河北工程大學畢 業 設 計題 目： 南 水 北 調 中 線中易水倒虹吸工程設計1目錄1. 前言 .32. 設計采用的主要規程、規范 .52.1 文件依據.52.2 執行規范、規程.53. 設計概況 .63.1 河道現狀.63.2 設計基本資料.63.2.1 倒虹吸設計指標.63.2.2 總干渠設計指標.63.2.3 交叉斷面天然河道設計指標.73.2.4 材料等級.73.2.5 地質參數.84. 總體設計 .94.1 工程等別和標準.94.1.1 工程等別及建筑物級別.94.1.2 防洪標準.94.1.3 地震烈度.94.2 結構安全指標.94.3 建筑物軸線選擇 .104.3.1 選線原則.104.3.2 軸線選擇.104.4 建筑物長度.114.4.1 不同口門寬度的壅水計算1124.4.2 倒虹吸淺埋護砌對河道水位影響分析.134.5 一般沖刷深度計算.134.5.1 沖刷深度計算.144.5.2 計算結果144.6 工程布置和主要建筑物型式.154.6.1 主要建筑物型式.154.6.2 工程布置.174.7 水力設計 .194.7.1 倒虹吸進出口漸變段長度 .194.7.2 倒虹吸進出口高程確定 .194.7.3 倒虹吸管身水力設計 .204.8 主要建筑物穩定結構設計 .234.8.1 穩定計算.234.8.2 結構計算.264.9 治導工程設計.414.9.1 導流堤設計414.9.2 導流堤頂面高程的確定414.9.3 導流堤的的堤頂寬和邊坡確定414.9.4 導流堤的沖刷與防護設計.425 節能設計.445.1 節能設計依據.445.2 節能設計原則.445.3 節能設計.445.3.1 節能分析.445.3.2 節能設計.446 致謝467 參考文獻478 圖 紙4831.前言南水北調工程中線工程是從漢江上游的丹江口水庫取水，該工程總干渠自河南省安陽市豐樂鎮穿過漳河進入我省后，基本沿太行山東麓和京廣鐵路西北側行，途經邯鄲、邢臺、石家莊、保定及廊坊的部分縣，于涿州市西町村北穿北拒馬河中支進入北京市境內。總調水量 145m3年。 該工程完工后，既可保證沿線邯鄲、邢臺、石家莊、保定一帶重要城市和工農業基地用水，又可向衡水、滄州、廊坊等市供水，可以極大地緩解我省水資源供需矛盾。此外，中線工程的水質也比較理想，監測結果表明，中線工程水源水質除一項指標為地面水質量標準二級外，其他指標均符合一級水質量標準，輸水總干渠是新開渠道，與沿線河渠全部立交，既不通航，也不納污，渠線位于大城市上游，可以有效地保證供水水質。該工程總干渠和分干渠全部自流，供水成本和水費也較低。擬建的中易水渠道倒虹吸位于河北省易縣城南 10km 的中易水河上，南距小羅村 0.5km，距易保公路 0.4km，交通方便。該項工程是南水北調中線工程總干渠上一座大型河渠交叉建筑物，倒虹吸位置見圖 1。中易水河是拒馬河的一條支流，全長 86km，渠道倒虹吸以上流域面積630.9km2，其中安各莊水庫以上 476km2，水庫至渠道倒虹吸 23km，區間流域面積為 154.9km2，河流自西部山區曲折向東延伸，在本區近東西流向，河道比降小，常年流水。總干渠在中羅村和中高村西穿越中易水河，渠線呈南北走向，與中易水河近似正交。4渠 裴 山北 靠 015km2向 陽 村 34北 韓南 福 地北 白 虹 西 白 澗三 合 莊孫 莊 北 白 澗 東 羅 村中 高 村西 羅 村 干中 羅 村北 高 村 總 舍 龍 城東 高 村 西 牛東 北 奇方 城西 北 奇 大 胡 解 N圖 1 中易水渠道倒虹吸地理位置略圖:公路；2：建筑物位置；3:河流；4:村莊、鄉鎮; :總干渠52.設計采用的主要規程、規范2.1 文件依據(1)南水北調工程總體規劃 （國家計委、水利部 2002 年）及批復意見(2003 年 5 月)；(2)南水北調中線京石段應急供水工程可行性研究報告及審查意見（2003 年 7 月） 。2.2 執行規范、規程(1) 水利水電工程初步設計報告編制規程SL 619-2013 (2) 水利水電工程等級劃分及洪水標準SL2522000(3) 防洪標準GB502012014(4) 水工建筑物荷載設計規范DL50771997(5) 水工混凝土結構設計規范SL/T 1912008(6) 水電工程水工建筑物抗震設計規范NB35047-2015(7)水利水電工程進水口設計規范SL2852003(8) 水工建筑物抗冰凍設計規范SL211-2006(9) 水閘設計規范SL2652001(10)渠道防滲工程技術規范SL182004(11)灌溉與排水工程設計規范GB502881999(12)渠系工程抗凍脹設計規范SL232006(13)水利水電工程土工合成材料應用技術規范SL/T2251998(14)公路工程技術標準JTG B012014(15)碾壓式土石壩設計規范SL2742001(16)公路橋涵地基與基礎設計規范JTG D63-2007(17)鋼結構設計規范GB50017-200363.