淑闾西沟渡槽无排架墩式设计

淑闾西沟渡南水北调工程

班 级： 考 籍 号： 姓 名： 指导教师：

1

河北工程大学

目 录

1 概 述 .................................................................................................................................. 5

1.1南水北调中线工程简介.......................................................................................................................5 1.2 淑闾西沟渡槽概况 ..............................................................................................................................5

1.2.1 地形地貌 ............................................................................................................................................. 6 1.2.2 地质结构及地层岩性 ......................................................................................................................... 6 1.2.3 工程地质条件及评价 ......................................................................................................................... 6 1.2.4基本设计资料与资料 .......................................................................................................................... 7

1.2.5设计资料与数据............................................................................................... 错误！未定义书签。

第二章 渡槽选型与布置 .......................................................................................................... 8

2.1 渡槽位置的选择 ...................................................................................................................................8 2.2 槽身断面形式的选择 ...........................................................................................................................8 2.3 槽身支撑结构形式的选择 ...................................................................................................................9 2.4 接缝构造 .............................................................................................................................................10

第三章 渡槽水力计算 ............................................................................................................ 10

3.1 确定槽身断面尺寸 ............................................................................................................................10 3.2槽身过水能力计算.............................................................................................................................. 11 3.3进出口高程 ..........................................................................................................................................13 3.4出口的形式选择及布置 ......................................................................................................................13

第四章 槽身结构计算 ........................................................................................................ 14

4.1 渡槽基本尺寸的确定 .........................................................................................................................14 4.2槽身上部结构： .................................................................................................................................15 4.3槽身稳定验算 .....................................................................................................................................15

4.3.1计算荷载 ............................................................................................................................................ 16 4.3.2计算目的 ............................................................................................................................................ 16 4.3.3计算过程： ........................................................................................................................................ 16 4.3.4 抗滑稳定验算 ................................................................................................................................... 17 4.3.5抗倾覆稳定验算 .................................................................................................................................. 17

4.4槽身纵向计算 .....................................................................................................................................18

4.4.1纵向结构内力分析 .............................................................................................................................. 18 4.4.2正截面计算 .......................................................................................................................................... 19 4.4.3抗裂验算 ............................................................................................................................................. 19 4.4.4 斜截面抗剪计算 ............................................................................................................................... 21

4.5槽身横向计算 .....................................................................................................................................21

4.5.1人行道板计算 ...................................................................................................................................... 21 4.5.2侧墙计算 .............................................................................................................................................. 22 4.5.3底板的内力计算及配筋 .................................................................................................................... 25

4.6槽身吊装验算 .....................................................................................................................................30

第五章 渡槽支撑计算 ............................................................................................................ 30

2

河北工程大学

5.1槽墩形式 ............................................................................................................................................30

5.2.1承压验算 ............................................................................................................................................ 31 5.2.2空水及风压工况下的抗滑抗倾验算 ................................................................................................ 31

5.3基底应力验算 ....................................................................................................................................33 5.4 细部结构设计 ....................................................................................................................................35

5.4.1 伸缩缝与止水 ................................................................................................................................... 35 5.4.2 支座 ................................................................................................................................................... 36 5.4.3 两岸连接 ........................................................................................................................................... 36

谢辞 .......................................................................................................................................... 37

3

河北工程大学

摘要

工程位于河北省石家庄市，承担着全市的排污排涝任务。为对本市的用水环境进行综合治理，修建此水泵站。基本方案为：站址的选择和建筑物的布置，水泵的选型，水泵进出管路的设计。工程等级为三级。

设计的主要工作有：1选择合理的设计方案及设计方法； 2施工平面布置图； 3工程预算。

关键字：水泵 设计 管路

4

河北工程大学

1 概 述

1.1南水北调中线工程简介

“南方水多、北方水少”是我国水资源分布的特点，随着社会和经济的发展，北方缺水日益严重。京、津、华北地区平原尤为突出，不但制约了经济的发展而且出现了严重的生态环境问题。自1952年毛主席提出南水北调的构想以来，经中央、有关省市领导和广大的科技工作者的努力，20世纪70年代末就形成了从长江的上、中、下游向北方调水的西、中、东三条线的格局。

南水北调工程南起湖北丹江口水库，北至北京团结湖。一期工程总调水量95亿立方米。从丹江口水库计，分配我省34.7亿立方米，扣除总干渠输水损失，至我省各分水口门水量约30亿立方米。二期工程总调水量增加到130亿立方米，分配我省毛水量48.3亿立方米，到我省分水口门约42亿立方米。

南水北调中线工程总干渠自河南省安阳市丰乐镇穿漳河进入我省，沿太行山东麓和京广铁路西侧北行，途经邯郸、邢台、石家庄、保定境内25个县（市），于涿州市穿北拒马河中支进入北京，线路全长461公里。总干渠所经之处除永年县名山和唐河以北渠段属于低山丘陵外，大部分渠段在山前平原通过，地形平坦开阔。共穿越大小河沟201条，无明显河沟的坡水区36处，共计237条（处），河北段共有各类建筑物697座。

总干渠为一等工程，渠道和建筑物的主要部位为1级建筑物，次要部位为2或3级建筑物。防洪设计标准和校核标准：大型河渠交叉建筑物为百年一遇和三百年一遇；渠道及其他建筑物为50年一遇和百年一遇。

1.2 淑闾西沟渡槽概况

淑闾西沟渡槽位于河北省保定市唐县淑闾村西排洪沟上，距离淑闾村约200米,是南水北调中线工程河北段总干渠上的一座左岸排水建筑物。与南水北调总干渠相交叉，为了满足总干渠建成后此河流的过水要求，故在排洪沟上修建一座渡槽。

