正反拱箱形暗涵渠道的设计17500.docx

正反拱箱箱形暗涵涵渠道的的设计摘要： 针对高高台县三三清干渠渠CH223+006626+6744渠段穿穿越小海海子水库库库区，经经方案比比较，优优选出适适宜强冻冻胀和软软弱基土土地层的的正反拱拱箱形暗暗涵渠道道方案；设计的的正反拱拱拱箱形形暗涵渠渠道经实实践应用用，设计计合理，抗抗冻胀性性能强，推推广价值值极为广广泛。 关键词词： 箱箱形暗涵涵 渠道道 设计计1 工程程概况高台台县友联联灌区位位于河西西走廊中中部，属属黑河流流域中游游沿岸大大型灌区区之一，高高台县三三清干渠渠是友联联灌区主主要的引引水渠道道。干渠渠从临泽泽县蓼泉泉镇塘湾湾村处的的黑河南南岸开口口引水，西西至高台台县骆驼驼城山水水河，全全长677.755km，设设计流量量3.990m33/s，加加大流量量4.990m33/s，控控制灌溉溉面积66.744万亩。同同时承担担着小海海子水库库10448.11万m33和鮑家家湖水库库4477万m33的蓄水水任务。三三清干渠渠始建于于19775年，原原为土渠渠运行，22001120004年年黑河流流域近期期治理项项目中已已完成三三清干渠渠改建衬衬砌400.488km，干干渠CHH23+0666266+6774渠段段3.6608kkm，因因受小海海子水库库除险加加固工程程施工及及考虑小小海子水水库调节节灌溉等等因素影影响，未未进行建建设。2.存在在问题及及工程建建设原由由三清清干渠CCH233+0666226+6674渠渠段地处处小海子子水库北北侧，紧紧靠小海海子水库库土坝布布置。由由于小海海子水库库除险加加固工程程完成后后，扩大大了小海海子水库库库容，新新建小海海子水库库坝堤位位于该段段干渠下下游，从从而使三三清干渠渠CH223+006626+6744渠段处处在水库库中。在在小海子子水库除除险加固固工程设设计中，曾曾考虑废废除三清清干渠CCH233+0666226+6674渠渠段，让让三清干干渠上游游引来的的水进入入小海子子水库，经经水库调调节后输输出到下下游三清清干渠，以以满足灌灌溉需求求。但经经勘测后后发现，三三清干渠渠CH226+6674处处渠底高高程为一一三655.一五五6m（也也即小海海子水库库三清干干渠放水水洞洞底底高程），而而小海子子水库丰丰稔干渠渠放水洞洞高程为为一三662.00m（也也即水库库库底高高程），相相差3.一五66m。经经计算，要要满足三三清干渠渠从水库库引水，水水库水位位高程必必须达到到一三666.55m，此此时水库库最大水水深4.5m，相相应库容容为2440万mm3。同时时，由于于577月份黑黑河基本本断流，三三清干渠渠通常只只能引112mm3/s黑黑河潜流流，此时时正是灌灌溉高峰峰期，灌灌溉用水水量很大大，水库库水位很很难满足足三清干干渠引水水要求。若若采用废废除三清清干渠CCH233+0666226+6674渠渠段，经经小海子子水库调调节后输输出到下下游三清清干渠的的方案，将将造成在在小海子子水库低低水位时时，三清清干渠无无法正常常引水，而而丰稔干干渠则可可尽情引引水的局局面。同同时易造造成各渠渠系分水水不均矛矛盾，导导致诱发发社会不不稳定因因素的发发生。若若保证小小海子水水库水位位满足三三清干渠渠正常引引水，水水库库容容需维持持在2440万mm3左右，该该库容将将成为死死库容不不能发挥挥应有的的效益，小小海子水水库的灌灌溉效益益将锐减减。综上上所述，为为了保证证三清干干渠正常常引水，同同时使小小海子水水库的灌灌溉效益益得到充充分发挥挥，修建建三清干干渠CHH23+0666266+6774渠段段是解决决问题的的关键。3.工程程设计3.1抗抗冻胀设设计经地地质勘察察，三清清干渠CCH233+0666226+6674渠渠段大部部分座落落在沙壤壤土层上上，为冻冻胀性土土层。高高台县气气象局实实测本区区多年平平均冻土土深度为为1066cm，即即标准冻冻深1006cmm。