涵洞计算书1.docx
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涵洞计算书1.docx
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涵洞计算书1
新沭河治理工程
大浦第二抽水站引水涵洞工程计算书
[初步设计阶段]
审核:
校核:
计算:
中水淮河工程有限责任公司
2007年1月
目 录
一水力计算
1涵洞过水流量验算
计算任务
大浦二站引水涵洞考虑结合一站原涵洞扩建,原涵洞设计流量40m3/s,扩建后设计流量为100m3/s,通过初拟扩建后涵洞的总尺寸进行流量验算。
计算条件和依据
1.1.1计算条件
(1)初拟尺寸:
原涵洞长18m,涵洞3孔截面净尺寸3.6×3.35(宽×高),洞底坡降0.5%;新建涵洞长18m,3孔截面净尺寸3.6×3.35(宽×高),洞底坡降0.5%。
上游河道河底拓宽至47m,涵洞进口为圆弧翼墙,r=13m。
(2)水位条件:
取上游水位2.4m,考虑拦污栅的水头损失,涵洞进口水位取2.2m,出口水位取2.1m。
涵洞进口底高程为-1.0m,下游河道底高程为-1.0m。
1.1.2设计依据
《涵洞》 (灌区水工建筑物丛书)
计算过程
1.1.3计算流量系数m
b/B=(3.6×6)/47=0.460;r/b=13.7/21.6=0.634,
查《涵洞》P57表3-6取m=0.365。
1.1.4判别长洞或短洞
Lk=(64-163m)H=(64-163×0.365)×3.2=13.9m<18m,即为长洞。
1.1.5计算公式
按照长洞I(洞内未出现均匀流)验算,采用公式:
V=q/h=4.38/3.2=1.37
H0=H+V2/2g=3.2+1.372/19.6=3.29m
1.1.6计算淹没系数σ
=(3.1-0.005×18)/3.29=0.915,
查《涵洞》P57表3-5取σ=0.678
1.1.7验算流量
Q=0.678×0.365×21.6×19.60.5×3.291.5=141.2m3
通过对拟定涵洞规模尺寸进行的流量计算,满足设计流量100m3/s的要求。
2、涵洞消能计算
2.1计算任务
通过消能计算确定消力池的设计尺寸。
2.2计算条件和依据
2.2.1计算条件
上游底部高程-1.09,下游底部高程-1.00;消力池首端宽度13.90m,末端宽度22.00m。
设计流量Q=60m3/s,q=60÷(3.6×3)=5.56m2/s,
水位条件:
上游2.40,下游1.50
2.2.2计算依据
《水闸设计规范》SL265-2001
使用理正岩土计算软件进行消能计算
2.3计算过程
2.3.1计算收缩断面水深公式
hc3-T0×hc2+α×q2/(2×g×φ2)=0计算得hc=0.78
其中:
T0为消力池底部以上的总水头(m)为2.63,φ为流速系数,取0.95。
2.3.2计算跃后水深公式
hc‘=hc/2×((1+(8×α×q2)/(g×hc3))0.5-1)×(b1/b2)0.25
计算得hc‘得2.20m
其中:
hc‘跃后水深(m),b1消力池首端宽度(m)为13.90,b2消力池末断宽度(m)为22.00。
判断水跃型式的条件:
hc‘>ht,远离式水跃
hc‘=ht,远离式水跃
hc‘ 其中: ht下游水深(m)为2.50 hc‘=2.20 按构造设消力池,池深0.5m。 2.3.3池长计算 Lj=6.9×(hc‘-hc)=6.9×(2.2-0.78)=9.8m L斜=0.5×4=2m 即取消力池池长为12m。 二稳定计算 0.1计算任务 建筑物座落在土基上,通过计算抗滑稳定安全系数,地基最大应力、最小应力、平均应力及应力大小比,验算其整体稳定性,并为地基处理提供计算依据。 0.2计算条件和依据 0.2.1计算条件 0.2.1.1建筑物级别 涵洞建筑物级别为3级。 0.2.1.2特征水位 见各部位稳定计算特征水位。 0.2.1.3土质参数 回填土容重: 湿容重19.0kN/m3;饱和容重20.5kN/m3; 内摩擦角: 水上28度;水下26度; 回填粉煤灰: 湿容重15.0kN/m3;饱和容重18.0kN/m3; 内摩擦角: 水上30度;水下28度; 摩擦系数: 第2层(淤泥质粘土及淤泥)f=0.2。 