淑闾西沟排水渡槽I等1级水工建筑物，设计标准为50年一遇洪水设计，200年一遇洪水校核，进出口渐变段建筑物级别为3级

5

河北工程大学

1.2.1 地形地貌

淑闾西沟渡槽位于河北省唐县淑闾村西沟200m，有乡间土路经过场区，距公路约1.5Km，交通比较便利。

所属地貌单元为太行山山前平原，地势平坦开阔，地面高程70.2—70.5m 。 1.2.2 地质结构及地层岩性

钻探深度内揭露地层为第四系上更新统中段冲洪积和太古界角闪斜长片麻岩，地质结构为粘性土、基岩双层结构，现由上至下分述如下：

1、第四系上更新统中段冲洪积（al+plQ23）

黄土状壤土:褐黄色,干燥—稍湿,可塑,层厚8—8.5m。夹中砂，棕黄色，饱和，厚0.5m。

2、太古界埠平群南营组（Arn）

黑云斜长片麻岩（强）：暗灰色，岩芯呈碎块状，块径0.5—5m。强风化未完全揭露，厚度大于4.2m。

1.2.3 工程地质条件及评价

1、建筑物主要设计指标：设计流量34.2m3/s,

校核流量58.1 m3/s， 槽底高程进口段71.97 m， 出口段71.86 m； 设计流速2.8m/s, 校核流速3.27m/s.

总干渠指标：

设计流量135 m3/s，加大流量160 m3/s；设计水位69.660m；渠底高程65.160 m。 2、根据中国地震局分析预报中心2004年4月《南水北调中线工程沿线设计地震动参数区划报告》，本区地震动峰值加速度0.05g ,相当于地震基本烈度Ⅵ度。

3、建筑物建议采用桩基，桩底坐落在全风化片麻岩层，容许承载力建议值为300kpa。 4、覆盖层中有0.5m厚的砂层，桩基施工中应注意砂层塌孔问题。 5、地下水位距渠底板以上2.4m。

6、排水渡槽出口地表为黄土状壤土，抗冲性能差，建议采取抗冲工程措施。 7、建筑物区渠底局部为中砂透镜体，建议挖除并做好防渗处理。

6

河北工程大学

1.2.4基本设计资料与资料 1、天然河沟资料

设计流量: 60m3/s 校核流量: 62m3/s 沟底纵坡: 0.0092 沟底宽度： 9.00m 流域面积: 1.55km2 2、建筑物轴线处引水总干渠资料

渠道底高程： 65.160m 设计水位: 69.660m 加大水位: 70.196m 一级马道高程: 71.660m 边坡系数: 1:1.25 底宽: 21.50m 纵坡： 1/25000 3、渡槽指标

槽身长： 86m 设计流量: 20m3/s 加大流量: 25m3/s 渡槽进口底高程: 74.000m 4、地质资料

淑闾西沟排水渡槽场区地质为土岩双层结构。 ①

土质结构

2第四系上更新统中断冲洪积（alplQ3）黄土状壤土；褐黄色，干燥~稍

湿，可塑，层厚8~8.5m。夹中砂，棕黄色，饱和，厚0.5m。 ②

岩质结构

太古界平群南营组（Arn）: 黑云斜长片麻岩（全）,全风化带最薄处20.8m；黑云斜长片麻岩（强），强风化未完全揭露，厚度大于4.2m。

7

河北工程大学

第二章 渡槽选型与布置

2.1 渡槽位置的选择

渡槽位置的选择包括轴线位置及槽身起点位置的选择。对于地形条件复杂，长度大， 工程量大的工程，应通过方案比较确定其位置。主要考虑以下几个方面：

(1) 应尽量选在地形有利，地质条件良好的地方，以便于缩短槽身长度，降低支撑结构高度和基础工程量。

(2) 渡槽进出口渠道与槽身的连接在平面上应争取成一条直线，不可急剧转弯，以使水流平顺。

(3) 跨越河流是，轴线与河道水流方向应尽量正交，槽址应选在河道顺直，岸坡稳定处。

(4) 跨越河流的渡槽，槽址应位于河床稳定，水流顺直的河段，避免位于河流转弯处，以免凹岸和基础冲刷。

(5) 应便于进出口建筑物的布置，进出口争取落在挖方渠道上，尽量不建在高填方渠道上。应保证泄水闸有顺畅的泄水出路，以防冲刷。

(6) 渡槽发生事故需停水检修，或为了上游分水等目的，常在出进口段或进口前渠道的适宜位置设置节制闸，以便于泄水闸联合运用，使渠水进入溪谷或河道。

2.2 槽身断面形式的选择

槽身断面有矩形、U型（半圆型上加直墙）、多侧墙等（如图2.1）。一般常用矩形断面和U型断面，故将两种断面形式做以下比较论证。

图2.1 槽身断面的型式

大流量的钢筋混凝土梁式渡槽槽身多采用矩形断面，对与中小流量也常采用中小型流量的多设拉杆，间距为2米左右。有通航要求时不设拉杆，侧墙做成变厚的。矩形槽身施工方便，耐久性、抗冻性好，结构简单特别时适用于有通航要求的中型渡槽

U形槽身断面为半圆加直段，槽顶一般设拉杆，槽壁顶端常加大以增加刚度，多采用钢筋混凝土或钢丝网水泥结构，与矩形槽身相比有水力条件好、纵向刚度大，省

钢材等优点，但抗冻性差、不耐久，施工工艺要求高，如果施工质量不高，容易引起

表面剥落、钢丝网锈蚀、甚至有漏水现象产生。

8

河北工程大学

综上所述根据所给资料结合淑闾西沟地段的实际情况本设计槽身断面采用矩形断面并带拉杆。

2.3 槽身支撑结构形式的选择

槽身的纵向支承形式常用的有墩式支承、排架式支承和拱式支承三种类型。

拱式支承常用于大跨度离地面高度不大的槽身，拱式支承虽受力情况好，但是其墩台对地基的沉降要求高、施工质量要求高难度大。根据许营段的地形情况本设计不采用拱式支承，在主河漕部分由于有过水要求采用墩式支承，滩地部分采用排架支承。