经计计算，设设计冻深深值为阳阳坡855.3ccm，渠渠底988.5ccm，阴阴坡1227.884cmm，冻胀胀量为77.577cm。依依据渠渠系工程程抗冻胀胀设计规规范（SSL233-199）规定定，冻胀胀量远大大于衬砌砌渠道的的允许位位移值，需需从适应应冻胀、回回避冻胀胀、消减减或消除除冻胀等等方面采采用抗冻冻胀结构构及工程程措施。根据据工程级级别、日日照及遮遮荫程度度、地下下水位埋埋深、渠渠道走向向等因素素，工程程措施采采用砂砾砾石置换换冻胀基基土，置置换厚度度为阳坡坡5070ccm，渠渠底600cm，阴阴坡600955cm。抗抗冻胀结结构措施施采用设设计方案案比较优优选。3.2设设计方案案比选根据据对小海海子水库库地形地地貌和三三清干渠渠渠线的的勘查，三三清干渠渠CH223+006626+6744渠段在在渠线布布置上有有三种方方案可进进行比选选。方案案一：渠渠线沿新新建小海海子水库库土坝外外北侧绕绕坝布置置方案。该该方案渠渠线长约约4.55km，但但因该段段地势低低洼，地地面高程程低于渠渠顶设计计高程约约355m，属属全填方方渠道，填填方工程程量大，且且建成后后渠基为为柔弱地地基，渠渠道沉降降隐患大大，对渠渠道长期期运行不不安全。方案案二：渠渠线沿小小海子水水库外以以南布置置方案。该该方案设设计渠线线自三清清干渠CCH一八八+9225处沿沿原小海海子水库库回水线线以南进进行布置置，渠线线长约77km。因因该段渠渠线经过过之地全全部为沙沙丘，且且地势较较高，属属全挖方方渠道，挖挖方工程程量大。同同时受地地形所限限，渠线线须两次次穿越3312国国道，渠渠线长，施施工难度度大，工工程造价价高。方案案三：沿沿原渠线线布置方方案。该该方案设设计渠线线沿三清清干渠原原渠线布布置，渠渠线平行行于原小小海子水水库土坝坝，穿越越小海子子水库，渠渠线长33.6008kmm。该方方案渠基基挖填适适中，渠渠线短，工工程量小小，施工工方便。但但因穿越越水库，需需充分考考虑冻胀胀、稳定定等影响响因素。经综综合分析析比较，方方案一安安全隐患患大，不不宜采用用；方案案二渠线线长，施施工难度度大，工工程造价价高，不不经济；方案三三渠线短短，工程程量小，施施工方便便、经济济合理，较较为理想想。因此此，渠线线布置选选择方案案三。根据据选定的的渠线，抗抗冻胀结结构措施施采用以以下三种种设计方方案进行行比较优优选。方案案A：梯梯形明渠渠衬砌方方案设计计采用已已建三清清干渠梯梯形断面面结构形形式，渠渠底为CC一五细细粒砼砌砌石衬砌砌，厚度度40ccm；渠渠坡为CC一五砼砼预制块块衬砌，厚厚度8ccm；采采用砂砾砾石垫层层置换冻冻土，根根据抗冻冻胀规范范计算，置置换厚度度为：渠渠底600cm，渠渠阴坡660995cmm，渠阳阳坡500700cm。方方案A特特性见表表1。表1 设设计方案案比选表表方 案方案一方案二方案三结构形式式梯形渠道道玻璃钢管管渠道正反拱箱箱形暗涵涵渠道衬砌方式式C一五砼砼预制块块和C一一五细粒粒砼组合合衬砌玻璃钢管管承插连连接衬砌砌C20钢钢筋砼现现浇衬砌砌优 点防渗、抗抗冻胀、抗抗冲刷性性能好，适适宜于一一般、中中强冻胀胀区；施施工工序序较少，工工程造价价低。耐腐蚀、抗抗老化，抗抗冻性能能好，自自重轻，寿寿命长，摩摩擦力小小，输水水性能好好。采用弧底底结构抗抗冻性能能好，适适宜于强强、极强强冻胀区区和软土土地基层层；自重重大，稳稳定性好好，施工工简便。工工程造价价适中。缺 点水库高水水位时干干渠将被被库水淹淹没，渠渠岸易被被库水淘淘蚀冲毁毁；渠道道抗冻胀胀能力差差，易于于冻胀破破坏，使使用年限限短。自重轻，在在水中易易漂浮，施施工要求求严格，工工程造价价高。施工工序序多，工工程质量量不易控控制。