梧桐河渠首閘工程設計畢業論文(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 地下輪廓設計 涵閘的地下輪廓是指涵洞洞底與地基土的接觸部分，由不透水部分和透水部分組成。 地下輪廓的設計步驟 根據涵洞的上下游水位差大小和地基土質條件選擇地下輪廓的形狀和尺寸。初步擬定其不透水部分的長度時，一般均用滲徑系數法，它的形狀應根據地基的土質條件和涵閘對防滲的要求擬定。 選擇適當的方法對初步擬定的布置方案進行滲流計算，求出涵閘底所受的滲透壓力以及滲透坡降，特別是滲流出口處的坡降（逸出坡降）。 驗算涵閘及地基的穩定性。 根據穩定和經濟合理的要求，對初擬的地下輪廓進行修改。 砂類土地基地下輪廓的布置這一類土基最容易發生滲透變形，影響涵閘 的安全。因此，設計時應保證地下輪廓具有足夠的防滲長度。布置地下輪廓時，應首先考慮采用防滲鋪蓋或者防滲墻。當鋪蓋防滲效果不理想或不經濟時，應采用鋪蓋與板樁防滲墻相結合的布置型式。如果地基由相對均勻的砂類土組成，不透水層埋藏很深，主板樁應布置成“懸掛式”。對于一般砂土地基，打一道主板樁即能滿足要求。 閘基防滲長度的計算初擬的涵閘的地下輪廓線如圖（41）所示。 最小防滲長度計算根據事件經驗，初擬的涵閘閘基防滲長度，均用滲透系數法，按公式（41）計算。 （41）式中：為地下輪廓線長度，；為上、下游水位差，；為滲透系數。本次設計涵閘的；地基土壤類別為粗砂，查《水閘》第二版、張世儒、夏維城編著表31，查得。最小防滲長度為： 涵閘的防滲設備 防滲設施是指構成地下輪廓的鋪蓋、板樁及齒墻。設置防滲設備以延長滲徑,降低滲透壓力,防止土壤的滲透變形,通過防滲設備的布置來調整或減少作用于建筑物下面的滲透壓力,以利于建筑物的穩定。 鋪蓋鋪蓋設在緊靠閘室的上游河底上，其主要作用是延長滲徑，以降低滲透壓力和滲流坡降；同時具有上游防沖作用。鋼筋混凝土鋪蓋換可以協助閘室抗滑穩定。防滲鋪蓋有柔性鋪蓋和剛性鋪蓋兩類柔性鋪蓋和剛性鋪蓋柔性鋪蓋由粘性、壤土、瀝青、粘土混合物等筑成。～,～。為了防止鋪蓋在施工期被破壞和運用時被水流沖刷，～。剛性鋪蓋的材料是混凝土和鋼筋混凝土。其厚度一般根據構造要求確定，～。在寒冷地區，混凝土和鋼筋混凝土鋪蓋應適當減小永久縫縫距。鋪蓋與閘底板。翼墻之間也要分縫，以適應地基變形和溫度變化。縫寬可采用2～3。縫內均應設止水。 齒墻 閘底板的上下游端一般都設有淺齒墻，輔助防滲，并有利于抗滑。～，否則施工困難。綜合上述，本工程設計中防滲設備類型采用鋼筋混凝土鋪蓋與邊墻連成整體均成U型結構。，，以滿足結構強度要求。 排水設備及反濾層涵閘設置排水設施的目的是將涵閘滲透水流盡快排到下游，降低滲壓，排除閘基滲水，提高土壤抵抗滲透變形能力。為了防止地基土的滲透變形，應在滲流進入排水的個個方面都設置濾層，并使濾層與滲流方向大致成正交。排水一般不專門設置，而將濾層中顆粒粒徑最大的一層厚度加大，成為排水層。 排水設施排水在地基中的部位和形式主要有平鋪式排水、垂直排水或者排水井和水平帶狀排水。 平鋪式排水這是一種很常見的形式，一般都布置在設有排水孔的護坦和海漫首端。布置平鋪式排水時，一定要慎重選擇其起點的位置和高程，勿使排水濾層的地面和底板齒墻齊平，造成嚴重沖涮。 垂直排水或排水井這種形式多用于地基持力層或覆蓋層的滲透系數遠小于下臥層的情況，特別是下面的透水層含有承壓水時，～，引出承壓水，達到降低的目的的，排水井的井徑一般為30左右，井內填濾料。 