段始、未端流速。②進口閘墩引起的水頭損失△Z2△Z2=2k(k+10?-0.6)(?+15?4)(V02)/2gV0—閘槽內(nèi)流速；k—閘墩頭部形狀系數(shù)，對半圓形取0.9；?—縮窄斷面的流速水頭與水深之比；?—閘墩總厚度與閘室總寬度之比。20河北工程大學畢業(yè)設計③進口漸變段末端至倒虹吸出口水頭損失△Z3△Z3＝(V32-V22)/2g+(ζ2+ζ3+ζ4+ζ5+2gL3/C2R)(V32/2g)V3—管內(nèi)流速(m/s)；ζ2—進管損失系數(shù)，取0.2；ζ3—出管損失系數(shù)，取ζ3=（1-ζ4—彎道損失系數(shù)；46sin2(?/2)+2.05sin4(?/2)，?為彎道與軸線夾角；ζ5—旁通管損失系數(shù)，取0.05/每道；ζ6—閘槽損失系數(shù)，取0.1/每道；L3—管道計算長度，L3=494m；C、R—分別為管身段計算水流的謝才系數(shù)和水力半徑，糙率n取0.014。④出口水面回升值△Z4△Z4=(1-ζ7)×[(V52-V42)/2g-J2×L5漸變段糙率n取0.015；ζ7—出口漸變段損失系數(shù)，取0.25；w22)；w1V5—出口漸變段未端流速；V4—出口漸變段始端流速；J2—出口漸變段平均水力坡降；L5—出口漸變段長度，L5=57m。表4—6倒虹吸水力計算（按加大流量）成果表×4.3m×4.3m，進一步通過工程量計算進行比選。21河北工程大學畢業(yè)設計4.8主要建筑物穩(wěn)定結構設計倒虹吸管為地下工程，其穩(wěn)定計算包括兩項內(nèi)容，即管身水平段抗浮穩(wěn)定和進出口斜坡段抗滑穩(wěn)定。⑴管身抗浮管身抗浮穩(wěn)定計算公式采用《南水北調(diào)中線工程總干渠渠道倒虹吸土建工程初步設計大綱》（2004年3月）推薦的公式計算。kW=(G?GE?GW)≥[kW]W式中：kW—計算的抗浮安全系數(shù)；[kW]—抗浮穩(wěn)定安全系數(shù)，設計工況為1.1，校核工況1.05；G—倒虹吸結構自重；GE—管段上方回填土石料及砌體重，水下部分用浮重；Gw—管段內(nèi)部水重，當管內(nèi)無水時Gw=0；W—管段所受浮托力。根據(jù)倒虹吸運用情況，管身水平段抗浮穩(wěn)定分別對管內(nèi)有水河道100年、管內(nèi)無水河道20年一遇洪水和倒虹吸管單孔檢修河道20年一遇洪水進行了不同組合的抗浮穩(wěn)定分析計算。荷載組合見表4—7，計算成果見表4—8。23河北工程大學畢業(yè)設計表4—7倒虹吸管身抗浮荷載組合表表4—8倒虹吸管身抗浮穩(wěn)定成果表⑵斜管段抗滑倒虹吸管身進出口斜管段，其坡度與長度應滿足抗滑穩(wěn)定和便于伸縮、沉陷縫的設置。中易水倒虹吸進口斜管段坡度為1：6.757，長61m，分四段，一段16m，三段15m；出口斜管段坡度為1：6.864，長66m，分四段，兩段16m，兩段17m?？够€(wěn)定按長委設計大綱中的公式計算：Kc=f(Wycos??Wxsin?)/(Wysin?+Wxcos?)≥［Kc］式中：Kc—抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)，設計工況取1.30，校核工況取1.2。；Wy，Wx—分別為作用在斜管段上的垂直力和水平力；?—°°；f—斜管段與建基面之間滑動摩擦系數(shù)，考慮最不利工況發(fā)生管段，進口坐落于頁巖上，取0.5，出口坐落于頁巖和砂礫石上，取0.45。計算按管內(nèi)無水，管外有水的最不利工況計算，進口斜坡段抗滑安全系數(shù)1.225，出口1.278，均滿足抗滑穩(wěn)定要求。24河北工程大學畢業(yè)設計⑶管身段地基承載力復核管身地基應力按直線分布，計算工況取河道無水，倒虹吸正常輸水；一孔過水，一孔檢修；兩種工況，計算成果見下表：4—9。