鋼筋混凝土倒虹吸管技術(shù)設(shè)計(jì)大綱

4 4 4 9 9 倒虹吸管是灌區(qū)（電站或其他工程）的引水渠上（樁號×+×××~×+×××)的輸水（引水）建筑物，位于省縣（市）鄉(xiāng)的，對外交通為，距的公路里程約km。按初步設(shè)計(jì)報(bào)告，本倒虹吸管經(jīng)審定為：設(shè)計(jì)流量m3／s，采用形過水?dāng)嗝?，管徑（寬×高）m，根數(shù)條，進(jìn)出口設(shè)計(jì)水位差m。管體采用結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)最大水頭m，由進(jìn)口段、管道、出口段及管道支承結(jié)構(gòu)等建筑物組成，全長m。2.1有關(guān)本工程主要文件(1)初步設(shè)計(jì)文件（包括補(bǔ)充文件(2)初步設(shè)計(jì)審批文件（包括上級機(jī)關(guān)對本工程的其他文件(3)技術(shù)設(shè)計(jì)任務(wù)書；(4)其它有關(guān)文件及資料（如會議紀(jì)要、專題論證報(bào)告及其它部門的文件）。2.2主要設(shè)計(jì)規(guī)范(1)SDJ12－78水利水電樞紐工程等級劃分及設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和補(bǔ)充規(guī)定（山區(qū)、丘陵區(qū)部分試行(2)SDJ217－87水利水電樞紐工程等級劃分及設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)(平原、濱海部分試行(3)SDJ10－78①水工建筑物抗震設(shè)計(jì)規(guī)范（試行(4)SDJ20-78②水工鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范（試行(5)SDJ207-82水工混凝土施工規(guī)范；(6)SD303-88水電站進(jìn)水口設(shè)計(jì)規(guī)范（試行2.3主要參考資料［1］劉啟釗等.水工設(shè)計(jì)手冊第七卷.第三十四章壓力管道.水利電力出版社.1989.5［2］陳濟(jì)群.水工設(shè)計(jì)手冊第8卷.第四十章渠系建筑物.水利電力出版社.1984.11［3］余際可等.倒虹吸管(第二版).水利電力出版社.1993.6［4］華東水利學(xué)院等.水工鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)(下冊).水利電力出版社.1975.10［5］武漢水利電力學(xué)院水力學(xué)教研室.水力計(jì)算手冊.水利電力出版社.1980.123.1工程等別與建筑物級別(1)工程等別：根據(jù)本工程規(guī)模及SDJ12-78或SDJ217－87規(guī)范，確定本工程為等工程。(2)建筑物級別：管道、支承結(jié)構(gòu)及管道進(jìn)出口段等各部建筑物的設(shè)計(jì)級別應(yīng)按有關(guān)規(guī)范確定。3.2地震烈度(1)基本地震烈度：根據(jù)國家地震局（或省市地震大隊(duì)）對本地區(qū)地震烈度的鑒定資料，其地震基本烈度為度。(2)設(shè)計(jì)地震烈度：按SDJ10-78的規(guī)定，本工程設(shè)計(jì)地震烈度為度。3.3輸水流量及允許水頭損失序號名稱數(shù)量，m／s備注1設(shè)計(jì)流量2加大流量或校核流量3最小設(shè)計(jì)流量4常見的中小流量(2)允許水頭損失：根據(jù)渠系水面線要求，通過設(shè)計(jì)流量時(shí)，本倒虹吸管允許最大水頭損失值為m。3.4輸水水質(zhì)(1)含泥沙情況；(2)對結(jié)構(gòu)物的浸蝕性情況。3.5進(jìn)出口渠道要素（見表2）1234567893.6管線區(qū)的地形資料（見表3）序號名稱施測范圍與要求1平面地形圖1.包括進(jìn)出口段的渠道2.