正反拱箱形暗涵渠道的设计

正反拱箱形暗涵渠道的设计摘要：针对高台县三清干渠CH23+066～26+674渠段穿越小海子水库库区，经方案比较，优选出适宜强冻胀和软弱基土地层的正反拱箱形暗涵渠道方案；设计的正反拱拱箱形暗涵渠道经实践应用，设计合理，抗冻胀性能强，推广价值极为广泛。关键词：箱形暗涵渠道设计1工程概况高台县友联灌区位于河西走廊中部，属黑河流域中游沿岸大型灌区之一，高台县三清干渠是友联灌区主要的引水渠道。干渠从临泽县蓼泉镇塘湾村处的黑河南岸开口引水，西至高台县骆驼城山水河，全长67.75km，设计流量3.90m3/s，加大流量4.90m3/s，控制灌溉面积6.74万亩。同时承担着小海子水库1048.1万m3和鮑家湖水库447万m3的蓄水任务。三清干渠始建于1975年，原为土渠运行，2001～2004年黑河流域近期治理项目中已完成三清干渠改建衬砌40.48km，干渠CH23+066～26+674渠段3.608km，因受小海子水库除险加固工程施工及考虑小海子水库调节灌溉等因素影响，未进行建设。2.存在问题及工程建设原由三清干渠CH23+066～26+674渠段地处小海子水库北侧，紧靠小海子水库土坝布置。由于小海子水库除险加固工程完成后，扩大了小海子水库库容，新建小海子水库坝堤位于该段干渠下游，从而使三清干渠CH23+066～26+674渠段处在水库中。在小海子水库除险加固工程设计中，曾考虑废除三清干渠CH23+066～26+674渠段，让三清干渠上游引来的水进入小海子水库，经水库调节后输出到下游三清干渠，以满足灌溉需求。但经勘测后发现，三清干渠CH26+674处渠底高程为一三65.一五6m（也即小海子水库三清干渠放水洞洞底高程），而小海子水库丰稔干渠放水洞高程为一三62.0m（也即水库库底高程），相差3.一五6m。经计算，要满足三清干渠从水库引水，水库水位高程必须达到一三66.5m，此时水库最大水深4.5m，相应库容为240万m3。同时，由于5～7月份黑河基本断流，三清干渠通常只能引1～2m3/s黑河潜流，此时正是灌溉高峰期，灌溉用水量很大，水库水位很难满足三清干渠引水要求。若采用废除三清干渠CH23+066～26+674渠段，经小海子水库调节后输出到下游三清干渠的方案，将造成在小海子水库低水位时，三清干渠无法正常引水，而丰稔干渠则可尽情引水的局面。同时易造成各渠系分水不均矛盾，导致诱发社会不稳定因素的发生。若保证小海子水库水位满足三清干渠正常引水，水库库容需维持在240万m3左右，该库容将成为死库容不能发挥应有的效益，小海子水库的灌溉效益将锐减。综上所述，为了保证三清干渠正常引水，同时使小海子水库的灌溉效益得到充分发挥，修建三清干渠CH23+066～26+674渠段是解决问题的关键。3.工程设计3.1抗冻胀设计经地质勘察，三清干渠CH23+066～26+674渠段大部分座落在沙壤土层上，为冻胀性土层。高台县气象局实测本区多年平均冻土深度为106cm，即标准冻深106cm。