下官涵洞计算1..docx

孟州市老蟒河下官庄段治理工程下官涵洞设计书校定：校核：设计：河南省豫北水利勘测设计院二零一三年七月目录1、 涵洞总体布置 32、 设计依据 33、 水力设计 33.1流态判别 33.2非淹没压力流涵洞计算公式 33.3淹没压力流涵洞计算公式 63.4核算过水流量 73.5核算进口水深 73.6涵洞的消能防冲设计 84、 荷载计算 104.1涵洞的垂直土压力计算 114.2侧向水平土压力计算 114.3水压力计算 124.3.1内水压力计算 124.3.2外水压力计算（蟒改河最高水位处涵洞断面） 134.4汽车车辆荷载计算 164.5自重力计算 185.3荷载的作用分项系数 195、 结构设计 20下官涵洞计算1、 涵洞总体布置下官涵洞采用直线型布置型式，进口渐变段采用扭曲面连接，洞顶高程超出蟒改河河底高程0.8m；涵洞分4孔布置，单孔净宽3m，总宽为13.5m，长114m，净高1.8m，设计流量为39.41m3/s；断面形式为矩形，出口设有消力池，消力池采用深挖式2、 设计依据（1）《水闸设计规范》（SL265—2001）（2）《中小型水利水电工程典型设计图集图集》水闸分册（3）《涵洞》熊启钧编著，中国水利水电出版社（4）《水工设计手册》（第二版）3、 水力设计依据熊启钧编著的《涵洞》水力计算过程和孟州市老蟒河下官庄段治理工程图3.1流态判别H=3m，D=1.8m，h=2.9m；H>1.5D，h>D,流态为淹没压力流；淹没压力流过流能力分别按非淹没压力流与淹没压力流计算公式进行计算；其中H为涵洞进口水深，m；D为涵洞洞高，m；h为涵洞出口水深。

3.2非淹没压力流涵洞计算公式Q=m2A2g(H0+iL-β2D)m2=11+ζ+2gL/C2RR=AχC=1nR1/6ζ=ζ1+ζ2+ζ3+ζ5+ζ6式中m2——流量系数；B为洞宽，净宽为3m，总净宽为12m；A——断面面积，m2；H0——包括上游行近流速的水头，m；i——涵洞的纵坡，取为0.002；L——涵洞长度，取为114m；β2——修正系数，可采用β2=0.85；R——水力半径，m； Χ——湿周，m；C——谢才系数，m0.5/s;n——糙率，混凝土洞可采用0.014； ζ——除出口损失系数以外的水头损失系数总和；ζ1——进口损失系数，顶部修圆的进口可采用0.1~0.2，取0.1；ζ2——拦污栅损失系数，与栅条形状尺寸及间距有关，一般可采用0.2~0.3，此处取为0；ζ3——闸门槽损失系数，一般可取为0.05~0.1，此处取0；ζ4——出口损失系数，此处取0；ζ5——进口渐变段损失系数，ζ5、ζ6可查《水工设计手册》，从下表1得到；损失系数为0.1；ζ6——出口渐变段损失系数，取为0.3；其余符号意义同前；表1 进出口渐变段损失系数断面型式进口出口扭曲面0.1~0.20.3~0.5A=4BD=4×3×1.8=21.6m2χ=4（2B+2D）=4×6+3.6=38.4mR=Aχ=21.638.4=0.563mC=1nR1/6=10.014×0.5631/6=64.91 (m^0.5/s)H0=H+αv22g=3+1.05×0.522×9.81=3.013m其中 α为系数，取为1.05；v为行近流速，取为0.5m/s；ζ=ζ1+ζ5+ζ6=0.1+0.1+0.3=0.5m3= 11+ζ+2gL/C2R=11+0.5+2×9.81×114/(64.912×0.563) =0.640Q=m2A2gH0+iL-β2D) =0.640×21.6×2×9.81×（3.013+0.002×114-0.85×1.8 =80.10m3/s设计流量Q=39.41m3/s,计算流量大于设计流量，满足设计流量的要求；3.3淹没压力流涵洞计算公式Q=m3A2g(H0+iL-h)m3=1ζ+2gL/C2R其中，m3是流量系数； ζ=ζ1+ζ2+ζ3+ζ4+ζ5+ζ6 ζ4=（1-A/A下）2A下为出口后下游过水断面面积，出口断面较大，A/A下较大， ζ4可近似取为0.5；其余符号意义同前；ζ为水头损失系数总和，ζ=ζ1+ζ4+ζ5+ζ6=0.1+0.5+0.1+0.3 =1.0 过水断面面积A A=4BD=4×3×1.8=21.6m2湿周χχ=4（2B+2D）=4×6+3.6=38.4m水力半径RR=Aχ=21.638.4=0.563m谢才系数CC=1nR1/6=10.014×0.5631/6=64.91 (m^0.5/s)包括行近流速的水头HH0=H+αv22gH0=H+αv22g=3+1.05×0.522×9.81=3.013m流量系数m3m3=1ζ+2gL/C2R=11+2×9.81×114/(64.912×0.563)=0.7173.4核算过水流量过水流量计算公式：Q=m3A2gH0+iL-h =0.717×21.6×2×9.81×（3.013+0.002×114-2.9 =40.06m3/s设计流量Q=39.41m3/s,计算流量大于设计流量，满足设计流量的要求；3.5核算进口水深出口水深h=2.9m，高于洞高1.8m，确定按淹没压力流计算进口水深，进口水深的计算公式如下：H =Q22gm32A2-iL+h-αv22g =40.0622×9.81×0.7172×21.62-0.002×114+2.9-1.05×0.522×9.81 =3m涵洞进口水深为3m，满足进口水深的要求。