使用年限限303055030550每km投投资148万万元363万万元272万万元方案评价价差差最优方案案B：玻玻璃钢管管衬砌方方案渠床床的冻胀胀性性属于强强冻胀的的中型渠渠道，回回避冻胀胀的结构构措施应应采用暗暗渠或暗暗管输水水，设计计采用玻玻璃钢管管承插连连接衬砌砌，管径径2.22m，管管壁厚223mmm。玻璃璃钢管管管身由连连续的玻玻璃纤维维不饱和和聚酯树树脂、环环氧树脂脂为基料料，以石石英砂及及碳酸钙钙为无机机非金属属颗粒为为填料压压制而成成。方案案B特性性见表11。方案C：正反拱拱箱形暗暗涵渠道道方案渠床床的冻胀胀性属于于强冻胀胀的中型型渠道，回回避冻胀胀的结构构措施应应采用暗暗渠或暗暗管输水水，暗渠渠的埋置置深度应应等于或或大于工工程设计计冻深。设设计渠底底采用反反拱弧底底、渠顶顶为正拱拱盖板的的正反拱拱箱形暗暗涵，底底部设置置非冻胀胀性土置置换层。设设计暗涵涵净宽33.0mm，净高高2.33m，内内直墙高高度1.3m；设计全全部断面面采用CC20钢钢筋砼现现浇结构构，拱顶顶厚200cm，反反拱弧底底厚400cm，侧侧墙厚330cmm。采用用砂砾石石垫层置置换冻土土，置换换厚度为为：渠底底80ccm。方方案C特特性见表表1。根据据对拟选选的三个个设计方方案进行行分析比比较（见见表1设设计方案案比选表表），结结论为：正反拱拱箱形暗暗涵渠道道方案较较方案一一具有抗抗强冻胀胀、抗滑滑坡性能能强，适适宜软土土地基层层和使用用年限长长等优点点；较方方案二具具有自重重大，稳稳定性好好，施工工简便，工工程造价价低等优优点。综上上所述，三三清干渠渠CH223+006626+6744渠段采采用正反反拱箱形形暗涵渠渠道方案案衬砌最最为适宜宜。3.3抗抗冻胀结结构及强强度设计计根据据优选的的正反拱拱箱形暗暗涵渠道道，按照照上下游游渠道设设计渠深深确定的的渠深为为2300cm，经经计算，暗暗涵净宽宽3000cm。由由于拱的的矢跨比比越大，拱拱脚水平平推力越越小，对对于减小小拱脚水水平位移移引起的的应力越越有利；本次设设计取11/6，即即拱矢高高度为550cmm。反拱拱底板内内弯矩较较小，主主要承受受轴向压压力，因因反拱底底板跨度度较小，反反拱底板板采用等等截面圆圆弧拱，拱拱底厚度度为400cm，拱拱顶厚度度为200cm。为保保证三清清干渠CCH233+0666226+6674渠渠段断面面结构设设计的合合理性，对对三清干干渠正反反拱箱形形暗涵断断面进行行结构分分析计算算。按照照实际情情况，共共分为以以下四种种工况：a、第一一种工况况：箱形形暗涵有有水，库库中有水水b、第二二种工况况：箱形形暗涵有有水，库库中无水水c、第三三种工况况：箱形形暗涵无无水，库库中有水水d、第四四种工况况：箱形形暗涵无无水，库库中无水水在此只计计算最不不利的第第三种工工况：箱箱形暗涵涵无水，库库内有水水。1）内力力计算由于于渠外坡坡土压力力比库中中水压力力下的多多，只计计算库中中水压力力产生的的内力。Mw=PP水××h=117.6689×××1.99=111.2KKN.mmM=00.Mw=1×1.0×11.2=111.22KN.m2)配筋筋计算由钢钢筋砼计计算手册册查附附录表，取取砼保护护层C=25mmm（二二类环境境条件），估估计钢筋筋直径dd=100mm，则则a=CC+d/2=330mmm，h00=h-a=3300-30=2700mm，板板计算宽宽度b=10000mmm。s=0.019914=0.0019332b=0.6144（截面面尺寸和和砼强度度满足要要求）AS=ffc.b.h0/fy=100×0.0019332×10000×2700/2110=2242 mm22=ASS/b.h0=2442/（110000×2700）=00.0991%minn=0.一五%根据据以上计计算得，截截面尺寸寸和砼强强度满足足要求，只只需按要要求配构构造筋，受受力纵筋筋选用30xx3000；箍筋筋选用8x3300（xx3000表示每每两根钢钢筋中心心的距离离为3000mmm）。