墩式支承分为重力墩和空心重力墩两种类型，重力墩节省钢材，墩身强度以及纵向稳定性易满足要求，但由于其自重过大，特别式墩身较高并承受竖向荷载与水平荷载时，要求地基有较大的承载力，故其多用于墩身高度不太大而地基承载力较高的岩基和较好的土基上。空心重力墩的外形轮廓尺寸和墩帽构造于实体重力墩基本相同，

水平截面有圆矩形、双工字行和矩形三种型式（如图2.2）。

图2.2 空心墩的截面形式

圆矩形水流条件较好，外形美观，另外由于做成空心而节省了材料，减轻了自重和作用于地基上的荷载，空心重力墩比实体重力墩的抗弯刚度大，可以改善自身的受力条件。双工字形施工方便，对y轴的惯性矩大，故边缘应力较小，但水流条件差，动水压力大。矩形墩施工最方便，截面惯性矩也较大，水流条件处于前二者之间，适用于河水不深的滩地和两岸无水的槽墩。鉴于以上所述本设计

排架是钢筋混凝土结构，其自重轻地基应力较之墩容易得到满足，排架有单排架、双排架和A字形排架三种形式（如图2.3）。

(a) (b) (c)

图2.3 槽架型式

(a)单排架 (b)双排架 (c)A型排架

单排架体积小，重量轻，现场浇筑和预制吊装都方便，在渡槽工程中应用十分广泛。双排架是由两个单排架，中间以横梁连接而成，属空间结构受力较复杂。A字形排架是两片单排架的脚放宽，顶端连在一起而成的，其稳定性好，适应高度较大，但造价较高，

9

河北工程大学

施工较复杂。

鉴于以上所述，根据淑闾西沟段的地质地形条件本设计采用空心重力墩。

2.4 接缝构造

为适应槽身因温度变化引起的伸缩变形缝和允许的沉降位移，应在槽身与进出口建筑物之间及各节槽身之间用变形缝分开，缝宽3~5cm。变形缝必须用既能适应变形又能防止渗漏的柔性止水封堵。常见的有沥青止水、橡皮压板式止水、粘合式止水或套环填料式止水等。

本设计采用粘合式止水，这种止水是用环氧树脂等粘合剂将橡皮粘贴在混凝土上，施工简单，止水效果好。

第三章 渡槽水力计算

3.1 确定槽身断面尺寸

0.2-- 进口渐变段损失系数，0.014--渡槽槽身糙率，0.017-- 上下游渠道糙率，2.0--天然河沟糙率。由于渡槽长度大于进口前渠道水深的20倍，L>20H因此水力设计时槽内水流按明渠均匀流考虑。

QCR i （3－1） Q——渡槽内水流量 (m3/s)

——渡槽过水断面面积（m3）

11C——谢才系数 CR6

nN——粗糙系数，钢筋砼槽身 n = 0.013～0.014，浆砌块石槽身

n ≥ 0.017，根据具体情况而定，本设计n取0.014； R——水利半径

i——渡槽纵坡，取 0.001

确定槽身过水能力之前先对渠道断面进行试算.

10

河北工程大学

糙率和坡比根据地质地形进项选择,得到下图. 上（下）游渠道断面尺寸试算 糙率n=0.017 宽度b 边坡M b/h h 坡比i=1/2500  A R C Ri Q V0 4.00 0.25 1.56 2.56 9.29 11.90 1.28 61.31 0.02 16.52 1.39 4.00 0.50 1.24 3.23 11.21 18.11 1.61 63.71 0.03 29.32 1.62 4.00 1.00 0.83 4.82 17.63 42.50 2.41 68.11 0.03 89.90 2.12 4.00 1.25 0.70 5.71 22.29 63.67 2.86 70.07 0.03 150.79 2.37 4.00 0.40 1.30 3.08 10.63 16.09 1.51 63.04 0.02 24.97 1.55 4.00 0.45 1.30 3.08 10.75 16.57 1.54 63.22 0.02 26.01 1.57 4.00 0.50 1.30 3.08 10.88 17.04 1.57 63.39 0.03 27.04 1.59 4.00 0.55 1.30 3.08 11.02 17.51 1.59 63.54 0.03 28.06 1.60

由试算得到宽度b取4m，边坡m=0.45，高度h=3.08，流速V0=1.57m/s

3.2槽身过水能力计算

首先根据加大流量时槽中为满水情况拟定i，B和H值。可计算出总水头损失，槽身的比降对过水断面的影响很大。比降大，可减小断面，节省材料，施工吊装方便，造价低，但也不可过大，过大了下游渠道冲刷严重，水头损失大，自流灌溉面积小，从长远利益考虑对灌溉面积不利。应在满足流速要求的前提下，选择适宜的比降，使渡槽达到最小的经济断面。一般常采用1/500—1/1500。

