1、河北工程大学毕 业 设 计题 目： 南 水 北 调 中 线中易水倒虹吸工程设计1目录1. 前言 .32. 设计采用的主要规程、规范 .52.1 文件依据.52.2 执行规范、规程.53. 设计概况 .63.1 河道现状.63.2 设计基本资料.63.2.1 倒虹吸设计指标.63.2.2 总干渠设计指标.63.2.3 交叉断面天然河道设计指标.73.2.4 材料等级.73.2.5 地质参数.84. 总体设计 .94.1 工程等别和标准.94.1.1 工程等别及建筑物级别.94.1.2 防洪标准.94.1.3 地震烈度.94.2 结构安全指标.94.3 建筑物轴线选择 .104.3.1 选线原则.
2、104.3.2 轴线选择.104.4 建筑物长度.114.4.1 不同口门宽度的壅水计算1124.4.2 倒虹吸浅埋护砌对河道水位影响分析.134.5 一般冲刷深度计算.134.5.1 冲刷深度计算.144.5.2 计算结果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 水力设计 .194.7.1 倒虹吸进出口渐变段长度 .194.7.2 倒虹吸进出口高程确定 .194.7.3 倒虹吸管身水力设计 .204.8 主要建筑物稳定结构设计 .234.8.1 稳定计算.234.8.2 结构计算.264.9 治导工程设计.414.9.1 导流
3、堤设计414.9.2 导流堤顶面高程的确定414.9.3 导流堤的的堤顶宽和边坡确定414.9.4 导流堤的冲刷与防护设计.425 节能设计.445.1 节能设计依据.445.2 节能设计原则.445.3 节能设计.445.3.1 节能分析.445.3.2 节能设计.446 致谢467 参考文献478 图 纸4831.前言南水北调工程中线工程是从汉江上游的丹江口水库取水，该工程总干渠自河南省安阳市丰乐镇穿过漳河进入我省后，基本沿太行山东麓和京广铁路西北侧行，途经邯郸、邢台、石家庄、保定及廊坊的部分县，于涿州市西町村北穿北拒马河中支进入北京市境内。总调水量 145m3年。 该工程完工后，既可保证
4、沿线邯郸、邢台、石家庄、保定一带重要城市和工农业基地用水，又可向衡水、沧州、廊坊等市供水，可以极大地缓解我省水资源供需矛盾。此外，中线工程的水质也比较理想，监测结果表明，中线工程水源水质除一项指标为地面水质量标准二级外，其他指标均符合一级水质量标准，输水总干渠是新开渠道，与沿线河渠全部立交，既不通航，也不纳污，渠线位于大城市上游，可以有效地保证供水水质。该工程总干渠和分干渠全部自流，供水成本和水费也较低。拟建的中易水渠道倒虹吸位于河北省易县城南 10km 的中易水河上，南距小罗村 0.5km，距易保公路 0.4km，交通方便。该项工程是南水北调中线工程总干渠上一座大型河渠交叉建筑物，倒虹吸位置
5、见图 1。中易水河是拒马河的一条支流，全长 86km，渠道倒虹吸以上流域面积630.9km2，其中安各庄水库以上 476km2，水库至渠道倒虹吸 23km，区间流域面积为 154.9km2，河流自西部山区曲折向东延伸，在本区近东西流向，河道比降小，常年流水。总干渠在中罗村和中高村西穿越中易水河，渠线呈南北走向，与中易水河近似正交。4渠 裴 山北 靠 015km2向 阳 村 34北 韩南 福 地北 白 虹 西 白 涧三 合 庄孙 庄 北 白 涧 东 罗 村中 高 村西 罗 村 干中 罗 村北 高 村 总 舍 龙 城东 高 村 西 牛东 北 奇方 城西 北 奇 大 胡 解 N图 1 中易水渠道倒虹
6、吸地理位置略图:公路；2：建筑物位置；3:河流；4:村庄、乡镇; :总干渠52.设计采用的主要规程、规范2.1 文件依据(1)南水北调工程总体规划 （国家计委、水利部 2002 年）及批复意见(2003 年 5 月)；(2)南水北调中线京石段应急供水工程可行性研究报告及审查意见（2003 年 7 月） 。2.2 执行规范、规程(1) 水利水电工程初步设计报告编制规程SL 619-2013 (2) 水利水电工程等级划分及洪水标准SL2522000(3) 防洪标准GB502012014(4) 水工建筑物荷载设计规范DL50771997(5) 水工混凝土结构设计规范SL/T 1912008(6) 水