三三清干渠渠属严寒寒地区过过水渠道道，根据据规定混混凝土强强度设计计为C220,抗抗冻标号号为D1100，抗抗渗标号号为S44。3.4抗抗滑稳定定性分析析为保保证三清清干渠的的稳定性性，对三三清干渠渠CH223+006626+6744渠段断断面进行行了稳定定分析计计算。1）外力力计算箱形形暗涵共共受到四四项外力力，其中中箱形暗暗涵自重重和渠外外坡土压压力为永永久外力力，而箱箱形暗涵涵中水自自重和库库中水压压力为可可变外力力，下面面分别计计算。箱形暗暗涵自重重：标准值：gk渠=v=224×（3.8×0.44+3.8×0.22+1.8×0.33×2）=80.64 KN/m设计值：g渠=Ggk=1.05××80.64=84.67 KN/m箱形暗暗涵中水水自重：标准值ggk水=v=99.8××（1.02××2+33×1.33）=550.227 KKN/mm设计值gg水=Qgk=1.2×50.27=60.32 KN/m箱形暗暗涵外坡坡主动土土压力标准值PPk土=00.5 Kaa=0.5×16××=8.7 KKN/mm设计值PP土=GPka土土=1.05××8.77=9.14 KN/m库中水水压力标准值PPk水= =00.5××9.88×1.99×1.99=177.699 KNN/m设计值PP水=QPk水=11.2××17.69=21.22 KN/m2)稳定定计算根据据实际情情况，箱箱形暗涵涵渠底与与砂砾石石垫层摩摩擦系数数f取00.455，抗滑滑稳定安安全系数数ks为1.3，共共分为以以下四种种工况：a、第一一种工况况：箱形形暗涵有有水，库库中有水水ks=5.411.3b、第二二种工况况：箱形形暗涵有有水，库库中无水水ks=6.591.33c、第三三种工况况：箱形形暗涵无无水，库库中有水水ks=3.一五1.33d、第四四种工况况：箱形形暗涵无无水，库库中无水水ks=4.161.33综合上述述计算分分析，在在四种工工况下，箱箱形暗涵涵都稳定定。3.5设设计成果果三清清干渠CCH233+0666226+6674渠渠段长33.6008kmm，控制制灌溉面面积6.74万万亩，设设计流量量为3.90mm3/s，设设计正常常水深11.5mm，加大大流量为为4.990m33/s，设设计纵坡坡1/333000。设计计为正反反拱箱形形暗涵渠渠道，暗暗涵净宽宽3.00m，净净高2.3m，内内直墙高高度1.3m，设设计超高高取0.8m；设计全全部断面面采用CC20钢钢筋砼现现浇结构构，拱顶顶厚200cm，反反拱弧底底厚400cm，侧侧墙厚330cmm。采用用砂砾石石垫层置置换冻土土，置换换厚度为为：渠底底80ccm。伸伸缩缝每每9米设设置一道道，伸缩缩缝材料料采用预预埋环型型橡胶带带止水，以以适应沉沉陷变形形和防止止漏水。为考考虑今后后检修方方便，在在桩号226+6666、227+2266、228+2266、228+4466顶顶部设检检修孔，检检修孔采采用钢筋筋砼预制制盖板加加橡皮止止水，以以防水库库水进入入渠内。三清清干渠暗暗涵左岸岸可用壤壤土填至至与渠顶顶齐平，宽宽度23m；右岸岸岸顶宽度度1.55m，用用干砌块块石护岸岸坡，以以防止水水库水淘淘空渠低低。4 结语语正反反拱箱形形暗涵渠渠道具有有防渗、抗抗冻胀、抗抗冲刷性性能较好好，整体体性稳定定性较强强，适宜宜于强、极极强冻胀胀区和软软土地基基层；具具有施工工工序少少，工程程造价适适中等优优点。实实践应用用表明，正正反拱箱箱形暗涵涵对解决决软土地地基不均均匀沉陷陷、强冻冻胀基土土对渠道道冻胀破破坏等具具有十分分显著的的效果，推推广价值值极为广广泛。9.26.202215:4115:41:4322.9.263时41分3时41分43秒9月. 26, 2226 九月 20223:41:43 下午15:41:432022年9月26日星期一15:41:43