地形圖寬度應(yīng)視布置要求擬定：一般在管軸線兩側(cè)各100m部分)2縱剖面圖沿?cái)M定的軸線施測水平與垂直比例尺可以不同，視具體情況定3橫剖面圖根據(jù)具體情況選在各控制點(diǎn)上視具體情況定3.7管線區(qū)的地質(zhì)資料(3)管線區(qū)不良地質(zhì)構(gòu)造處及特殊地段(如跨越河溪、道路等)的平面圖、剖面圖（1∶200～1∶500）及有關(guān)專題報(bào)告；(4)建筑材料產(chǎn)地、貯量及質(zhì)量分布圖；(5)地基及回填土的物理力學(xué)指標(biāo)（見表4、表5，包括不同的管段區(qū)(6)地質(zhì)報(bào)告或說明書。序號項(xiàng)目名稱單位部位指標(biāo)備注1地基巖性2地基允許承載能力MPa3地基變形模量MPa4建筑物與地基間的摩擦系數(shù)f5建筑物與地基間的凝聚力CMPa6地基內(nèi)部滑動面的摩擦系數(shù)f'7地基內(nèi)部滑動面的凝聚力C'MPa8水上水下9水上水下…12kN／m34…3.8水文氣象資料(1)氣溫及水溫：多年實(shí)測的日平均氣溫及水溫，或月平均資料（見表6123456789(2)極端最高氣溫℃（發(fā)生在年月日(3)極端最低氣溫℃（發(fā)生在年月日(4)多年平均最大風(fēng)速m／s（風(fēng)向(5)冰凍期為月，結(jié)冰厚度m，持續(xù)最長時(shí)間d，凍土層厚度m；(6)地下水埋深；(7)冰凌資料。3.9專題資料提示：當(dāng)?shù)购缥芡ㄟ^或跨越河溪、道路等時(shí)，需要有下(2)跨越鐵路、公路：要了解該路段的交通運(yùn)輸，今后發(fā)展及對本工程的要求等有關(guān)情3.10材料特性3.10.1混凝土(1)混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度與彈性模量見表7?；炷翗?biāo)號設(shè)計(jì)強(qiáng)度彈性模量E軸心抗壓R彎曲抗壓R抗拉R抗裂R(2)混凝土的其它參數(shù)見表8。序號名稱單位數(shù)值備注1素混凝土容重kN／m2鋼筋混凝土容重kN／m3混凝土抗?jié)B標(biāo)號4混凝土抗凍標(biāo)號5混凝土線膨脹系數(shù)α3.10.2鋼筋設(shè)計(jì)強(qiáng)度及彈性模量，見表9鋼筋品種符號直徑mm設(shè)計(jì)強(qiáng)度，Mpa彈性模量EgGPa受拉Rg受壓R'g3.10.3其他3.11安全系數(shù)(1)混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件強(qiáng)度安全系數(shù)見表10。建筑物級別荷載組合基本特殊基本特殊基本特殊按抗壓強(qiáng)度計(jì)算的受壓構(gòu)件、局部承壓按抗拉強(qiáng)度計(jì)算的受壓、受拉、受彎構(gòu)件(2)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件強(qiáng)度安全系數(shù)見表11。建筑物級別荷載組合基本特殊基本特殊基本特殊軸心受壓構(gòu)件、偏心受壓構(gòu)件、局部承壓、斜截面受剪、受扭軸心受拉、受彎、偏心受拉構(gòu)件(3)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件使用中不允許出現(xiàn)裂縫的抗裂安全系數(shù)(Kf)，見表12。建筑物級別荷載組合基本特殊基本特殊基本特殊軸心受拉、小偏心受拉構(gòu)件受彎、偏心受壓、大偏心受拉構(gòu)件(4)建筑物穩(wěn)定安全系數(shù)見表13。序號建筑物名稱抗滑抗傾基本特殊基本特殊1管道與管座2管座與地基3鎮(zhèn)墩與地基4邊墻與地基3.12其他系數(shù)(1)管節(jié)搬運(yùn)、吊裝等動力系數(shù)：Kη=:(2)管體與管座之間的摩擦系數(shù)：f＝。4.1倒虹吸管設(shè)計(jì)除執(zhí)行本大綱外，還應(yīng)符合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)程和規(guī)范的規(guī)定。