3.6涵洞的消能防冲设计按《水闸设计规范》（SL265-2001）附录消能防冲计算（1）上游总能头T0计算采用进口损失系数ζ1为0.2，渐变段损失系数ζ 5为0.1，拦污栅及闸门槽的损失系数ζ2、ζ3均为0洞内流速v0v0=QA=40.0621.6=1.62mT0=H+αv22g-ζ1+ζ5αv022g-αv02LC2R+iL+P =3+1.05×0.522×9.81-0.2+0.1×1.05×1.6222×9.81-1.05×1.622× 11464.912×0.563+0.002×114+0.5=3.57m其中，P为出口洞底至下游消力池的跌差，取为0.5m，其余符号意义同前；(2)收缩水深hc及跃后水深hc''计算，根据比值q^(2/3)T0=40.0612233.57=0.626查表得hcq^(2/3)=0.196,hc''q^(2/3)=0.912hc=0.44m, hc''=2.04m由于渠道水深（下游尾水深）hs=2.9m， hc''

按抗冲要求t=k1qT0按抗浮要求t=k2(U-W+Pm）/rd式中：q为消力池进口处的单宽流量，m3/（m·s）；t为消力池底板始端厚度，m；T0为上游总能头，m；k1为消力池底板计算系数；，可采用0.15~0.2；k2为消力池底板安全系数，可采用1.1~1.3；U为作用在消力池底板底面的扬压力，kpa；W为作用在消力池底面顶面的水重，kpa；Pm为作用在消力池底板的脉动压力，kpa，其值可取跃前收缩断面流速水头值的5%，通常计算消力池的底板前半部分的脉动压力时取“+”号，计算消力池底板后半部分的脉动压力时取“-”号；rd为消力池底版的饱和重度，KN/m3有SL265—2000《水闸设计规范》和消力池按构造要求设计经验得：消力池水平段长度为12.6m，池深0.5m，池底高程104.612m，采用1:4的坡度连接；消力池首端宽度为13.5m，末端宽度22m；池底厚0.5m，采用M7.5的浆砌石；尾坎高度为0.5m，尾坎厚为0.5m海漫水流经过消力池后，已消除了大部分能量，流速分布较均匀，可以不布置海漫4、 荷载计算以河堤最高处涵洞断面作为设计断面14.1涵洞的垂直土压力计算有孟州市老蟒河下官庄段治理工程下官涵洞横断设计图知，该涵洞为沟埋式。

有B1=13.75m，B2=14.95m，B2- B1<2，可知填土夯实较差，作用于沟埋式涵洞单位长度洞顶的垂直土压力强度标准值按下式计算qt2=KgγHd（B1+B0）/2B1其中，B1为涵洞总宽度，m； B2为沟槽宽度，m；B0为洞顶处的槽宽，有下图计算可知，取为18.55m；Hd为洞顶以上填土高度，取最高填土高度，4.74m；Kg为涵洞土压力系数，根据Hd/B1=4.74/13.75=0.345的比值，查《水工设计手册》表内插得0.9 γ为洞顶填土重度，有孟州市老蟒河下官庄段治理工程工程地质勘测报告得，该工程地层岩性以人工填土为主，重度取为18kN/m3；qt2=KgγHd（B1+B0）/2B1=0.9×18×4.74×（13.75+18.55）/2×13.75=90.19kN/m4.2侧向水平土压力计算作用于洞身侧墙外侧的水平土压力按朗肯主动土压力公式计算，呈梯形分布对于沟埋式涵洞，B0-B1=18.55-13.75>2m时，水平土压力强度标准值按下式计算qt3=γ(Hd+d2)tan(45°-φ2)2qt4=γ(Hd+d2+D)tan(45°-φ2)2式中：qt3及qt4分别为顶板底面处及底板顶面处的水平土压力强度标准值，KN/m； d2为顶板厚度，取0.3m；D为洞身净高，取1.8m； φ为填土内摩察角，查表可取38°；表4-1 砾类土 G的φ值类别松散状态中密状态密实状态砾类土30°～34°34°～37°37°～40°其余符号意义同前；qt3=γHd+d2tan45°-φ22=18×4.74+0.3tan26°2=21.58KN/mqt4=γHd+d2+Dtan45°-φ22=18×4.74+0.3+1.8tan26°2=29.29KN/m。