初拟槽底纵坡1/800，底宽4m,槽壁糙率0.014

由于渠道大多在一定长度内具有相同的流量、底坡、断面尺寸及相近的渠槽糙率，渠内符合明渠均匀流条件，故渠道横断面尺寸采用明渠均匀流公式来确定，即

11

河北工程大学

由

渡槽断面尺寸试算 试

算

糙率n=0.014 坡比i=1/800 得

到

宽度b h h/b  A R C Q V Ri 渡

4.00 2.40 0.60 8.80 9.60 1.09 72.47 0.04 25.69 2.68 槽4.00 2.45 0.61 8.90 9.80 1.10 72.58 0.04 26.39 2.69 断4.00 2.50 0.63 9.00 10.00 1.11 72.69 0.04 27.09 2.71 面4.00 2.55 0.64 9.10 10.20 1.12 72.80 0.04 27.79 2.72 宽4.00 2.60 0.65 9.20 10.40 1.13 72.90 0.04 28.50 2.74 b4m，高

h2.45m。

1水面超高：△h=2.45/12+0.05=0.254

Q26.392.69m/s 2流速：vA9.8因为1m/sv4m/s，符合不冲不淤要求。

2v2v02.6921.5723水头损失：Z(1)(10.2)0.292m

2g29.8式中：Q——渡槽设计流量，m3/s； v0——上游渠道断面平均流速，m/s；

——进口水流侧收缩系数和流速系数，采用八字翼墙取0.2

——流速分布系数，可取1.0； ——槽身过水断面积m2； g——重力加速度，g9.8m/s2

渡槽槽身水面与上下游渠道水面衔接的设计包括进口水面的降落,槽身水面降落和

出口水面回升三个部分(如图3.1)

h1Y1V0Z0ZhZ1水面线Z231i24图3.1 渡槽水力计算简图Y2h2水面

12

河北工程大学

坡降：Z1il1800.1m 80011Z0.2920.097m 33出口水面回升：Z2水头损失：ZZZ1Z20.2920.10.0970.295m

3.3进出口高程

为了适应进出口水流流态变化，渡槽进口底部应抬高，出口底部应降低 进口前渠口高程D372m

进口槽底抬高：y1=h1-h-Z=3.08-2.45-0.292=0.338m≈0.34

进口底部高程： 72+0.34=72.34m

出口底部高程：▽4=▽3-Z1= 72.34-0.1=72.24m 出口槽底降低：

3.08-0.1-2.45=0.53

出口渠底高程：▽2=▽4-y2=72.24-0.53=70.71m

3.4出口的形式选择及布置

渡槽进出口渐变段,应保证进出口水面衔接良好,水流平顺,水头损失小,下游渠道不发生冲刷,较常用型式为直线扭面式。

渡槽进出口渐变段的长度通常采用经验公式：

LaC(B1B2) (3.4) 式中： B1——渠道水面宽度，m； B2——渡槽水面宽度，m；

C——系数，进口取1.5~2.0，本设计采用1.7；出口取C=2.5~3.0，本设计

采用2.7。

由上述公式可得：

20.453.084）6.772m 进口渠道水面宽度 B11(·2 出口渠道水面宽度 B126.77m4)4.7m，取L15m 进口渐变段长 L11.7(6.772 出口渐变段长 L22.7(6.7724)7.48m，取L28m

13

河北工程大学

第四章 槽身结构计算

4.1 渡槽基本尺寸的确定

1）已知数据和资料

1）该输水渠道跨越86m米长的低洼地带，需修建通过20m3，设计流量的的渡槽，无通航要求。经水力计算，槽身设计流量20m3，加大流量25m3。断面取矩形，梁式渡槽，取简支梁式，敦式支撑。 2）建筑物等级4级 3）建筑材料：

混凝土强度等级 槽身及刚架采用C25级；基础采用C15级；基础垫层为C10级。 钢筋 槽身及刚架受力筋为HRB335；分布筋、箍筋、基础钢筋HRB235。 4）荷载：

钢筋混凝土重力密度 25kN/m3； 人行道人群荷载 2.5kN/m2； 施工荷载 4kN/m2；

栏杆自重 0.5kN/m2（折合均布荷载）；

渡槽所在地区基本风压 W00.35kN/m2； 渡槽抗震设计烈度 7；

0/m2； 地基允许承载力 20kN基础埋置深度 H‘1.2m； 5）使用要求：

槽身横向计算迎水面裂缝宽度允许值Wsmax0.25mm，WLmax0.20mm。 槽身纵向计算底板有抗裂要求。槽身纵向允许挠度fsl0/500， fLl0/550。 6）采用：水工混凝土结构设计规范SL/T1912008

14

河北工程大学

4.2槽身上部结构：

图4-1 渡槽横断面尺寸图(cm)

1）纵向（沿水流方向）

输水跨度86m，除去与渠道连接的渐变段，槽身按80m，每节槽身10m，取8段，实际槽长9.98m，设有 2cm的安装缝。 （2）横向（垂直水流方向） 1）渡槽宽

由过水断面的宽深比（水深与水面宽度之比）从过水能力考虑应取0.5，但从结构受力考虑，在实际工程中宽深比常取0.6~0.8。由前面的水力计算得h/b0.61，取槽身宽度为400cm，对于无横杆槽身，侧墙应适当加厚，一般采用变厚度，墙顶厚度一般不小于15cm，取15cm，底宽20cm。槽底板厚度一般采用与侧墙底部厚度相同，侧墙与底板交接处加设补角，补角宽及高一般为20 cm～30 cm，取20cm。 2）槽身高度

用校核水深确定槽身高度，并加上超高和底板厚度。

h=245+25.4+40=310.4cm

取315cm 3）无横拉杆

4）人行道板：

宽度80cm，厚度 100mm

5）栏杆：120cm

4.3槽身稳定验算

15

河北工程大学

4.3.1计算荷载

（1）自重包括各部分构件固定设备重量。

(2) 风压力。 4.3.2计算目的

（1）抗滑；进行抗滑验算的主要目的是验算渡槽是否会沿排架产生水平滑动。设计

时主要用阻滑力及滑动力的比值反映渡槽水平抗滑稳定性，其比值为稳定安全系数Kc （2）抗倾；进行抗倾计算的目的主要是验算槽身在控水受风压情况下是否会绕背风面支撑点产生倾覆。

