福泉大飞排架墩渡槽设计说明书.docx

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福泉大飞排架墩渡槽设计说明书

大飞水电站矩形排架墩渡槽设计说明书

（参考方案）

绪言

渡槽是输送渠道水流跨越河渠、道路、山谷等的架空输水建筑物，是灌区水工建筑物中应用最广的交叉建筑物之一，除用于输送渠水外还可排洪和导流等之用。

渡槽由槽身、支撑结构、基础及进出口建筑物等部分组成。

矩形渡槽是渡槽的一类，分为现浇和预制两种。

现浇钢筋砼矩形渡槽跨度一般为8-15m，由于它具有设计简单，施工方便，架模容易等特点，因此广泛应用于丘陵地区。

预制钢筋砼矩形渡槽由于它必须吊装，适用于开阔地段且必须交通方便，而在交通不方便，地形不开阔的地段，施工难度较大，而且预制块之间的缝如果处理不好将造成漏水，这就使得预制钢筋砼矩形渡槽在丘陵灌区得不到广泛运用。

渡槽的设计，要在全面搜集地形、地质、水文气象、建筑材料、交通情况、施工条件等资料的基础上，综合考虑各项技术经济指标，全面分析比较，选择最优方案。

渡槽位置的选择，应结合渠道线路布置，尽可能修建在有良好的地形，地质条件好的地方，本方案为排架墩渡槽设计方案，仅供参考！

目录

1.工程概况及基本资料2

1.1工程概况2

1.2气象2

2.渡槽选型与布置3

2.1结构型式选择3

2.2总体布置3

2.3结构布置3

3.水力计算4

1、上游渠道水深h0计算4

2、下游渠道水深h0计算4

3、渡槽底坡i、槽身净宽B、净深H设计5

4、渡槽总水头损失计算6

5、进出口渐变段布置计算6

6、进出口槽底高程计算7

4.槽身结构计算8

4.1槽身尺寸拟定8

4.2基本设计资料8

4.3计算说明9

4.4纵向计算10

4.5横向计算10

5．排架墩结构稳定计算13

（1）荷载标准值时基底全压力——用于验算地基承载力15

（1）荷载标准值时基底全压力——用于验算地基承载力17

1.工程概况及基本资料

1.1工程概况

大飞水电站始建于1985年，于1993年10月投产运行，距离福泉市26公里，属长江流域，采用筑坝引水式、卧式机组，微机液压调速器控制，发电机组为2×1250kW同步发电机，年利用率为4400小时，年均发电量1100万kW.h，