0.2.1.4稳定计算规定的安全系数 (1)沿基础底面抗滑稳定安全系数的允许值 对土基上3级建筑物抗滑稳定安全系数的允许值: 基本荷载组合: [K]=1.25; 特殊荷载组合: 组合Ⅰ: [K]=1.10;组合Ⅱ: [K]=1.05。 (2)基础底面应力不均匀系数的允许值 基础底面应力不均匀系数的允许值参照《水闸设计规范》(SL265-2001)中规定采用,见表2.2.1。 表2.2.1基底应力不均匀系数的允许值 地基土质 荷载组合 基本组合 特殊组合 松软 1.50 2.00 中等坚硬 2.00 2.50 坚实 2.50 3.00 涵洞底板落在地基第②层淤泥质粘土及淤泥为松软土质,基底应力不均匀系数的允许值采用: 荷载基本组合1.50;荷载特殊组合2.00。 0.2.2设计依据 《水闸设计规范》 SL265-2001 《水工建筑物荷载设计规范》 DL 5077-1997 《建筑地基基础设计规范》 GB 50007-2002 《建筑桩基技术规范》JGJ94-94 1涵洞第二节洞身(控制段) 1.1计算过程 1.1.1荷载计算 见荷载计算表 涵洞(控制段)及上部结构自重计算表 名称 计算公式 垂直力(KN) 力臂(m) 力矩(KN.m) 启闭机房 0.2×4×13.9×25+3.3×0.18×13.9×2×22 641.29 2.65 1699.42 钢闸门 5×3×10 150.00 2.27 340.50 启闭机(含基墩、电机) 25×3+25×1.12 103.00 2.27 233.81 工作桥 (0.12×13.9×3.6+0.3×0.48×13.3×2+3.6×0.3×0.48×2+0.2×0.18×(1.7+0.67×2)×6-0.7×0.55×0.12×3)×25 284.75 2.65 754.59 排架 8.07×25 201.75 2.65 534.64 涵洞上填土 (一) 5.99×0.45×13.1×19 670.91 6.00 4025.46 涵洞上填土 (二) 5.99×2×0.5×13.1×19 1490.91 7.00 10436.38 洞上预制块护坡 6.32×0.27×13.1×25 558.85 6.00 3353.08 涵洞洞身 ((4.5×13.1-(3.6×3.35-0.25×0.25×2)×3)×3.2+(13.9×5.58-3.6×4.88×3)×3.01-(0.25×0.52+0.2×0.2)×6×5.08+(13.9×4.5-(3.6×3.35-0.25×0.25×2)×3)×0.79+(23.145+26.745)/2×2+(0.5+1)/2×0.5×13.9)×25 5498.40 4.10 22543.44 合计 9600 43921 (涵洞控制段)其他荷载计算表 工况 序号 荷载名称 计算公式 力的大小(KN) 力臂(m) 力矩(KN.m) + - 设计 1 洞内上游水重 3.6*3*6.47*3.4*10 2375.78 5.77 13696.39 2 洞内下游水重 3.6*3*2.01*3*10 651.24 1.00 651.24 3 上游水平水压力 0.5*10*3.9^2*13.1 996.26 1.30 1295.13 4 下游水平水压力 0.5*10*3.5^2*13.9 851.38 1.17 996.11 5 浮托力 10*(3.5+0.07)*9*13.1 4209.03 4.50 18940.64 6 渗透压力 0.5*10*0.1*9*13.1 58.95 6.00 353.70 7 小计 -5245.72 校核 8 洞内上游水重 4*3.6*6.47*3*10 2795.04 5.77 16113.41 9 洞内下游水重 3.6*2.5*2.01*3*10 542.70 1.00 542.70 10 上游水平水压力 0.5*10*4.5^2*13.1 1326.38 1.50 1989.56 11 下游水平水压力 0.5*10*3^2*13.9 625.50 1.00 625.50 12 浮托力 10*(3+0.28)*9*13.1 3867.12 4.50 