4.3.3计算过程： 横截面积A=2.2123m2 计算荷载槽身长10m

（1） 槽壳重

Gk=A×25×10=553.075kN

( 2 )风荷载WKKZW0

K——风载体型系数与建筑物体型、尺度等有关，槽身为矩形断面时， 取k = 1.2 ~ 1.3（空槽取小值，满槽水取大值）本设计k = 1.2；

KZ——风压高度变化系数；本设计取1.45;

W0——基本风压，当地如果没有风速资料,则可参照《工业与

民用建筑结构荷载规范》(TJ9-74)中全国基本风压分布图上的等压线进行插值酌定W0= 0.35;

——风振系数。

WKKZW0=1.2×1.45×0.35= 0.609KN /m2

( 3 )槽顶结构重 = 栏杆重

16

河北工程大学

G=0.5×10×1=5kN

4.3.4 抗滑稳定验算

稳定分析，作用于渡槽上的力尽管其类型、方向、大小各不相同，但根据它们在槽身沿支承结构顶端发生水平滑动时所起的作用看，可以归纳为两大类：一类是促使槽身滑动的力，如水平方向风压力、动水压力等，称为滑动力；另一类是维持槽身稳定、阻止渡槽滑动的力，主要是在铅直方向荷载作用下，槽身底部与支承结构顶端之间产生的摩擦力，称之为阻滑力。槽身是否会产生沿其支承结构顶端发生水平滑动，主要取决于这两种力的比值，这个比值反映了渡槽的水平抗滑稳定性，我们称之为稳定安全系数c k 阻滑力fNi

kc=滑动力Pi式中：

Npii——所有铅直方向作用力的总和（KN）；

——所有水平方向作用力的总和（KN），本设计中等于半跨槽身风压总和，=0.609×10/2×3.15=9.59；

f——摩擦系数，与两接触面物体的材料性质及它们的表面粗糙程度有

关，本设计按平面钢板滑动支座取0.55；

由以上数据可得抗滑稳定安全系数为：

阻滑力fNikc= = 0.55×(5+553.075)×0.5/9.59=15.44>[Kc]≈1.2-1.3 滑动力Pi

所以满足抗滑稳定性要求

4.3.5抗倾覆稳定验算

（1） 槽身受风压作用可能发生倾覆，抗倾覆稳定性验算的目的是验算槽身空水受压作用下是否会绕背风面支承点发生倾覆，抗倾覆稳定的不利条件与抗滑稳定的不利条件是一致的，所以抗倾覆稳定性验算的计算条件及荷载组合与抗滑稳定性验算相同。

（2） 抗倾覆稳定安全系数按下式计算：

K0M抗M倾laNMlaNph1 (4.4)

y式中： la——铅直力到槽身支承点的距离；

N——基底面承受的铅直力总和；

17

河北工程大学

P——水平力的总和；

h1——水平力到槽身支承点的距离；

KlaN0M抗M倾MlaNyph

12.2×559.075/(9.59×3.15×0.5)=76>[K0]≈1.2-1.5

所以满足抗倾覆稳定性要求

4.4槽身纵向计算 4.4.1纵向结构内力分析

（1）资料

槽身高：H=3.15m，面积：S=2.2123m2

（2）按加大流量情况下进行内力计算：

荷载计算：自重：W自=2.21×25+0.5×1=55.75kN/m 设计值 q自=1.05W自 =58.54kN/m

水重：W水=（4×2.75-0.2×0.2）×9.8=107.41kN/m

设计值 q水=1.2W水=128.89kN/m

人群荷载：W人=2.5kN/m

设计值 q人=1.2W人=3kN/m

（3）计算跨度：简支板、梁的计算跨度 l0 可取下列各 l0值中的较小值。l0=ln+a=9000+500=9500mm l0=1.05ln=1.05×9000=9450mm

故计算跨度l0=9450mm

（4）设计状况系数 1.0，结构系数 rd1.2 ，荷载分项系数rG1.05，rQ21.1，r0=1.0.

18

rQ11.2，

河北工程大学

1跨中弯矩：Mr0(q水q自q人)l02

8=1/8×1.0×1.0×(3+58.54+128.89）×94502=2125.7kN.m

支座处剪力：Qmax=γψ×1/2×（q+q1+q2）×l=899.78kN

4.4.2正截面计算

1）综合考虑，选二类环境，c=35mm,d=20mm，

因为弯矩过大，需两排钢筋，取a=c+d+e/2=85mm，上下两排钢筋间距60mm

h0=h-a=3150-85=3065mm， 400mm

3）计算抗弯钢筋

按宽度为800mm的矩形梁计算

6 r M

asd21.2×2125.7×100.057 ×400×30652fc h f h 011.9

112as112×0.0570.058

fcbfh0A  s 11.9×0.058×400×3065/300=2858mm2

fy

p =As/bh0=2858/(400×3065）=0.023

选配：620(1884mm2),418(1017mm2)

。

4.4.3抗裂验算 ① 资料

hf200mm，b400mm，h=3150mm，h0=3065mm，bf4400mm

Es2.01057.143EEc2.8104

19

河北工程大学

=2080713mm2

=2431.59mm

=2.28×1012

由bf/b＞2，hf/h＜0.2，查得γm=1.40，在γm 值附表中指出，根据h 值的

不同应对γm 值进行修正。

1.11

）

查表可得ftk1.78N/mm2，fck16.7N/m2，

短期ct0.85，长期ct0.7，

混凝土轴心抗压强度标准值fck1.78N/mm2

1 Msr0Mkr0(W自W水q)l02

8 =1/8×1×(55.75+107.41+2.5)×9.452

=1894kN.m

荷载长期效应组合：

1Msr0Mkr0(W自W水)l02

8=1/8×1×(55.7+107.41)×9.452 =1821kN.m

0.85×1.78×2.28×106/(3150-2431)=5337kN.m McrmctftkW0=1.11×

即短期、长期荷载效应组合均满足抗裂要求。

20

河北工程大学

4.4.4 斜截面抗剪计算

支座边缘截面剪力设计值为899.78kN 截面有效高度hw=h0=3065mm

h0/b=3065/400>6.0

0.2fcbh0=0.2×11.9×3065=2917kN>rdv0=1.2×889.78 故截面尺寸满足抗剪要求。 混凝土截面受剪承载力

0.07 ×11.9×400×3065kN>1021kN

因此，无需配箍筋。

4.5槽身横向计算 4.5.1人行道板计算

（1） 荷载：建筑物级别为4级，安全级别为 3 级，故 r00.9 ，设计状况系数 1.0，结构系数 rd1.2 ，荷载分项系数rG1.05，rQ11.2，rQ21.1。