经计算，设计冻深值为阳坡85.3cm，渠底98.5cm，阴坡127.84cm，冻胀量为7.57cm。依据《渠系工程抗冻胀设计规范》（SL23-19）规定，冻胀量远大于衬砌渠道的允许位移值，需从适应冻胀、回避冻胀、消减或消除冻胀等方面采用抗冻胀结构及工程措施。根据工程级别、日照及遮荫程度、地下水位埋深、渠道走向等因素，工程措施采用砂砾石置换冻胀基土，置换厚度为阳坡50～70cm，渠底60cm，阴坡60～95cm。抗冻胀结构措施采用设计方案比较优选。3.2设计方案比选根据对小海子水库地形地貌和三清干渠渠线的勘查，三清干渠CH23+066～26+674渠段在渠线布置上有三种方案可进行比选。方案一：渠线沿新建小海子水库土坝外北侧绕坝布置方案。该方案渠线长约4.5km，但因该段地势低洼，地面高程低于渠顶设计高程约3～5m，属全填方渠道，填方工程量大，且建成后渠基为柔弱地基，渠道沉降隐患大，对渠道长期运行不安全。方案二：渠线沿小海子水库外以南布置方案。该方案设计渠线自三清干渠CH一八+925处沿原小海子水库回水线以南进行布置，渠线长约7km。因该段渠线经过之地全部为沙丘，且地势较高，属全挖方渠道，挖方工程量大。同时受地形所限，渠线须两次穿越312国道，渠线长，施工难度大，工程造价高。方案三：沿原渠线布置方案。该方案设计渠线沿三清干渠原渠线布置，渠线平行于原小海子水库土坝，穿越小海子水库，渠线长3.608km。该方案渠基挖填适中，渠线短，工程量小，施工方便。但因穿越水库，需充分考虑冻胀、稳定等影响因素。经综合分析比较，方案一安全隐患大，不宜采用；方案二渠线长，施工难度大，工程造价高，不经济；方案三渠线短，工程量小，施工方便、经济合理，较为理想。因此，渠线布置选择方案三。根据选定的渠线，抗冻胀结构措施采用以下三种设计方案进行比较优选。巷剧方案卫A：派梯形疑明渠冒衬砌霸方案傅诱设计派采用使已建哥三清辨干渠据梯形佛断面及结构店形式种，渠容底为的C一窄五细湖粒砼铅砌石授衬砌悬，厚哨度4向0c忌m；爪渠坡昼为C语一五浇砼预凑制块倘衬砌哪，厚勒度8就cm桑；采息用砂障砾石番垫层糟置换逐冻土保，根掏据抗赛冻胀沙规范县计算饲，置巡换厚订度为刘：渠旺底6休0c妥m，凉渠阴鱼坡6澡0～蔽95肿cm碑，渠遍阳坡销50毕～7瓦0c尺m。炼方案返A特裹性见悟表1抓。丢表1医设绸计方镇案比乡选表诚方势案渡方案费一森方案愤二与方案反三应结构滔形式广梯形颤渠道葬玻璃选钢管啊渠道获正反努拱箱歼形暗蕉涵渠保道样衬砌庸方式震C一挡五砼全预制伐块和闯C一捆五细汤粒砼垮组合今衬砌遍玻璃华钢管睛承插奥连接胳衬砌葡C2览0钢尾筋砼钳现浇疤衬砌掩优望点惰防渗愁、抗眠冻胀身、抗烤冲刷尼性能侍好，族适宜勾于一木般、绍中强辞冻胀廊区；劳施工显工序慈较少真，工灿程造冻价低拥。粱耐腐仿蚀、盘抗老谨化，躁抗冻喘性能溉好，漫自重卖轻，膨寿命端长，其摩擦凑力小设，输败水性拌能好查。吼采用恢弧底捞结构编抗冻仔性能截好，躁适宜块于强滔、极痰强冻督胀区水和软墨土地注基层省；自承重大街，稳掌定性异好，世施工略简便熔。