平帶狀排水這種形式多用于巖基上。綜合上述，本設計采用平鋪式排水。 反濾層反濾層的作用是濾土排水，它是提高抗滲破壞能力、防止各種類滲透變形特別防止管涌的有效措施。在任何滲流流入排水設施處一般都要設置反濾層。 反濾層的結構反濾層一般由2～3層不同粒徑的非粘性土、砂和砂礫石組成。層面應盡量與滲流的方向垂直，沿滲流方向粒徑逐層增大。 反濾層的材料反濾層的材料應具有以下性質：質地堅硬，抗水性和抗風化能滿足工程的要求；具有良好的級配；具有要求的透水性；%。為保證濾土排水的正常工作，材料布置的要求還應滿足如下原則：被保護土壤的顆粒不得穿過反濾層，但對細小的顆粒，則可允許被帶走，因為它被帶走不會使土的骨架破壞，不至于產生滲透變形；各層的顆粒不得發生移動；相鄰兩層間，較小的一層顆粒不得穿過較粗一層的孔隙；反濾層不得被堵塞，而且應具有足夠的透水性，以保證排水暢通；應保證耐久、穩定。其工作性能和效果應不隨時間的推移和環境的改變而遭到破壞。 土工織物土工織物已廣泛應用，它可以提高土體抗剪強度，增加穩定性，詳見《土工織物材料應用技術規范》。綜合上述，本設計反濾層為三層，最上層為干砌石，厚度為25；最下層為無紡布一層；中間層為碎石，厚度為15。 止水設備為了適應由于各種原因，如不均勻沉降，溫度變化以及凍融作用等產生的變形或構造要求，在涵閘各構件間均會有接縫，凡根據防滲要求不允許透水的縫，都應設止水設備。止水縫可分為水平縫和垂直縫，縫中分別設有水平止水和垂直止水。垂直縫主要設在閘墩縫墩之間，閘邊墩與翼墻之間，以及翼墻各分段之間。水平逢主要設在閘前鋪蓋與閘底板之間，鋪蓋與兩側翼墻之間，閘底板之間，翼墻底板之間，有時閘后護坦與底板之間和護坦與翼墻之間，也用水平止水縫。各種接縫，分縫間距和縫寬根據相對沉陷量，溫度伸縮和結構要求來擬定，一般分縫間距不超過15～20，縫寬采用1～3。常用止水材料有瀝青油毛氈，瀝青麻片，金屬止水片和橡膠止水帶等幾種。瀝青油毛氈和瀝青麻片可用于小型工程，有時也用于重要止水的充填料。本設計采用采用橡膠止水帶。5．涵閘的結構計算 涵閘結構計算的目的是算出涵洞的內力（彎矩、剪力、軸力），進而合理對涵洞各截面進行配筋計算。在保證強度安全的前提下，做到經濟合理。為求解涵洞的內力，選擇合理的設計斷面，首先必須計算作用于涵洞上的各種外荷載。根據運用中可能出現的最不利情況進行荷載組合，以便確定涵洞最危險的受力情況。作用于涵洞的主要荷載有：土壓力、水壓力、車輛荷載及洞身自重力等。土壓力包括洞頂垂直土壓力及側向水平土壓力，水壓力包括內水壓力及外水壓力，車輛荷載主要為汽車荷載。　　 涵洞為規模較小的地下水工建筑物，其建筑物級別多小于3級。國內外震災調查資料表明，地下結構的震害比地面結構小得多，埋深愈大，震害愈輕，因此按SL 203—97《水工建筑物抗震設計規范》規定，只對設計烈度為9度的地下結構或設計烈度為8度的1級地下結構(主要指隧洞)驗算抗震強度及穩定性。按此規定，涵洞一般可不進行抗震計算及考慮地震荷載。　　 同樣，由于涵洞的規模及孔徑相對較小，且埋設于地下，溫度變化及混凝土收縮對結構應力的影響也較小，一般在箱涵的結構計算中也多未考慮溫度應力及混凝土收縮的作用。對于孔徑較大的多孔箱涵，需考慮溫度應力影響。