（1）计算简图

（2）Q=Q自+Q人+Q栏=2.625+3.75+0.66=7.035kN/m

（3）

7.035×0.8/2=2.25kN.m

2

（4）配筋计算

21

河北工程大学

混凝土等级为C25，fc11.9N/mm2，ft1.27N/mm2 钢筋选用HRB335，fy300N/mm2，b0.550，10.85 取二类环境，查表可得混凝土保护层厚度为c25mm

d1030mm 估计钢筋直径d10mm，则ac2522h0ha1003070mm

1.2×2.25/（11.9×1000×70）=0.046

2

1-（1-2×0.046）^0.5=0.047

12.5×0.047×1000×70/300=137mm

137/(1000×70)=0.19%>

2

查《钢筋混凝土结构》中附录三表一，选用6@200

4.5.2侧墙计算

横向计算时沿槽长取1m间距长度上的槽身进行分析。作用于单位长脱离体上的荷载除q（自重力加水的重力）外，，两侧还有剪力Q1及Q2，其差值ΔQ与荷载q维持平衡。ΔQ在截面上的分布沿高度呈抛物线形，方向向上，它绝大部分分布在两边的侧墙截面上。工程设计中一般不考虑底板截面上的剪力。横向计算时，近似认为设置拉杆断面槽身的横向内力与不设拉杆处相差不多，因此将拉杆均匀化；为了简化计算，认为所有的荷载均匀槽壁和底板厚度的中心线上（偏于安全），并且槽身对称可取一半计算，分析的3点处剪力为0只有轴力和弯矩。按以上简化图示结构为一次超静定结构不记轴力及剪力对变位的影响，用力法求解X1。

22

河北工程大学

图3—4无拉杆矩形槽计算图

（1）取侧墙底部满槽水时M1计算

荷载计算

因风荷载所引起的内力较侧向水压力、人群荷载等引起的内力小得多，故这里忽略风荷载的影响。）

标准值

q1k=g水bh=9.8×2.75×1=26.95kN/m

设计值

q1=1.2q1k=1.2×26.95=32.34kN/m

人行桥传来的弯矩

M桥=2.25kN.m 所以

M1=1/6×q1kH2+M桥=36.22kN.m

混凝土等级为C25，fc11.9N/mm2，ft1.27N/mm2 钢筋选用HRB335，fy300N/mm2，b0.550，10.85 取二类环境，查表可得混凝土保护层厚度为c25mm a取30mm

h0=h-a=200-30=170mm

23

河北工程大学

1.2×36.22/（11.9×1000×170）=0.13

2

1-（1-2×0.13）^0.5=0.14

12.5×0.14×1000×170/300=991.67mm

2

查《钢筋混凝土结构》中附录三表一，选用16@200（1005mm2） （2）侧墙抗裂验算 ① 资料

Es2.01057.143E4Ec2.810

ρ=1005/(1000×170)=0.59%

E)h y0(0.50.425 =103.59

3I(0.08330.19)bh0E

=9.13×107

矩形型截面，rm1.55，按h修正： 3.41

按3000取） （h3000查表可得ftk1.78N/mm2，fck16.7N/m2，

短期ct0.85，长期ct0.7，

24

河北工程大学

混凝土轴心抗压强度标准值fck1.78N/mm2

=32.34×2.75/6+36.22

2

=36.22kN.m

39.09kN.m>Mk

即短期、长期荷载效应组合均满足抗裂要求。

4.5.3底板的内力计算及配筋

底板为一偏心受拉构件，应按下列两种情况进行计算;

①两端最大负弯矩(发生在最大水深且人行桥上有人群荷载）及相应的拉力N；

②跨中最大正弯矩（发生在水深微操跨的一半且人行桥上无人群荷载）及相应拉 力N0

内力计算及配筋计算

计算简图

1.1：支座截面

q水=1.2×1×9.8×2.75=32.34kN/m

25

河北工程大学

NA=q水h/2=32.34×2.75/2=44.47kN/m

MA=q水h2/6+M桥+NAh1/2

=32.34×2.752/6+2.32+44.47×0.2/2 =47.53kN.m h 水深 h1 底板厚 a取30mm

取a=30mm ，h0=200-30=170mm,a=aˊ e0=MA/NA=1.07m>h/2-a=70mm 属于大偏心受力构件 1 .2配筋计算 计算受压钢筋

e=e0-h/2+30=1000mm h0=h-a=170mm

先设xbh0，对于HRB335有sb0.358

A'sdNefcsbbh02fy'h0a'