工培程造弟价适臂中。撕缺忽点句水库叠高水熟位时滨干渠乳将被栽库水面淹没谨，渠誓岸易放被库兆水淘秀蚀冲惭毁；滔渠道防抗冻玩胀能删力差渔，易撞于冻烘胀破湖坏，忆使用扭年限虑短。赶自重紧轻，扩在水规中易掠漂浮吊，施敏工要至求严稍格，呜工程领造价描高。梢施工贺工序绵多，扯工程歪质量番不易原控制斑。映使用露年限粘30熔30菊～5淋0掉30布～5案0脑每仅km千投资则14嘱8万现元辣36桶3万嗽元乌27致2万厌元织方案抄评价在差赶差善最优须饿方案番B：陕玻璃烛钢管乓衬砌雪方案肚炕渠床科的冻武胀兄性糕属于省强冻趁胀的属中型鄙渠道锋，回竭避冻侵胀的躬结构窄措施冶应采凡用暗呢渠或饮暗管构输水暴，设皱计采笨用玻哲璃钢缸管承厦插连羞接衬侍砌，虏管径识2.缺2m各，管缎壁厚遥23幕mm富。玻槽璃钢么管管通身由缝连续烂的玻背璃纤愉维不纪饱和忘聚酯芹树脂土、环久氧树延脂为当基料疼，以晶石英承砂及傅碳酸冶钙为臣无机呆非金指属颗坡粒为颈填料微压制于而成束。方推案B归特性们见表华1。贩方案硬C：辈正反卖拱箱江形暗呜涵渠糊道方狗案谨订渠床颗的冻益胀性辨属于脑强冻粒胀的柄中型附渠道晶，回级避冻显胀的皱结构斯措施盈应采瞧用暗闷渠或惹暗管斜输水划，暗规渠的垒埋置抬深度另应等我于或献大于豪工程责设计臭冻深若。设筐计渠贤底采近用反敏拱弧包底、膨渠顶陈为正刘拱盖茄板的划正反钻拱箱舒形暗蕉涵，裤底部亦设置拿非冻统胀性狠土置辅换层鼠。设寿计暗腹涵净巷宽3筹.0方m，丈净高少2.却3m猴，内纽直墙插高度斩1.床3m告；设疼计全采部断饥面采孙用C泛20兵钢筋盟砼现矩浇结谁构，名拱顶艺厚2季0c统m，帖反拱纹弧底甲厚4名0c堂m，朗侧墙滔厚3桃0c草m。章采用图砂砾聚石垫朋层置两换冻亦土，冤置换亏厚度玩为：逢渠底农80怨cm驰。方拜案C距特性旋见表抄1。吧莫根据饿对拟唉选的寄三个刷设计坝方案删进行樱分析摔比较弃（见辽表1立设计裹方案尽比选创表）假，结泊论为票：正爹反拱疫箱形糕暗涵涂渠道删方案自较方铁案一锤具有迟抗强都冻胀后、抗五滑坡已性能吗强，辈适宜央软土垃地基肃层和拢使用新年限架长等宝优点皆；较很方案狐二具蚀有自他重大侍，稳虚定性莫好，肺施工近简便跨，工归程造匆价低倡等优柜点。廊见综上著所述年，三权清干呜渠C毙H2贴3+蒜06确6～撤26差+6商74旱渠段魄采用绿正反惩拱箱库形暗稀涵渠鸟道方编案衬幻砌最撤为适阔宜。绕3.搬3抗柏冻胀叫结构局及强址度设奶计秀眉根据栗优选腿的正悟反拱镜箱形逼暗涵精渠道菠，按填照上齿下游化渠道拒设计腾渠深醒确定鼻的渠抖深为记23私0c晴m，宰经计晕算，物暗涵缝净宽岸30访0c狭m。愁由于族拱的拨矢跨嘉比越邪大，处拱脚巷水平采推力川越小返，对素于减妹小拱垃脚水姑平位冲移引片起的并应力杰越有出利；榴本次忠设计射取1柔/6高，即球拱矢菌高度猪为5龙0c疲m。坦览反拱染底板活内弯犯矩较喘小，浆主要引承受硬轴向心压力辰，因怎反拱贝底板杰跨度厕较小拢，反扔拱底皱板采急用等项截面筝圆弧艰拱，惭拱底盘厚度缎为4族0c御m，劲拱顶趋厚度孩为2脑0c息m。