前海总干渠穿提河涵洞结构计算分析

方海霞

（喀什第三师勘测设计研究院有限责任公司，新疆喀什844000）



前海总干渠穿提河涵洞结构计算分析

方海霞

（喀什第三师勘测设计研究院有限责任公司，新疆喀什844000）

摘要：穿河涵洞是渠道工程中常用的连接方式，其结构及参数设计合理性直接影响到涵洞结构稳定性及过流能力。文章以新疆第三师前海总干渠16 +470穿提河涵洞设计为例，计算分析了断面合理尺寸设计与结构，并通过电算程序计算涵洞各控制截面内力与结构钢筋及砼选择，希望对相关渠涵工程设计有所借鉴。

关键词：涵洞；断面设计；结构计算

1　工程概况

新疆第三师前海总干渠上起叶河中游渠首，下至小海子水库南闸，全长184km，途经莎车县、麦盖提县、巴楚县，是连通中游渠首和农三师小海子应急调水渠的关键性骨干工程。前海总干渠0 +000 -17 +880段设计流量70m3/s，加大流量80.5m3/ s。前海总干渠在16 +470处与提孜那甫河144 + 800处交叉，此处距离提河末级渠首汉克尔渠首仅200m，该处的河堤顶高程为1193m，河面宽约160m，堤宽7m，兼做交通道路；河槽底高程为1188.7m，河槽底高于前海总干渠设计水位1.3m，故前海总干渠与提河交叉建筑物形式选择渠涵。

2　涵洞水力计算

本涵位于输水干渠上，洞内水流一般采用无压明流，属渠涵。根据该处提河地形图测绘及涵洞平面布置，本涵洞穿提河总长190m，拟取洞身纵坡1 /900，地基采用碎石桩处理，解决液化问题［1］。根据前海总干渠纵横断面设计，设计过涵洞上下游渠道底宽均为25m，边坡1∶2，设计水深2.28m，加大水深2.45m。洞身为混凝土管，糙率取0.014。

2.1 洞身断面尺寸计算

拟设4孔涵洞，单孔净宽为4m，则假定总洞宽B为16m，单孔涵洞的过流量为17.5m3/s，加大流量为20.125m3/s。本涵以加大流量验算涵洞过流断面，以利于涵洞过流，减小洞内水头损失。采用洞内水深h =2.084m（略小于上下游渠道水深），则过流面积A为8.328m2。

假定涵洞单宽b =4m条件下，满足单孔过流20.125m3/s，则4孔总计过加大流量超过80.5m3/ s。同理算得该涵洞过设计流量70 m3/s，对应的洞内设计水深为1.88m。本涵设计最大水深2.084m，本涵设计洞净高取2.5m［2-5］。本涵设计4孔，且过流较大，形式采用双联式，每联间设沉降缝，缝宽设2cm。设计顶板厚d2=0.55m，底板厚d1= 0.7m，边侧墙厚d3=0.45m，中隔墙厚d4=0.4m，缝侧墙厚d5=0.4m，加腋尺寸为0.3m。

2.2 无压涵洞净空校核

矩形涵洞净空面积应超过洞身横断面面积的10%～30%，以此作为评价标准进行校核。工程设计涵洞最高水深为2.084m，洞高2.5m，则净空面积占洞身横断面面积的16.64%，则本涵断面尺寸满足无压涵的净空要求。

2.3 涵洞消能防冲设计

渠涵由于其上下游水位差及洞身流速均较小，一般不设消能设施，所以本工程不做消能防冲设计。

3　涵洞结构计算分析

3.1 载荷计算

结构设计先按承载能力极限状态设计结构构件，然后再按正常使用极限状态进行校核。分别对两种工况时的底板、顶板及侧墙跨中（间）最大弯矩截面及加腋起点等控制截面进行计算。

（1）承载能力极限状态载荷计算

按洞身横剖面结构布置，各部位控制截面内力计算成果如表1。

表1　承载能力极限状态内力计算结果

（2）正常使用极限状态载荷计算正常使用极限状态内力计算结果如表2。

表2　正常使用极限状态内力计算结果

3.2 底板钢筋混凝土结构计算

从表1可知，承载能力极限状态底板跨间最大弯矩值为243.64KN.m，轴向力为112.78KN，底板厚700mm。环境类别按三类环境考虑，混凝土保护层厚度c取30mm，钢筋直径d预选16mm，则a 为38mm，有效计算高度h0 =662mm，计算单宽b = 1000mm；砼采用C25，钢筋采用II级钢。根据弯矩设计值及轴向力设计值计算轴向力对截面重心的偏心距为e0=M/N=2.160m。

因＞0.3h0，属大偏心受压构件。经计算底板受拉区钢筋面积为1293mm2，计算配筋率为0.195%；受压区钢筋面积为993mm2，计算配筋率为0.15%。

按正常使用极限状态选配钢筋。受拉区和受压区钢筋均选φ16@100，As=As＇=2011mm2，配筋率为0.304%，分布钢筋选择φ10@200。

3.3 其他钢筋混凝土结构计算

参照上述方法，计算得到顶板钢筋混凝土受拉区和受压区钢筋均选φ14 @ 100，As=As＇= 1539mm2，分布钢筋选择φ10@200。边侧墙、中隔墙和缝侧墙均为偏心受压构件，所受弯矩、剪力及轴向力远小于底板和顶板，则边侧墙、中隔墙和缝侧墙内外侧钢筋均选择φ14@158，As=926mm2。

4　地基承载力计算

16 +470处地层处地层岩性主要为细（粉）砂，局部地段上部为低液限粉土，层底埋深为地面以下0.0～2.5m，层厚0.0～2.5m；下部为细（粉）砂。经击实试验判定，河槽底以下7m厚土层为液化土。而涵洞的跨径均较小，因此可不进行沉降计算，只需验算地基承载力即可［6-8］。工程区域地基土承载力基本容许值为110KPa，对地基进行了碎石振冲处理后，复合地基土承载力为160KPa。由承载能力极限状态荷载计算可知，不计底板自重的基底最大应力为190.99KPa，计入底板自重后，基底应力为148.76KPa，地基承载力满足要求。

5　结语

涵洞设计合理性对渠涵性能有着显著的影响，通过详细的计算能够精确地确定涵洞结构及相关参数。16 +470穿提河涵洞设计基于涵洞过流能力，对涵洞断面尺寸及形态进行计算，确定合理的涵洞结构形式，并通过结构应力计算选出各分部钢筋混凝土结构。工程实践表明，16 +470穿提河涵洞运行良好，运行期间涵洞结构沉降变形与结构变形均在允许范围内，并且涵洞的过流能力良好，满足灌区总干渠的通行要求。

参考文献

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［2］肖晨光.穿堤涵洞设计中应注意的几个问题［J］.中国农村水利水电，2013（12）：120-121.

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作者简介：方海霞（1977年—），女，高级工程师。

收稿日期：2015-05-04

DOI：10.3969 /j.issn.1672-2469.2016.03.026

中图分类号：TV672

文献标识码：B

文章编号：1672-2469（2016）03-0071-03