大飞水电站机组设计水头107米，机组设计流量2.98m3/S。

该电站资产已由福泉市水利局全资划转到福泉供电局。

水渠长3500米（包括引水隧洞500米），渠深2.1米、渠宽1.7米。

本工程渡槽位于大坝左干渠2+000处，修建于70年代，原为浆砌明渠，渠高2.1米，渠宽1.7米。

由于2014年6月6日山体塌方，约35米长引水明渠已全面冲毁，形成长度为35米冲沟，同时上下游各延伸30米范围内均出现明显渠道开裂等情况，渠身已变形漏水。

冲毁处冲沟以黄粘土为主，无明显出露基岩。

1.2气象

本工程所在地属亚热带季风气候华中湿润区，热量丰富、雨量充沛，无霜期长，年均温14°C左右，年积温4574--5609°C，无霜期245--278天。

年均降水量1033--1220毫米。

2.渡槽选型与布置

2.1结构型式选择

梁式渡槽的槽身是直接搁置于槽墩或槽架之上的。

为适应温度变化及地基不均匀沉陷等原因而引起的变形，必须设置变形缝将槽身分为独立工作的若干节，并将槽身与进出口建筑物分开。

变形缝之间的每一节槽身沿纵向是两个支点所以既起输水作用又起纵向梁作用。

根据支点位置的不同，梁式渡槽有简支梁式双悬臂梁式和单悬臂梁式三种型式。

单悬臂梁式一般只在双悬臂梁式向简支梁式过渡或与进出口建筑物连接时使用。

简支梁式槽身施工吊装方便，接缝止水构造简单，但跨中弯矩较大，底板受拉对抗裂防渗不利。

简支梁式槽身常用的跨度为8-15m。

由于该渡槽槽高较大，本设计采用简支梁式槽身，跨度取为8m。

梁式渡槽的槽身采用钢筋混凝土结构。

2.2总体布置

渡槽的位置选择是选定渡槽的中心线及槽身起止点的位置。

本设计的渡槽的中心线布置于冲沟轴线之上。

具体选择时可以从以下几方面考虑：

（1）槽址应尽量选在地质良好、地形有利和便于施工的地方，以便缩短槽身长度、减少工程量；

（2）槽轴线最好成一直线，进口和出口避免急转弯，否则将恶化水流条件，影响正常输水；

（3）跨越河流的渡槽，槽轴线应与河道水流方向尽量成正交，槽址应位于河床及岸坡稳定、水流顺直的地段，避免位于河流转弯处；

2.3结构布置

根据渠系规划确定，选用钢筋混凝土简支梁式渡槽进行输水，槽身采用带拉杆的矩形槽，支承结构采用两跨之间设横梁，基础采用挡土墙基础顶设置横梁承接支撑排架。

渡槽全长72m，采用等跨布置方案，一跨长度为8m。

进出口均用混凝土建造。

3.水力计算

1、上游渠道水深h0计算

1.1已知数据

上游渠道设计流量（m3/s）：

Q=

2.98

　上游渠道断面参数：

底宽（m）:

b=

1.7

边坡系数：

m=

0.25

底坡：

i=

0.0005

渠床糙率：

n=

0.015

1.1用试算法计算上游渠道水深h0

假设上游渠道水深（m）：

h0=

1.8

　过水断面面积（m2）：

A=

3.87

湿周（m）：

5.411

水力半径（m）：

0.715

谢才系数：

63.041

流量（m3/s）：

4.613

结论：

计算的Q值大于Q设计值，满足要求。

FALSE

1.8

　　流速：

V1=

0.77

2、下游渠道水深h0计算

2.1已知数据

下游渠道设计流量（m3/s）：

Q=

2.98

　下游渠道断面参数：

底宽（m）:

b=

1.7

边坡系数：

m=

0.25

底坡：

i=

0.0005

渠床糙率：

n=

0.015

2.2用试算法计算下游渠道水深h0

假设下游渠道水深（m）：

h0=

1.8

　过水断面面积（m2）：

A=

3.87

湿周（m）：

5.411

　　　水力半径（m）：

0.715

谢才系数：

63.041

流量（m3/s）：

4.613

FALSE

1.8

　　流速：

V2=

0.77

3、渡槽底坡i、槽身净宽B、净深H设计

3.1已知数据

渡槽长度（m）：

L=

77

渡槽设计流量（m3/s）：

Q=

2.98

渡槽加大流量（m3/s）：

Q=

3.725

渡槽糙率：

n=

0.014

渡槽纵坡：

i=

0.0005

3.2计算

上游渠道水深的15倍（m）：

15h0=

27

即：

L>15h0

　渡槽过流能力计算公式：

假设渡槽净宽（m）：

B=

2.2

假设渡槽通过加大流量时净深（m）：

H=

2

　　槽内水深与水面宽度的比值：

H/B=

0.909

过水断面面积（m2）：

4.4

湿周（m）：

6.2

水力半径（m）：

0.71

　假设断面的过流流量（m3/s）：

Q=

5.593

结论：

计算的Q值大于Q设计值，满足要求。

假设渠道通过设计流量时净深（m）：

h=

1.8

　槽内水深与水面宽度的比值：

h/B=

0.818

过水断面面积（m2）：

3.96

　湿周（m）：

5.8

　　　水力半径（m）：

0.683

　假设断面的过流流量（m3/s）：

Q=

4.905

设计流量时槽内流速（m3/s）：

V=

0.753

　　　顶部超高（m）：

0.2

结论：

计算的Q值大于Q设计值，满足要求。

4、渡槽总水头损失计算

4.1已知数据

渡槽上游渠道断面平均流速（m/s）：

V1=

0.77

　渡槽下游渠道断面平均流速（m/s）：

V2=

0.77

　槽内平均流速（m/s）：

V=

0.753

渡槽长度（m）：

L=

77

渡槽底坡：

i=

0.0005

进口段局部水头损失系数：

ξ1=

0.1

出口段局部水头损失系数：

ξ2=

0.3

允许水头损失（m）：

［△Z］=

0.271

4.2进口段水头损失Z1计算

-0.001

m　

4.3槽身段水头损失Z2计算

0.039

m　

4.4出口段水头损失Z3计算

-0.002

m　

4.5渡槽总水头损失Z计算

0.04

m　

结论：

计算的水头损失≤允许水头损失，满足要求。

5、进出口渐变段布置计算

上游渠道水面宽度（m）：

2.15

下游渠道水面宽度（m）：

2.15

　渡槽水面宽度（m）：

B=

2.2

　上游渠道与渡槽水面宽度的比值：

△B1=

0.977

　下游渠道与渡槽水面宽度的比值：

△B2=

0.977

　　进口渐变段长度（m）：

L1=（1.5～2.0）△B1=

1.466

～

1.954

　出口渐变段长度（m）：

L2=（2.5～3.0）△B2=

2.443

～

2.931

取进口渐变段长度（m）：

L1=

3

取出口渐变段长度（m）：

L2=

4

6、进出口槽底高程计算

6.1已知数据

进口前渠底高程（m）：

▽3=

100（假设）

出口前渠底高程（m）：

▽4=

99.96（假设）

　上游渠道水深（m）：

h1=

1.8

　下游渠道水深（m）：

h2=

1.8

槽中水深（m）：

h=

1.8

进口水面降落（m）：

Z1=

-0.001

沿程水面降落（m）：

Z2=

0.039

　出口水面回升（m）：

Z3=

-0.002

6.2计算

　进口槽底高程（m）：

▽1=▽3+h1-Z1-h=

100.001

　进口槽底抬高（m）：

y1=▽1-▽3=

0.001

　出口槽底高程（m）：

▽2=▽1-Z2=

99.962

　出口渠底降低（m）：

y2=h2-Z3-h=

0.002

　出口渠底高程（m）：

▽4=▽2-y2=

99.96

根据水利计算：

取槽身水深1.8m，顶部超高0.2m,净高2.0m，槽身净宽取2.2m，比降i=0.0005。

4.槽身结构计算

4.1槽身尺寸拟定

根据前面水力计算可知，水深h=1.8m，净深H=2.0m，宽度B=2.2m。

简支梁式渡槽的跨径一般为8m～15m，选取8m；侧墙高度选取2m侧墙厚度一般为t=12～25cm，选取20cm；侧墙与底板交接处加设补角，补角宽及高一般为20cm～30cm，选取25cm。