帜竖为保显证三令清干蠢渠C尼H2疗3+忙06青6～效26刃+6弱74唱渠段琴断面损结构肺设计款的合奖理性吹，对说三清画干渠叠正反朱拱箱隶形暗钉涵断午面进弊行结牢构分拜析计仍算。束按照礼实际蔽情况刺，共眯分为仰以下长四种奇工况牌：舍a、王第一碎种工替况：梁箱形挪暗涵蛙有水杆，库参中有镜水栗b、海第二恭种工迟况：甘箱形嗽暗涵迅有水航，库缩中无爬水毛c、鹅第三广种工张况：脸箱形顿暗涵付无水呈，库狸中有赛水病d、抹第四笛种工马况：幼箱形凯暗涵语无水掉，库聪中无伐水锣在此惩只计饼算最票不利仇的第畅三种镰工况基：箱梅形暗疲涵无牢水，基库内塑有水智。忙1）奔内力隶计算弓你由于桥渠外氏坡土黑压力粪比库叮中水佣压力线下的坑多，激只计认算库惯中水挣压力售产生级的内贞力。遣M膀w乡=P托水喝×朴×阅h=画17超.6浪89纱×气×滥1.荐9=蕉11翠.2爪KN葱.m券M=征γ闪0铸.岗ψ召.M翻w险=1华×钳1.驼0戒×本11啦.2寒=1心1.农2K致N.狱m陈2)菜配筋励计算爬燃由《样钢筋片砼计番算手验册》些查附烘录表醒，取嫌砼保种护层末C=眉25黎mm订（二蔽类环麦境条污件）萄，估倾计钢淹筋直爽径d势=1狗0m芽m，揉则a汁=C团+d组/2残=3旱0m置m，两h红0衔=h禽-a袖=3右00创-3盟0=剩27墨0m要m，改板计热算宽剖度b沈=1乐00列0m捷m。镰α燥s吹=慌=巷=0典.0似19多14暑ζ椅=香=茅=0肺.0朵19涉32骑＜趋ζ惯b酬=0擦.6闭14农（截坝面尺续寸和衡砼强灯度满宝足要饶求）警A施S倚=f批c.滑ζ争.b慌.h便0伐/f织y坏=1膜0纯×烦0.牛01遵93未2请×秆10鹿00茄×茫27栽0/押21雨0=铺24汗2醋mm承2序ρ沫=A业S阀/b秘.h掌0常=2失42段/（串10登00着×料27赴0）衰=0彼.0劳91给%＜匪ρ异mi鸦n奇=0台.一颠五%叠耍根据辫以上轨计算遣得，倾截面块尺寸苹和砼送强度序满足走要求泰，只独需按民要求吸配构头造筋夹，受饲力纵渴筋选腾用削φ胸30钢x3应00鸭；箍粘筋选逃用泡φ均8x挤30疲0（绘x3矛00刊表示崭每两意根钢竖筋中嫁心的腔距离狮为3淡00理mm逗）。兼三清该干渠棕属严喜寒地证区过貌水渠视道，趴根据育规定零混凝孙土强扎度设俱计为咏C2柿0,今抗冻虚标号朴为D劈10凡0，发抗渗貌标号浆为S叔4。匹3.绪4抗驱滑稳旦定性稿分析像灯为保傻证三需清干昂渠的欧稳定孩性，险对三鸭清干深渠C钓H2堤3+线06难6～携26进+6墨74延渠段毕断面灯进行车了稳厨定分疫析计如算。宋1）歪外力楚计算杀漠箱形林暗涵纸共受记到四炒项外箱力，首其中泊箱形鸡暗涵悠自重射和渠秆外坡挖土压谱力为乖永久执外力顽，而扣箱形龙暗涵彼中水品自重拘和库脆中水谨压力议为可留变外类力，税下面狭分别假计算夫。票①辰箱形成暗涵缓自重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