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2
1涵洞过水流量验算2
1.1计算任务2
1.2计算条件和依据2
1.2.1计算条件2
1.2.2设计依据2
1.3计算过程2
1.3.1计算流量系数m2
1.3.2判别长洞或短洞3
1.3.3计算公式3
1.3.4计算淹没系数σ3
1.3.5验算流量3
2、涵洞消能计算3
2.1计算任务3
2.2计算条件和依据3
2.3计算过程4
二稳定计算5
0.1计算任务5
0.2计算条件和依据5
0.2.1计算条件5
0.2.2设计依据6
1涵洞第二节洞身(控制段)6
1.1计算过程6
2清污机室整体稳定计算12
2.1计算过程12
3上游翼墙2-2断面16
3.1计算过程16
4下游翼墙1-1断面21
4.1计算过程21
三、地基基础计算27
1、地质参数27
2、基础计算27
2.1涵洞控制段27
2.2涵洞进口段28
2.3清污机室29
2.4上游第一、二节翼墙30
2.5下游第一节翼墙30
2.6下游第二节翼墙31
四、涵洞结构内力计算32
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']
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