17402.04 13 渗透压力 0.5*10*0.37*9*13.1 218.12 6.00 1308.69 14 小计 -3418.69 1.1.2稳定计算 (一)完建期(上下游无水) 由荷载计算可得: 作用在涵洞上总水平力: ΣH=0KN 作用在涵洞上总竖向力: ΣG=9600KN 对前趾O点力矩: ΣM=43921KN·m(+) 1、偏心距计算及地基应力验算 1.1、偏心距计算 e=B/2-ΣM/ΣG=9/2-43921/9600=-0.08m 1.2、地基应力验算 σmin=ΣG/A×(1+6e/B) =9600/122×(1-6×0.08/9)= kPa σmax=ΣG/A×(1-6e/B) =9600/122×(1+6×0.08/9)=82.89kPa 容许承载力修正值: [R']=[R]+ηbγ(b-3)+ηdγ0(d-0.5) =60+1.0×(17.1-10)×(0.5×25/7.1-0.5)=68.95kPa σcp=0.5×(σmax+σmin) =0.5×(82.89+74.49)=77.69kPa>[R']=68.95kPa η=σmax/σmin =82.89/74.49= <[η]=1.5 (二)设计工况(上游2.40,下游2.00) 由荷载计算可得: 作用在涵洞上总水平力: ΣH=996.26-851.38=144.88KN 作用在涵洞上总竖向力: ΣG=9600+2375.78+651.24-4209.03-58.95=8359KN 对前趾O点力矩: ΣM=43921-5245.72=38675.3KN·m(+) 1、抗滑稳定计算 Kc=fΣG/ΣH=0.2×8359/144.88=11.54>[Kc]=1.25 2、偏心距计算及地基应力验算 2.1、偏心距计算 e=B/2-ΣM/ΣG=9/2-38675.3/8359=-0.13m 2.2、地基应力验算 σmin=ΣG/A×(1+6e/B) =8359/122×(1-6×0.13/9)=62.58kPa σmax=ΣG/A×(1-6e/B) =8359/122×(1+6×0.13/9)=74.45kPa σcp=0.5×(σmax+σmin) =0.5×(74.45+62.58)=68.52kPa<[R']=68.95kPa η=σmax/σmin =74.45/62.58= <[η]=2.0 (三)校核工况(上游3.00,下游1.50) 由荷载计算可得: 作用在涵洞上总水平力: ΣH=1326.38-625.5=700.9KN 作用在涵洞上总竖向力: ΣG=9600+2795.04+542.7-3867.12-218.12=8852.5KN 对前趾O点力矩: ΣM=43921-3418.69=40502.3KN·m(+) 1、抗滑稳定计算 Kc=fΣG/ΣH=0.2×8852.5/700.88=2.53>[Kc]=1.10 2、偏心距计算及地基应力验算 2.1、偏心距计算 e=B/2-ΣM/ΣG=9/2-40502.3/8852.5=-0.08m 2.2、地基应力验算 σmin=ΣG/A×(1+6e/B) =8852.5/122×(1-6×0.08/9)=76.43kPa σmax=ΣG/A×(1-6e/B) =8852.5/122×(1+6×0.08/9)=68.69kPa σcp=0.5×(σmax+σmin) =0.5×(76.43+68.69)=72.56kPa>[R']=68.95kPa η=σmax/σmin =76.43/68.69=1.11<[η]=2.0 1.1.3计算成果表 涵洞(控制段)稳定计算成果表 工况 水位组合(m) 偏心距 (m) 地基反力(kPa) 地基反力不均匀系数 抗滑稳定安全系数 上游 下游 平 均 值 最 大 值 最 小 值 允 许 值 η [η] Kc [Kc] 完建期 / / -0.08 77.69 82.89 74.49 68.95 1.11 1.50 / / 设计 2.4 2.0 -0.13 68.52 74.45 62.58 1.19 2.00 11.54 1.25 校核 3.0 1.5 -0.08 66.6 76.43 68.69 1.11 2.50 2.53 1.10 注1、表中偏心距为正值表示偏下游,负值偏上游。 