管身斜管段建基面為礫砂、礫石和強風化頁巖層，承載力標準值為350kPa，地基承載力設計值為516.76kPa，管身水平段建基面為強風化泥灰?guī)r，承載力標準值為800kPa。從表4—9可以看出，最大地基應力均小于地基承載力，不均勻系數(shù)小于2.0，滿足規(guī)范要求。但要求施工回填時，管身兩側土方要均勻填筑，夯壓密實。倒虹吸進出口閘室進行了抗浮穩(wěn)定、抗滑穩(wěn)定計算。計算方法同前。倒虹吸進出口閘室按河道百年洪水計算，抗浮穩(wěn)定安全系數(shù)分別為1.656、2.022，均滿足要求。進出口檢修閘室抗滑穩(wěn)定計算工況及成果見表4—10～4—11。表4-10進口閘室抗滑穩(wěn)定成果表25河北工程大學畢業(yè)設計表4-11出口閘室抗滑穩(wěn)定成果表以上各工況均滿足規(guī)范要求。4.8.2結構計算4.8.2.1管身結構計算(1)計算數(shù)據(jù)和計算原則中易水倒虹吸交叉斷面處河槽底高程最高60.000m，回填土高程56.500m?；靥钔亮蠟樵哟查_挖砂石料。因管身斜坡段最大埋深與水平段考慮回淤后相差無幾，計算斷面取管身水平段。倒虹吸管身荷載計算參數(shù)取值：覆土厚度根據(jù)運用情況按護砌高度和回淤至原地面分別進行了承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)計算，管頂回填土豎向壓力系數(shù)按覆土厚分別計算，側向土壓力采用朗肯主動土壓力計算。倒虹吸管結構計算荷載及組合：基本組合：工況一：管道設計水位，河道設計水位；工況二：管道設計水位，河道無水；26河北工程大學畢業(yè)設計工況三：一孔檢修，一孔過水，河道枯水位；特殊組和：工況四：渠道加大水位，河道無水，地震；工況五：渠道加大水位，河道校核水位；工況六：施工完建期；（2）計算方法洞身結構計算采用了多孔涵洞內(nèi)力及配筋計算程序。①多孔涵洞內(nèi)力及配筋計算程序法計算原理沿倒虹吸管道縱向取單位長度進行內(nèi)力有限元分析，按平面問題處理，視為彈性地基上的框架，采用文克爾假定，并用初參數(shù)法求解?；炷翉姸鹊燃塁30，鋼筋Ⅱ級。倒虹吸管身結構斷面進行了2孔、3孔的計算和比選，管身結構尺寸和延米混凝土量見表4—12。表4—12管身結構尺寸表管身斷面見圖4—5，其荷載及內(nèi)力設計值見圖4－5～4－9。27河北工程大學畢業(yè)設計表4-13管身荷載標準值（單位KN/m)229河北工程大學畢業(yè)設計表4-14管身荷載設計值表（單位KN/m)230河北工程大學畢業(yè)設計河北工程大學畢業(yè)設計3334河北工程大學畢業(yè)設計36河北工程大學畢業(yè)設計表4－15管身不同組合跨中、桿端內(nèi)力標準值表（多孔涵洞內(nèi)力有限元程序結果）37河北工程大學畢業(yè)設計38河北工程大學畢業(yè)設計39河北工程大學畢業(yè)設計40河北工程大學畢業(yè)設計41河北工程大學畢業(yè)設計中易水倒虹吸治導工程即為左右岸導流堤。為改善行洪口門的水流流態(tài)，經(jīng)工程布置，中易水倒虹吸左右岸均采用曲線型導流堤導流。筑堤材料采用管身段的棄土（以中粗砂、礫砂和砂礫為主），外邊坡坡比為1：2.5。導流堤的平面形狀采用包爾達可夫線型的導流堤，整個堤型由不同半徑及轉角組成，由于中易水沒有通航要求，導流堤型上游由90°圓弧（半徑為R）和半徑為0.33R的30°圓弧組成。下游由半徑為R的30°圓弧組成。2）導流堤的主要半徑R按照《公路橋位勘測設計規(guī)范》JTJ062-91中附18.14式計算：R＝α·λ·L式中：α─系數(shù)，查附表18.6，表中Qn1、Qn2分別為設計洪水是天然狀態(tài)下，兩側渠道所阻斷的較小流量和較大流量。