=1.2×44.47×1000×103-11.9×0.385×1000×1702/[300×(170-30)]<0

计算表明不需要配筋，但仍应按构造要求配筋。

故按构造要求配筋，考虑底板钢筋应与侧墙钢筋相协调

Asminbh0.15%1000200300mm2

查《钢筋混凝土结构》中附录三表二，选用选用10@250

计算受拉钢筋

上面说明按所选进行计算As就不需要混凝土承担任何内力。这就意味着实际上的As应力不会达到屈服强度。所以按x>2a

26

河北工程大学

eˊ=h/2+aˊ+e0= 200/2-30+1070=1140,mm

=1.2×44.47×1140/（300×（170-30））=1448>ρ

min×bh0=255

实配：

16@ 170 As=1497mm2

2.1跨中截面内力计算：

q水=1.2×1×9.8×1.375=16.17kN/m q自=1.05×25×0.2×1=5.25kN/m

NA=q水h/2=16.17×2.75/2=11.11kN/m

MA=（q自+q水)B2/8-q水h2/6-M桥

=（16.17+5.25）×4.22/8-16.17×1.3752/6-9.78 =32.35kN.m h 水深 a取30mm

取a=30mm ，h0=200-30=170mm,a=aˊ e0=MA/NA=2.9m>h/2-a=70mm 属于大偏心受力构件 2.2配筋计算 计算受压钢筋

e=e0-h/2+30=2830mm h0=h-a=170mm

先设xbh0，对于HRB335有sb0.358

27

河北工程大学

A'sdNefcsbbh02fh0a'y'

=1.2×11.11×2830×103-11.9×0.385×1000×1702/[300×(170-30)]<0

计算表明不需要配筋，但仍应按构造要求配筋。

故按构造要求配筋，考虑底板钢筋应与侧墙钢筋相协调

Asminbh0.15%1000200300mm2

查《钢筋混凝土结构》中附录三表二，选用选用10@250（314mm2）

计算受拉钢筋

上面说明按所选进行计算As就不需要混凝土承担任何内力。这就意味着实际上的As应力不会达到屈服强度。所以按x>2a

200/2-30+2900=2970,mm

=1.2×11.11×2970/（300×（170-30））=942>ρ

min×bh0=255

实配：

16 @ 200 As=1005mm2

（2）抗裂验算

1.底板支座验算

Es2.01057.143E4Ec2.810

ρ=314/(1000×170)=0.21%

E)h y0(0.50.425 =101.28

I0(0.08330.19E)bh3

=6.8×108

28

河北工程大学

矩形型截面，rm1.55，按h修正： 3.41

按3000取） （h3000查表可得ftk1.78N/mm2，fck16.7N/m2，

满足抗裂要求

2.底板跨中截面验算

Es2.01057.143E4E2.810 c

ρ=314/(1000×170)=0.21%

E)h=101.28 y0(0.50.4253I(0.08330.19)bh0E

=6.8×108

矩形型截面，rm1.55，按h修正： 3.41

按3000取） （h3000查表可得ftk1.78N/mm2，fck16.7N/m2，

满足抗裂要求

29

河北工程大学

4.6槽身吊装验算

预制装配式槽身可采用两根钢索套吊，而在槽身吊点位置的周围预埋固定吊环，当起吊高度满足吊装要求时吊点可设在槽身的底部这样槽身就不需要进行吊装验算，因为槽身底部的纵向钢筋足够抵抗吊装荷载产生的弯矩

第五章 渡槽支撑计算 5.1槽墩形式

槽墩有实体式与空心式两种。实体墩自重大用料多，要求地基有较高承载力，所以选取空心重力墩。沿竖向每格3.0M设水平横梁底墩顶、墩底处设水平横粱,墩顶墩底处设人孔,墩身下部为混凝土现浇结构，上部为混凝土预制块砌筑墩身高度10m，墩顶长度稍大于槽身宽度取5（每边裕20CM）.墩顶宽度取1.0M，墩顶设混凝土墩帽厚0.4M，四周向外伸6CM，墩帽设置构造筋预埋于支座部件，墩身四周以20﹕1的坡比向下放大以满足墩身强度和地基承载力要求。 墩底宽度：100＋2×1000/20=200CM 墩底长度：500＋2×1000/20=600CM

30

河北工程大学

图5-1 槽墩三视图5.2

5.2.1承压验算

①荷载计算

墩身自重：取中间截面按柱体计算

槽墩结构计算

底截面面积：A12t(h1R)＝2×0.2×（2＋3.14×1.9）＝3.19M2 顶截面面积：A2＝2×0.2×（3＋3.14×0.9）＝2.33M2

1 中截面面积：A＝(A1A2)=0.5×(2.33+3.19)=2.758M2

2自 重：W＝10×2.758×25＝689.6kN 一跨槽身水重： 1293.6KN 一跨槽身自 592.54KN

②横槽向满水工况时基地应力最大，按轴心受压计算基地压应力。 墩计算长度 l0=l=10

l10长细比 0＝5.88

1n×（1.2＋2.2）2轴压公式 aN 查表＝0.96 A所以 689.6+1293.6+592.54/2.758/0.96＝0.97 <10N/MM2 满足要求。