設計概況3.1 河道現狀中易水東水冶以上為山區河道，在安各莊水庫上游有 8 條較大支流，最大支流長 18.5km，河底平均縱坡 27，為卵石河床。自水庫壩址至東水冶，河長16km，該河段河底縱坡為 3.62.3，為砂卵石河床，河道寬度呈上寬下窄，安各莊附近河段，河寬 10002000m，至北盤石河寬縮窄為 500m 左右，至東水冶處河寬僅有 300m。從東水冶以下至中高村河段，地勢明顯降低，河道進入丘陵地帶，逐漸展寬為 10002000m，河床有 150300m 寬的主河槽，河底縱坡較上游又有所變緩，至中高村附近河段，平均縱坡為 2.4。中高村以下河道進入平原區，縱坡逐漸減小為 0.8，河床質組成主河槽為礫質粗砂，兩側灘地為中粗砂。19771978 年，保定地區曾對西水冶到易縣、定興縣界河段進行了整治，開挖了寬 100m、深 1.2m 的中心河槽，灘地外筑堤，堤高平均 3m 左右，兩堤距離約250m。在定興縣內百樓做裁彎取直工程。治理河段行洪能力一般在17002100m 3/s，定興段主槽較窄，泄量為 1200m3/s。據大清河流域防洪規劃報告 （河北省部分） ，中易水現狀過水能力不足800m3/s。規劃治理標準按 10 年一遇，設計流量 964 m3/s。主要治理措施為：對原有砂壩、護村埝進行加高培厚，結合筑堤修整河道；對部分險工及靠近村莊的河段采取干砌石護坡等。 3.2 設計基本資料3.2.1 倒虹吸設計指標設計流量 60m 3s 加大流量 70m 3s進口設計水位 63.714m出口設計水位 63.507m進口加大水位 64.017m出口加大水位 63.811m地震設防烈度 7 度73.2.2 總干渠設計指標倒虹吸上游連接渠道底高程 59.414m倒虹吸上游渠道設計水深 4.3m倒虹吸上游渠道加大水深 4.603m倒虹吸下游連接渠道底高程 59.207m倒虹吸下游渠道設計水深 4.3m倒虹吸下游渠道加大水深 4.603m渠道底寬 7.5m渠道內邊坡 1：2.5渠道底縱坡 倒虹吸上游渠段 126000下游渠段 125000渠道左、右岸一級馬道寬 5.0m 一級馬道高程 倒虹吸進口 65.414m出口 65.207m3.2.3 交叉斷面天然河道設計指標100 年一遇洪峰流量 3176m 3s300 年一遇洪峰流量 4054m 3s100 年一遇洪水位 59.700m300 年一遇洪水位 59.970m河槽底高程 56.500m 3.2.4 材料等級3.2.4.1 強度等級倒虹吸管身段普通混凝土 C30 閘室混凝土 C30漸變段、擋土墻混凝土 C20素混凝土墊層 C10普通受力鋼筋級 3.2.4.2 抗滲等級倒虹吸管身及進出口漸變段混凝土 W63.2.4.3 抗凍等級8倒虹吸管身混凝土 F50進出口漸變段、閘室混凝土 F1503.2.4.4 混凝土物理力學指標混凝土重度 24kNm 3鋼筋混凝土重度 25kNm 33.2.5 地質參數3.2.5.1 天然地基滲透系數 67100md承載力建議值：中粗砂 200kPa礫 砂 300 kPa礫 石 350kPa強風化頁巖 350kPa泥灰巖 800kPa內摩擦角：中粗砂 30礫 砂 30礫 石 33摩擦系數建議值：混凝土與礫石、礫砂 0.45混凝土與強風化頁巖 0.50常年地下水位： 56.80058.000m建議臨時邊坡：礫砂、礫石 1：1.51.75泥灰巖 1：0.753.2.5.2 回填砂石料濕密度 20.5kNm 3浮密度 11.5kNm 3內摩擦角 3094.總體設計4.1 工程等別和標準4.1.1 工程等別及建筑物級別根據南水北調中線工程的規模和水利水電工程等級劃分及洪水標準（SL2522000） ，確定南水北調中線工程為等工程，中易水渠道倒虹吸主體工程建筑物級別為 1 級；附屬工程包括河道治導建筑物級別為 3 級，臨時工程包括導流圍堰等建筑物級別為 4 級。4.1.2 防洪標準根據有關標準和總干渠的工程等別和建筑物級別，集水面積大于 20 km2河流的河渠交叉建筑物防洪標準按 100 年一遇洪水設計，300 年一遇洪水校核；渠道與河渠交叉建筑物的連接段，按相應建筑物防洪標準設防。中易水倒虹吸交叉斷面以上河道流域面積為 630.9 km2，其中安各莊水庫控制流域面積 476 km2，交叉斷面至安各莊水庫區間流域面積 154.9km2，屬大型河渠交叉建筑物，依據上述規定確定本工程防洪標準為 100 年一遇洪水設計，300年一遇洪水校核。4.1.3 地震烈度根據中國地震動參數區劃圖 （GB183062001）及中國地震局分析預報中心 2003 年 11 月對南水北調中線工程地震動參數