2、承载力允许值已修正。 2清污机室整体稳定计算 2.1计算过程 2.1.1荷载计算 清污机室结构自重计算 名称 计算公式 垂直力(KN) 力臂(m) 力矩(T-M) 清污机室底板 (10.6×0.7×13.1)×25 2430.05 5.30 12879.27 墩墙 ((10.6×5.5×0.65+10.1×5.5×0.5+3.14×0.25^2×5.5/2)×2-0.25×0.2×5.5×6)×25 3269.23 5.30 17326.94 清污交通桥 (2.8×0.3×13.1)×25 275.10 1.40 385.14 清污机 50×4 150.00 3.50 525.00 便桥(上游端) 1.1×0.2×11.8×25 64.90 10.65 691.19 便桥(两侧) (1.15×0.2×(11.1-2.8)+0.5×0.2×2.8)×2×25 109.45 5.30 580.09 撑梁一 0.3×0.6×3.6×3×25 48.60 10.15 493.29 撑梁二 0.3×0.6×3.6×3×25 48.60 2.95 143.37 撑梁三 0.3×0.6×3.6×3×25 48.60 0.15 7.29 立柱 0.4×0.4×2×25×4 32.00 9.90 316.80 清污机室边墩纵梁一 0.5×0.4×6.2×2×25 62.00 10.40 644.80 清污机室边墩纵梁二 0.5×0.4×6.2×2×25 62.00 3.00 186.00 清污机室边墩纵梁三 0.5×0.4×6.2×2×25 62.00 0.20 12.40 清污机室边墩横梁 6.7×0.4×0.5×2×25 67.00 6.55 438.85 合计 6730 34630 (清污机室)其他荷载计算表 工况 序号 荷载名称 计算公式 力的大小(KN) 力臂(m) 力矩(KN.m) + - 检修 1 水重 10*3.6*3*9.55*3 3094.20 5.83 18039.19 2 浮托力 10*(0.7+2.12)*10.6*13.1 3915.85 5.30 20754.02 3 渗透压力 0.5*10*0.88*10.6*13.1 610.98 7.07 4319.66 4 上游水平水压力 0.5*10*3.7^2*13.1 896.70 1.23 1102.93 5 下游水平水压力 0.5*10*0.7^2*13.1 32.10 0.23 7.38 6 小计 -8130.04 (一)完建期(上下游无水) 由荷载计算可得: 作用在清污机室上总水平力: ΣH=0KN 作用在清污机室上总竖向力: ΣG=6730KN 对前趾O点力矩: ΣM=34630KN·m(+) 1、偏心距计算及地基应力验算 1.1、偏心距计算 e=B/2-ΣM/ΣG=10.6/2-34630/6730=0.15m 1.2、地基应力验算 σmin=ΣG/A×(1-6e/B) =6730/(10.6×13.1)×(1-6×0.15/10.6)=44.35kPa σmax=ΣG/A×(1+6e/B) =6730/138.86×(1+6×0.15/10.6)=52.58kPa 容许承载力修正值: [R']=[R]+ηbγ(b-3)+ηdγ0(d-0.5) =60+1.0×(17.1-10)×(0.7×25/7.1-0.5)=73.95kPa σcp=0.5×(σmax+σmin) =0.5×(52.58+44.35)=48.47kPa<[R']=73.95kPa η=σmax/σmin =52.58/44.35= <[η]=1.5 (二)检修工况(上游2.00,下游无水) 由荷载计算可得: 作用在涵洞上总水平力: ΣH=896.7-32.1=864.6KN 作用在涵洞上总竖向力: ΣG=6730-1432.6=5297.4KN 对前趾O点力矩: ΣM=34630-8130.04=26499.96KN·m(+) 1、抗滑稳定计算 Kc=fΣG/ΣH=0.2×5297.4/864.6=1.23>[Kc]=1.1 2、偏心距计算及地基应力验算 2.1、偏心距计算 e=B/2-ΣM/ΣG=10.6/2-26499.96/5297.4=0.30m 