5.2.2空水及风压工况下的抗滑抗倾验算

31

河北工程大学

图5-2风压工况下抗滑抗裂计算图

1荷载计算

风压取距底面5高度处为计算点 W＝K×KZ×W0

K：风载体型系数K——风载体型系数与建筑物体型、尺度等有关，槽身为矩形断面时， 取k = 1.2 ~ 1.3（空槽取小值，满槽水取大值）本设计k = 1.3；

KZ：风压高度变化系数；取0.78 W0：基本风压；0.4KN/M2

W=K×KZ×W0=1.3×0.78×0.4=0.4056KN/M2 墩身受到的风压：P1＝0.4056×(1+2)×10/2＝6.098KN

槽身受到的风压通过支座传给墩顶：P2＝10/2×3.15×0.609=9.59KN 2抗滑稳定验算

KC=阻滑力/滑动力＝fNi/Pi

式中：Ni——所有铅直方向作用力的总和；

Pi——所有水平方向作用力总和；

f——摩擦系数，与两接触面物体性质及它们的表面粗糙程度有关，取0.5。

Kc＝0.5×（689.6+592.5）/(46.098+9.59）=12>〔Kc〕

满足抗滑要求

3抗倾覆稳定验算

K0＝M抗/M倾＝laN/My

式中：la——承受最大的压应力额基底面重心轴的距离； N——基底面承受铅直力总和；

32

河北工程大学

My——所有铅直力及水平力对基底面重心轴的力矩总和。 K0＝(592.54+698.6)×(3+0.6)/（6.098×5+9.56×10)＝37>1.5

满足抗倾覆稳定要求。

5.3基底应力验算

应选工况:满水

在外荷载作用下按偏心受压公式计算。

ymaxyminNiMy

AWyNiMx AWxymaxmaxxxmin

maxxxmin其中：ymin （取负）；

——基底在横槽向的最爱地基应力（取正）及最小地基应力

参数1，绕x 轴的惯性矩，截面惯性矩。

注，在这里1 I 指的是这个中空结构外围结构的惯性矩。而2 I 指的是这个中空结构里面轮廓构成的结构惯性矩。

33

河北工程大学

I1=π×22/64+1/12×1×43=5.5 I2=π×1.82/64+1/12×3.63=4.04

1.46m

4

3

1.46/0.8=1.8m

参数2，绕y 轴的惯性矩，截面惯性矩。

注，在这里3 I 指的是这个中空结构外围结构的惯性矩。而4 I 指的是这个中空结构里面轮廓构成的结构惯性矩。

同理4 I 按照上述四个公式也可求出

I3=172.19m4

34

河北工程大学

I4=81.03m4 △I=91.16m4 Wy=30m3

基底应力验算

A=3.19mm2 N=1293.6+592.54+689.6=2575.74kN Mx= 3863 My=30. Wx=1.8m3 Wy=182.32m3

ymaxyminNiMy=  808 kN/m>0

806AWy

满足要求

5.4 细部结构设计 5.4.1 伸缩缝与止水

渡槽无论是现浇槽身或预制装配，在跨与跨的接头必须设置伸缩缝以适应槽身温度变化引起的伸缩变形与允许的沉陷和位移。伸缩缝必须用既能适应变形又能防止漏水的柔性材料填充。本设计中采用橡皮压板止水。

1. 伸缩缝2. 止水橡皮3.钢垫板4. 沥青沙浆5.螺冒

35

河北工程大学

图4-5 伸缩缝与止水

预制槽身时先在槽端内壁留一凹槽深度4-6 厘米止水材料为橡皮带，为了使其能够紧贴在凹槽上，常用扁钢并通过螺栓将橡皮带压紧，扁钢厚4-8 毫米宽6 厘米左右。螺栓的直径一般为9-12 毫米，间距等于16 倍螺栓直径或20 倍扁钢厚，通常20 厘米左右。为了减慢铁钢锈蚀，对预埋螺栓和扁钢压板应事先做防锈处理，此外在凹槽内最好添沥青沙浆或1/2 水泥沙浆。这不仅对止水起辅助作用，并能防止橡皮老化与铁赶锈蚀。为了有利于螺栓更换，近年来将螺母先劲埋于混凝土内，再装止水橡皮和压板。并把螺栓拧如螺母将橡皮压紧。这样处理，不仅压板留孔对位方便，而且螺母埋于混凝土内加油后不易锈蚀，一旦螺栓损坏还可更换。这种止水虽能保证施工质量，可以做到不漏水，止水效果好。但需要止水与橡皮材料时间长了需更换。

5.4.2 支座

支座是连接渡槽上部结构和下部结构的重要部件，其作用是将上部结构的荷载穿递给墩架，为此要求支座必须有足够的承载力，同时支座应能自由变形，能适应槽身因温度变化、混凝土收缩徐变及荷载作用而引起的位移，使结构实际受力情况与受力间图相符合。

1. 上座板2. 下座板3. 垫板4. 锚轩5. 齿板 图4-6 支座示意图

本设计采用切线钢板支座，这种支座用两快厚40-50 毫米的钢板加工作成。上座板底面为平面，下板顶面为弧面，固定支座下座板焊有齿板，齿板上端为梯形插入上座板的预留槽中，保证上、下座板之间只可转动而不能移动，活动支座与固定支座构造的区别仅在于支座内不设齿板。这样上、下座办之间即可转动又可沿圆弧面的切线移动。

5.4.3 两岸连接

渡槽与两岸连接除了应使槽内水流与渠道平顺衔接并防止水流冲刷外还应采取措施，将渡槽与两岸可靠的连接起来，以免应连接不当引起漏水，致使岸坡或填方渠道产生过大的沉陷与滑坡现象。尤其当渡槽与高填方渠道连接时，边坡稳定问题显得更为突出，在设计和施工中应予以足够重视。

36

河北工程大学

渠道与槽身采用扭曲面连接，在扭曲面与槽身的连接处设置槽台，以支承槽身和挡土，其高度一般在5~6m 以下，台背部一般为m=0.25~0.5，为了减小台背部水压力，常设孔径为5~8cm，排水孔并作反滤层保护。为了节省渡槽工程量，槽内流速一般都大于渠道流速，渡槽的进出口流速将发生较大

的变化，容易引起渠道冲刷。为了使水流平顺衔接和防止冲刷，在渡槽进出口段多采用渐变段形式，并在渐变段渠底及两侧用浆砌石和混泥土护面，靠近渐变段的部分渠道可用干砌石护砌，护砌长度可约等于渐变段长度。

谢辞

毕业设计即将结束，在设计期间利用我所学到的有关知识，在王方勇老师的精心指导下，本着科学认真的态度，完成了这个毕业设计课题。老师为我论文的完成倾注了大量的心血；另外老师严谨的治学态度、灵活的思维方式和求实的科学作风使我终身受益，在此表示由衷的感谢！ 在本论文的编写过程中，还得到了其他老师和同学的帮助，为我论文的完成提供了巨大的支持，在此也表示深切的谢意！

37