4.2倒虹吸管是引水建筑物，其工作情況及設(shè)計(jì)要求必須滿足整個(gè)引水工程規(guī)劃設(shè)計(jì)的要4.3鑒于溫度荷載對管道應(yīng)力影響較大，又難于準(zhǔn)確計(jì)算，因此，在管道設(shè)計(jì)中，應(yīng)采取適當(dāng)?shù)臉?gòu)造措施，尤其要注重隔溫措施，一般盡量采用掩埋式或其它隔溫結(jié)構(gòu)，以減小溫度荷載對管道應(yīng)力的影響。4.4混凝土收縮的影響在設(shè)計(jì)上一般不進(jìn)行計(jì)算，只提請施工部門采取措施，應(yīng)控制均勻收縮在允許范圍之內(nèi)，并應(yīng)盡量避免非均勻收縮。4.5地震力為特殊荷載，設(shè)計(jì)中一般可不考慮，應(yīng)著重采取抗震結(jié)構(gòu)及工程措施。只有對7度以上地震區(qū)的大型倒虹吸管，且是露天鋪設(shè)時(shí)，應(yīng)按SDJ10-78的要求進(jìn)行設(shè)計(jì)。4.6倒虹吸管主要是承受較大的內(nèi)水壓力荷載，因此，鋼筋混凝土管道結(jié)構(gòu)應(yīng)按不允許開裂的要求進(jìn)行設(shè)計(jì)。4.7因混凝土具有易裂性，對混凝土水管，尤其是高壓管，應(yīng)從結(jié)構(gòu)構(gòu)造、布筋、施工等方面注重采取抗裂防滲措施。4.8在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，應(yīng)充分考慮施工中(如用頂管法、盾構(gòu)法施工，或管道通過河谷道路等)的一些特殊要求。4.9在寒冷地區(qū)，應(yīng)按防凍要求設(shè)計(jì)，采取必要的防凍措施。5.1一般規(guī)定較后確定。一般要求線路宜短而直，使水流平順、水頭損失小、工程量少、造(6)園形管道的轉(zhuǎn)彎半徑不宜小于3倍管徑。位置相近的平面轉(zhuǎn)彎和立面轉(zhuǎn)彎宜合并防凍：管頂埋入凍土層以下0.5m（黃河以南地區(qū)1.0m（華北地區(qū)1.5m5.2進(jìn)出口段水口布置應(yīng)參照SD303-88有關(guān)章節(jié)條款的要求。非淹沒的急流，因此為了改善此種水流狀態(tài)，在進(jìn)出口處可設(shè)置消力池、控制閘等建5.3管道段5.3.1管道的斷面形式及尺寸、根數(shù)、材料及支承結(jié)構(gòu)選擇提示：一般應(yīng)根據(jù)工程規(guī)模及工程的具體條件，經(jīng)技5.3.2管座形式選擇提示：園形管座的形式有素土平基、弧形土基、剛性弧形管座、內(nèi)園外城門型、梁式支承、兩點(diǎn)式支承、中空式剛性弧形管座等多種。管座形式對管道應(yīng)力影響較大，應(yīng)根據(jù)工程具5.3.3鎮(zhèn)墩布置(1)管道轉(zhuǎn)彎處應(yīng)設(shè)置鎮(zhèn)墩；(2)鎮(zhèn)墩在管道直段上的設(shè)置。提示：管道布置在一般坡度上時(shí)，每50m～100m設(shè)一個(gè)鎮(zhèn)墩。當(dāng)布置在坡度陡、長度大的斜坡5.3.4管節(jié)長度與伸縮沉陷縫管節(jié)長度在土基上一般為15m～20m，在巖基上為10m～15m。管身與管座之間設(shè)置油毛氈墊層，且管身又采用分段間隔澆筑，對管徑小于或等于在5m以內(nèi)，個(gè)別的也有長達(dá)8m。5.3.5專題設(shè)計(jì)提示：專題設(shè)計(jì)的項(xiàng)目可能有：橋式支承結(jié)構(gòu)(拱、排架、梁)，較大的基礎(chǔ)處理，露天式管道6.1計(jì)算任務(wù)6.2管道流速倒虹吸管內(nèi)流速應(yīng)根據(jù)允許水頭損失值，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較和管內(nèi)不淤條件選定。6.3水頭損失計(jì)算提示：倒虹吸管水頭損失包括局部水頭損失和沿程水頭損失兩大部分。其中局部水頭損失包括攔污柵、進(jìn)口、門槽、漸變段、彎頭、管節(jié)接頭、出口等。各類水頭損失的計(jì)算可參照6.4管道過水能力的核算倒虹吸管內(nèi)的水流為壓力管流，故其管道內(nèi)的過水能力按壓力管流公式計(jì)算。