2.2、地基应力验算 σmin=ΣG/A×(1-6e/B) =5297.4/138.86×(1-6×0.3/10.6)=31.67kPa σmax=ΣG/A×(1+6e/B) =5297.4/138.86×(1+6×0.3/10.6)=44.63kPa σcp=0.5×(σmax+σmin) =0.5×(44.63+31.67)=38.15kPa<[R']=73.95kPa η=σmax/σmin =44.63/31.67=1.41<[η]=2.0 2.1.3计算成果表 清污机室稳定计算成果表 工况 水位组合(m) 偏心距 (m) 地基反力(kPa) 地基反力不均匀系数 抗滑稳定安全系数 上游 下游 平 均 值 最 大 值 最 小 值 允 许 值 η [η] Kc [Kc] 完建期 / / 0.15 48.47 52.58 44.35 73.95 1.19 1.5 / / 检修期 2.0 -1.5 0.30 38.15 44.63 31.67 1.41 2.00 1.23 1.1 注1、表中偏心距为正值表示偏下游,负值偏上游。 3上游翼墙2-2断面 3.1计算过程 (一)完建期(墙前后均无水) 1、自重 1.1压顶: G=0.55×0.2×25=2.75KNM=2.75×0.93=2.56KN.m 1.2墙身一: G=0.5×4×22=44KNM=44×0.95=41.8KN.m 1.3墙身二: G=0.5×3.5×2×22=77KNM=77×1.87=144KN.m 1.4底板: G=0.6×4×25=60KNM=60×2=120KN.m 小计: G=183.75KNM=308.36KN.m 2、其他荷载 2.1墙后粉煤灰重一: G=0.5×2.8×15=21KNM=21×2.6=54.6KN.m 2.2墙后粉煤灰重二: G=0.5×3.5×2×15=52.5KNM=52.5×2.53=132.83KN.m 2.3墙后粉煤灰重三: G=0.8×3.5×15=42KNM=42×3.6=151.2KN.m 2.4墙后水平土压力: E1=0.5×15×4.62×tg2(45-30/2)=52.9KNM=52.9×4.6/3=81.1KN.m(-) 作用在挡土墙上总水平力: ΣH=52.9KN 作用在挡土墙上总竖向力: ΣG=183.75+21+52.5+42=299.25KN 对前趾O点力矩: ΣM=308.36+54.6+132.83+151.2-81.1=565.89KN·m(+) 3、偏心距计算及地基应力验算 3.1、偏心距计算 e=B/2-ΣM/ΣG=4/2-565.89/299.25=0.11m 3.2、地基应力验算 σmin=ΣG/B×(1-6e/B) =299.25/4×(1-6×0.11/4)=62.47kPa σmax=ΣG/B×(1+6e/B) =299.25/4×(1+6×0.11/4)=87.16kPa σcp=0.5×(σmax+σmin) =0.5×(87.16+62.47)=74.82kPa>[R']=71.5kPa η=σmax/σmin=87.16/62.47=1.4<[η]=2.0 4、抗滑稳定计算 Kc=fΣG/ΣH=0.2×299.25/52.9=1.13<[Kc]=1.25 (二)运行工况(墙前: 2.4,墙后2.8) 1、自重: G=183.75KNM=308.36KN.m 2、其他荷载 2.1墙后粉煤灰重一: G=0.2×2.8×15=8.4KNM=8.4×2.6=21.8KN.m 2.2墙后粉煤灰重二: G=0.3×2.8×18=15.12KNM=15.12×2.6=39.3KN.m 2.3墙后粉煤灰重二: G=0.5×3.5×2×18=63KNM=63×2.53=159.4KN.m 2.4墙后粉煤灰重四: G=0.8×3.5×18=50.4KNM=50.4×3.6=181.4KN.m 2.5墙前水重: G=0.7×3.4×10=23.8KNM=23.8×0.35=8.33KN.m 2.6墙后水平土压力一: E1=0.5×15×0.22×tg2(45
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