Qn1/Qn2≈1，；取α＝0.6；λ─系數(shù)，查附表18.5。天然狀態(tài)下，流入口門流量為72.58％，取λ＝0.3968；L─口門凈寬（m）。經(jīng)計算，R＝88.1m，取用R＝100m。導流堤在倒虹吸軸線處的頂面高程Hmin按下式計算：Hmin＝Hp+△Z+he+∑△式中：Hmin－導流堤頂面最低高程（m）；Hp－設計水位（m）；△Z－橋前壅水高度（m）；he－波浪侵襲高度（m）；∑△h－諸因素影響水面高的總和，設計時應按實際情況取值。經(jīng)計算，100年一遇洪水情況下，Hmin為63.89m，300年一遇洪水情況下，Hmin為64.37m。綜合考慮，上游導流堤頂面高程取為64.500m，下游導流堤頂面高程取為64.000m。導流堤的的堤頂寬和邊坡確定根據(jù)《公路橋涵設計手冊—橋為設計》堤頂寬度及邊坡：堤身：3m堤頭：4m42河北工程大學畢業(yè)設計盡管本工程采用了曲線型導流堤，但由于中易水倒虹吸阻斷了一部分流量，洪水在歸槽過程中產(chǎn)生一定的橫向流，依然存在沖刷問題，須采取防護措施。1）導流堤沖刷深度確定導流堤沖刷深度包括河床自然演變沖刷深度和其自身的局部沖刷深度兩部分。導流堤所在的河床由于歷經(jīng)多次洪水的沖刷，形成現(xiàn)在的地形，因此認為河床自然演變沖刷深度為零，在現(xiàn)地形上的局部沖刷深度即為導流堤頭部的沖刷深度。①局部沖刷深度計算導流堤頭部局部沖刷按照以下公式計算：?Dt0.4V?V0hb?1.45()()hKmhV0式中：hb－導流堤頭局部沖刷深度（m）；Dt－上游導流堤頭部端點至岸邊距離在垂直水流方向上的投影長度，取95m；H－導流堤頭部的沖刷前水深（m），100年一遇洪水為1.34m，300年一遇洪水為1.86m；護措施。倒虹吸進出口斜管段上的水平護砌，兼有保護導流堤坡腳和管身的雙重作用，其432）防護措施中易水導流堤不同的部位流速不同，沖刷深度變化亦不一樣，因此根據(jù)流速和沖刷深度的變化情況，對不同部位采取不同的防護措施。上游導流堤頭部至與口門銜接處迎水面采用0.3m厚鋼筋混凝土護坡，長20m，厚2m的鋼筋石籠護底。上游背水面及下游導流堤采用0.4m厚的漿砌石護坡。下游導流堤迎水面采用鋼筋石籠護底，長20m，厚1m。44河北工程大學畢業(yè)設計節(jié)能設計主要依據(jù)的法律、法規(guī)及技術標準：（1）《中華人民共和國節(jié)約能源法》；（2）水利部水規(guī)計[2007]10號文《轉發(fā)國家發(fā)展改革委關于加強固定資產(chǎn)投資項目節(jié)能評估和審查工作的通知》；（3）《中國節(jié)能技術政策大綱》；（5）《水閘設計規(guī)范》SL265-2001；（6）《堤防工程設計規(guī)范》GB50286-98；（7）《民用建筑節(jié)能管理規(guī)定》（建設部令第143號）；（8）《公共建筑節(jié)能設計標準》（GB50189-2005）；（9）《民用建筑熱工設計規(guī)范》（GB50176-1993）節(jié)能工作是一項長期的戰(zhàn)略任務，也是當前的緊迫任務。根據(jù)《中國節(jié)能技術政策大綱》，節(jié)能設計應遵循“開發(fā)與節(jié)約并舉、節(jié)約優(yōu)先”和“節(jié)能與發(fā)展相互促進”的方針，優(yōu)先采用節(jié)能型的施工工藝和高性能節(jié)能設備，提高能源利用效率和效益，減少對環(huán)境的影響。節(jié)能設計主要考慮：在設計中使用節(jié)能材料和設備，合理布局節(jié)約投資；在施工中采用合理安排工序，縮短工期和選用節(jié)能機械等節(jié)能措施。土建工程中