6.5進(jìn)出口水面銜接的驗(yàn)算提示：倒虹吸管進(jìn)出口一般先按設(shè)計(jì)流量以淹沒流型式進(jìn)行設(shè)計(jì)，然后當(dāng)通過中小流量時(shí)，若進(jìn)出口渠道水頭差值(Z)大于管道總水頭損失(h)時(shí)，進(jìn)口水面可能在管內(nèi)出現(xiàn)跌落而產(chǎn)生水躍，引起脈動和摻氣，影響安全7.1荷載及其組合7.1.1荷載7.1.1.1基本荷載(1)自重（包括管道隔溫結(jié)構(gòu)的自重(2)滿管水重；(3)設(shè)計(jì)內(nèi)水壓力；(4)外水壓力；(5)管道彎曲段水流的離心力；(7)地面荷載；(8)支座反力；(9)溫度荷載；(10)雪荷載。7.1.1.2特殊荷載(1)校核內(nèi)水壓力；提示：各類荷載計(jì)算公式及方法，參見主要參7.1.2荷載組合成；特殊組合除相應(yīng)的基本荷載外，尚應(yīng)包括荷載組合一般應(yīng)按表14～16采用，但有時(shí)還要考慮其它可能的荷載及可能的最不利組合。(1)管道橫向計(jì)算的荷載組合，見表14。管道類型土壓力雪荷載地震力露天管掩埋管河床埋管(2)管道縱向計(jì)算的荷載組合，見表15。管道類型土壓力雪荷載地震力露天管掩埋管(3)鎮(zhèn)墩計(jì)算的荷載組合，見表16。自重水重設(shè)計(jì)內(nèi)水壓力外水壓力水流離心力土壓力地面荷載管道作用力雪荷載校核內(nèi)水壓力地震力露天管掩埋管7.2管身內(nèi)力計(jì)算7.2.1設(shè)計(jì)一般規(guī)定7.2.2橫向計(jì)算7.2.2.1圓形管計(jì)算原則7.2.2.2箱形管計(jì)算原則7.2.2.3計(jì)算步驟及公式提示：計(jì)算步驟一般分為基本資料、荷載計(jì)算及組合、內(nèi)力計(jì)算、強(qiáng)度驗(yàn)算、配筋計(jì)算、抗7.2.3縱向計(jì)算7.2.3.1計(jì)算原則7.2.3.2計(jì)算步驟及公式7.3鎮(zhèn)墩結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)7.3.1設(shè)計(jì)一般要求7.3.1.1鎮(zhèn)墩穩(wěn)定設(shè)計(jì)提示：倒虹吸管鎮(zhèn)墩一般屬重力式結(jié)構(gòu)，它利用自身重力維持其穩(wěn)定，且它的變位不能影響7.3.1.2鎮(zhèn)墩結(jié)構(gòu)計(jì)算內(nèi)容(1)抗滑與抗傾覆穩(wěn)定性校核；(2)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度驗(yàn)算；(3)地基承載能力驗(yàn)算，必要時(shí)進(jìn)行沉陷驗(yàn)算。7.3.1.3鎮(zhèn)墩建筑材料對中小型工程經(jīng)論證后，可以用漿砌塊石與7.3.1.4鎮(zhèn)墩基礎(chǔ)組合作用下，基礎(chǔ)面上不宜產(chǎn)生拉應(yīng)力，且其壓應(yīng)力最大值與最小值之比一般不宜接近垂直鎮(zhèn)墩上的合力方向。其具體尺寸一般7.3.1.5鎮(zhèn)墩內(nèi)管道段強(qiáng)度及配筋提示：鎮(zhèn)墩內(nèi)管道段的混凝土強(qiáng)度及配筋量一般與鎮(zhèn)墩外直管道段相同，以防因內(nèi)水壓力及7.3.1.6鎮(zhèn)墩的周圍，尤其是上部，宜配置適量溫度鋼筋，以防開裂，損壞整體性。7.3.2鎮(zhèn)墩的穩(wěn)定性驗(yàn)算(1)鎮(zhèn)墩沿建基面的抗滑與抗傾覆穩(wěn)定性驗(yàn)算。提示：為使地基受力均勻，一般都要求合力作用點(diǎn)在基礎(chǔ)底面的中三分點(diǎn)之內(nèi)，故可不進(jìn)行(2)斜坡上的鎮(zhèn)墩應(yīng)論證或驗(yàn)算地基是否穩(wěn)定。巖坡上：應(yīng)研究沿巖石的層理或斷層面的滑7.3.3鎮(zhèn)墩的強(qiáng)度驗(yàn)算(1)鎮(zhèn)墩的強(qiáng)度驗(yàn)算一般按重力式擋土墻計(jì)算方法進(jìn)行，可選幾個(gè)與墩底面平行的危險(xiǎn)面用材料力學(xué)方法計(jì)算截面應(yīng)力