4.2基本设计资料

1．依据规范及参考书目：

《建筑结构荷载规范》（GB50009－2001）

《水工混凝土结构设计规范》（SL191-2008），以下简称《规范》

《水工钢筋混凝土结构学》（中国水利水电出版社）

《渡槽》（中国水利水电出版社出版）

《建筑结构静力计算手册》（第二版）

2．结构尺寸：

支承形式：

简支断面形式：

拉杆无肋断面

单跨槽身长度L=8.00m槽身横向角度β=45.00度

槽身净宽B=2.2m槽身净高H=2.0m

底板厚t2=0.200m底板坎高c5=0.000m

侧墙顶厚t3=0.150m侧墙底厚t1=0.200m

侧墙底加厚t4=0.000m加腋尺寸c=0.000m

3．荷载信息：

设计水深hs=1.8m

人群荷载qr=3.0kN/m2

4．荷载系数：

构件的承载力安全系数K＝1.35

可变荷载的分项系数γQ1k＝1.20

可变荷载的分项系数γQ2k＝1.10

永久荷载的分项系数γG1k＝1.05

永久荷载的分项系数γG2k＝1.20

5．材料信息：

混凝土强度等级：

C25

横向受力钢筋种类：

HPB235

纵向受力钢筋种类：

HRB335

构造钢筋种类：

HPB235

纵筋合力点至近边距离as=0.040m

混凝土裂缝宽度限值[ωmax]=0.200mm

4.3计算说明

1．荷载组合

承载力极限状态计算时，荷载效应组合设计值按下式计算：

S＝γG1K×SG1K＋γG2k×SG2K＋γQ1k×SQ1K＋γQ2k×SQ2K，即：

S＝1.05×SG1K＋1.20×SG2K＋1.20×SQ1K＋1.10×SQ2K，即：

正常使用极限状态验算应按荷载效应的标准组合进行，并采用下列表达式：

Sk（Gk，Qk，fk，αk）≤c

2．横向计算

（1）采用有限单元法对横向结构进行内力计算。

（2）侧墙钢筋计算时不计轴向力影响，近似按受弯构件计算配置受力筋。

（3）底板钢筋按偏心受拉构件计算配置。

（4）人行道板为支承在侧墙顶部的悬臂板，按受弯构件计算配置面层受力筋。

（5）拉杆与侧墙顶部的连接近似按铰接考虑，按偏心受拉构件计算配置受力筋。

3．纵向计算

（1）计算荷载按均布荷载考虑。

均布荷载q包括槽身自重、水重及人群荷载等。

（2）纵向结构按简支梁进行内力计算。

（3）钢筋计算及抗裂校核均近似采用矩形计算截面，截面梁宽为2倍侧墙厚。

（4）纵向受力钢筋按受弯构件计算配置。

4.4纵向计算

1．荷载计算

槽身自重g1k＝42.912kN/m

槽内水重q1k＝25.898kN/m

人群荷载q2k＝0.900kN/m

基本组合q＝γG1k×（g1k＋g2k）＋γQ2k×q1k＋γQ1k×q2k

＝1.05×（42.912＋0.000）＋1.10×25.898＋1.20×0.900＝74.626kN/m

标准组合qk＝g1k＋g2k＋q1k＋q2k

＝42.912＋0.000＋25.898＋0.900＝69.711kN/m

2．内力计算

计算跨径l＝1.05×lo＝8.400m

跨中弯矩M＝q×l2/8

＝74.626×8.4002/8＝658.205kN·m

支座剪力Q＝q×l/2

＝74.626×8.400/2＝313.431kN

3．配筋计算结果

纵梁由左右两侧墙身组成，梁高h=3430mm，梁宽b=350mm，计算面积As=1247mm2

单侧纵梁钢筋计算面积As=623mm2，实配As=616mm2（4D14）

斜截面抗剪强度验算满足要求。

4．裂缝计算结果

抗裂验算满足要求

裂缝宽度ωmax=0.170mm≤0.200mm，满足要求

4.5横向计算

1．荷载标准值计算

取顺水流方向长度Ls=1.000m进行横向计算：

（1）、侧墙荷载：

侧墙根部水压力qs1=9.81×hs×Ls

9.81×1.20×1.00=11.772kN/m

底板自重q1=25.0×t×Ls

=25.0×0.20×1.00=5.000kN/m

底板顶部水压力qs2=9.81×hs×Ls

9.81×1.20×1.00=11.772kN/m

2．侧墙内侧计算结果

（1）、内力计算结果：

Mmax=4.348kN·mQmax=-8.153kNNmax=0.000kN

Mk=4.182kN·mNk=0.000kN

（2）、配筋计算结果：

钢筋计算面积As=320mm2，实配As=343mm2（d12@330）

（3）、裂缝计算结果：

抗裂验算满足要求

裂缝宽度ωmax=0.081mm≤0.200mm，满足要求

3．侧墙外侧计算结果

（1）、内力计算结果：

Mmax=0.000kN·mQmax=-0.384kNNmax=0.000kN

Mk=0.000kN·mNk=0.000kN

（2）、配筋计算结果：

钢筋计算面积As=320mm2，实配As=343mm2（d12@330）

（3）、裂缝计算结果：

抗裂验算满足要求

裂缝宽度ωmax=0.000mm≤0.200mm，满足要求

4．底板上侧计算结果

（1）、内力计算结果：

Mmax=-4.348kN·mQmax=20.019kNNmax=-8.153kN

Mk=-4.182kN·mNk=-7.483kN

（2）、配筋计算结果：

钢筋计算面积As=400mm2，实配As=435mm2（d12@260）

（3）、裂缝计算结果：

抗裂验算满足要求

裂缝宽度ωmax=-0.080mm≤0.200mm，满足要求

5．底板下侧计算结果

（1）、内力计算结果：

Mmax=6.663kN·mQmax=0.000kNNmax=-8.153kN

Mk=6.677kN·mNk=-7.483kN

（2）、配筋计算结果：

钢筋计算面积As=400mm2，实配As=435mm2（d12@260）

（3）、裂缝计算结果：

抗裂验算满足要求

裂缝宽度ωmax=0.122mm≤0.200mm，满足要求

5．排架墩结构稳定计算

（一）2米高排架墩稳定计算

执行规范:

　　《混凝土结构设计规范》（GB50010-2002）,本文简称《混凝土规范》

　　《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）,本文简称《地基规范》

-----------------------------------------------------------------------

1.设计资料：

（1）已知条件：

a.控制信息：

墙数：

单墙

墙宽：

600mm墙轴线左边宽度：

300mm

输入荷载类型：

设计值转换系数：

1.35

墙竖向力：

135.00kN/m墙弯矩：

0.00kN.m/m

b.几何信息：

基础材料：

混凝土混凝土强度等级：

C25,ft=1.27N/mm2

第一阶尺寸：

总宽度：

3000mm高度：

400mm

轴线左边宽度：

835mm轴线右边宽度：

835mm

砖脚宽度：

300mm砖脚高度：

450mm

左放脚步数：

1右放脚步数：

1

c.地基信息：

基础埋置深度：

2.000m室内外高差：

0.500m

修正后的地基承载力特征值：

150.00kPa

（2）计算内容：

1.地基承载力验算。

2.基础台阶高宽比验算。

2.反力计算：

（1）荷载标准值时基底全压力——用于验算地基承载力

基底面积:

A=b×L=1.67×1.00=1.67m2

平均埋深:

H=2.000-0.500/2=1.750m

　　基础自重:

Gk=γAH=20.00×1.67×1.750=58.45kN

根据《地基规范》公式5.2.2-1得基底平均反力：

pk=（Fk+Gk）/A=（100.00+58.45）/1.67=94.88kPa

3.地基承载力验算：

轴心受压，根据《地基规范》公式5.2.1-1得：

pk=94.88kPa<=fa=150.00kPa满足!

4.基础台阶