由于涵洞的洞頂均有一定厚度的填土，人群荷載傳至洞頂時其值已很小(從當洞頂填土較厚時，甚至汽車荷載的影響都很小)，因此一般也可不予考慮。填埋式涵洞荷載計算箱涵兩側填土的可壓縮性強剛性管本身的可壓性大的多，而且箱涵兩側的填土厚度也大于洞頂填土高度，由于上述原因，使涵洞上部土顆粒的垂直位移量小于箱涵兩側填土中土體的垂直位移量，這樣勢必在平行與箱涵縱軸的各個剖面上，將產生方向向下的摩擦力，因此作用于箱涵頂上的垂直土壓力除箱涵頂部的土柱重力外，還應包括兩側靠近剖面和通過摩擦力傳到箱涵頂上的附加壓力，這部分附加壓力的大小和箱涵本身的剛度、地基土物理特性及箱涵突出地基高度等因素有關。隨著箱涵剛度的減小（變形增大）這部分附加壓力將減小；對于剛性箱涵，地基土愈密實，這部分附加壓力愈大，反之則變小；箱涵突出地基高度的大小將直接影響兩側填土沉陷量的大小。故隨箱涵突出地基高度的減小，這部分附加壓力將減少。 圖 51 涵洞的垂直土壓力計算作用于填埋式涵洞單位長度洞頂的垂直土壓力強度標準值按式(5—1)計算。 　(5—1)式中：——洞頂垂直土壓力的合力值，；——涵洞外徑；——洞頂填土重；——填埋式涵管土壓力計算系數，由《涵洞》管楓年編著表41查得。 涵洞的側向土壓力計算作用于洞身側墻外側的水平土壓力按朗肯主動土壓力公式計算，呈梯形分布。對于上埋式涵洞，其上部（取頂板厚度重心處）及下部（取底板厚度重心處）的水平力強度標準值分別按式（52）及式（53）計算。 （52） （53）式中：、——頂板及底板厚度重心線處的水平土壓力強度，；——頂板厚度，；——底板厚度，；——填土內摩擦角；——洞身凈高，；其余符號意義同前。 水壓力計算（1）內水壓力計算對于無壓涵洞，內水壓力按滿水計算,作用于側墻的內水呈三角形分布，頂部內水壓力強度標準值=0，底部壓力強度標志值為: （54）作用于底板重心線上的均布內水壓力強度標準值為 （55）式中：——側墻底部內水壓力強度標準值，；——底板的均布內水壓力強度標準值；——水的重度，采用；其余符號意義同前。對于有壓涵洞，內水壓力包括洞內滿水壓力及均布內水壓力兩部，作用于側墻的內水壓力呈體形分布，頂部內水壓力強度標準值及底部內水壓力強度標準值分別為： (56) (57)作用與底板的均布內水壓力強度標準值為： （58）作用于頂板地面的均布內水壓力強度標準值為： (59)式中：——頂板地面以上的水頭壓力；其余符號意義同前。（2）外水計算壓力 涵洞的外水壓力為地下水作用。為簡化計算，當地下水位在洞底以上的高度不超過洞高的1/2，可不考慮外水壓力作用；當地下水位在洞底以上的高度超過洞高的1/2而低于洞頂時，可按地下水位平頂地面計算計算外水壓力。在地下水位平頂板地面時,作用于側墻的外水呈三角形分布，頂部（頂板地面處）外水壓力強度標準值=0，底部（底板頂面處）外水壓力強度標準值為： （510）作用于底板地面的均布外水壓力（浮托力）強度標準值為： （511）式中：——側墻底部（底板頂面處）外水壓力強度標準值，；——底板地面的均布外水壓力（浮托力）強度標準值。其余符號意義同前。當地下水位超過洞頂時，外水壓力包括水位平頂板地面的水壓力及均勻外水壓力兩部分，作用于側墻的外水壓力呈梯形分布，頂部（頂板地面處）外水壓力強度標準值及底部（底板頂面處）外水壓力強度標準值分別為： (512) (513)作用于底板地面的均布外水壓力（浮托力）強度標準值為： (514)作用于頂板頂面的均布外水壓力強度標準值為：