7、电工程水工建筑物抗震设计规范NB35047-2015(7)水利水电工程进水口设计规范SL2852003(8) 水工建筑物抗冰冻设计规范SL211-2006(9) 水闸设计规范SL2652001(10)渠道防渗工程技术规范SL182004(11)灌溉与排水工程设计规范GB502881999(12)渠系工程抗冻胀设计规范SL232006(13)水利水电工程土工合成材料应用技术规范SL/T2251998(14)公路工程技术标准JTG B012014(15)碾压式土石坝设计规范SL2742001(16)公路桥涵地基与基础设计规范JTG D63-2007(17)钢结构设计规范GB50017-200363
8、.设计概况3.1 河道现状中易水东水冶以上为山区河道，在安各庄水库上游有 8 条较大支流，最大支流长 18.5km，河底平均纵坡 27，为卵石河床。自水库坝址至东水冶，河长16km，该河段河底纵坡为 3.62.3，为砂卵石河床，河道宽度呈上宽下窄，安各庄附近河段，河宽 10002000m，至北盘石河宽缩窄为 500m 左右，至东水冶处河宽仅有 300m。从东水冶以下至中高村河段，地势明显降低，河道进入丘陵地带，逐渐展宽为 10002000m，河床有 150300m 宽的主河槽，河底纵坡较上游又有所变缓，至中高村附近河段，平均纵坡为 2.4。中高村以下河道进入平原区，纵坡逐渐减小为 0.8，河床
9、质组成主河槽为砾质粗砂，两侧滩地为中粗砂。19771978 年，保定地区曾对西水冶到易县、定兴县界河段进行了整治，开挖了宽 100m、深 1.2m 的中心河槽，滩地外筑堤，堤高平均 3m 左右，两堤距离约250m。在定兴县内百楼做裁弯取直工程。治理河段行洪能力一般在17002100m 3/s，定兴段主槽较窄，泄量为 1200m3/s。据大清河流域防洪规划报告 （河北省部分） ，中易水现状过水能力不足800m3/s。规划治理标准按 10 年一遇，设计流量 964 m3/s。主要治理措施为：对原有砂坝、护村埝进行加高培厚，结合筑堤修整河道；对部分险工及靠近村庄的河段采取干砌石护坡等。 3.2 设计
10、基本资料3.2.1 倒虹吸设计指标设计流量 60m 3s 加大流量 70m 3s进口设计水位 63.714m出口设计水位 63.507m进口加大水位 64.017m出口加大水位 63.811m地震设防烈度 7 度73.2.2 总干渠设计指标倒虹吸上游连接渠道底高程 59.414m倒虹吸上游渠道设计水深 4.3m倒虹吸上游渠道加大水深 4.603m倒虹吸下游连接渠道底高程 59.207m倒虹吸下游渠道设计水深 4.3m倒虹吸下游渠道加大水深 4.603m渠道底宽 7.5m渠道内边坡 1：2.5渠道底纵坡 倒虹吸上游渠段 126000下游渠段 125000渠道左、右岸一级马道宽 5.0m 一级马道
11、高程 倒虹吸进口 65.414m出口 65.207m3.2.3 交叉断面天然河道设计指标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 材料等级3.2.4.1 强度等级倒虹吸管身段普通混凝土 C30 闸室混凝土 C30渐变段、挡土墙混凝土 C20素混凝土垫层 C10普通受力钢筋级 3.2.4.2 抗渗等级倒虹吸管身及进出口渐变段混凝土 W63.2.4.3 抗冻等级8倒虹吸管身混凝土 F50进出口渐变段、闸室混凝土 F1503.2.4.4 混凝土物理力学
12、指标混凝土重度 24kNm 3钢筋混凝土重度 25kNm 33.2.5 地质参数3.2.5.1 天然地基渗透系数 67100md承载力建议值：中粗砂 200kPa砾 砂 300 kPa砾 石 350kPa强风化页岩 350kPa泥灰岩 800kPa内摩擦角：中粗砂 30砾 砂 30砾 石 33摩擦系数建议值：混凝土与砾石、砾砂 0.45混凝土与强风化页岩 0.50常年地下水位： 56.80058.000m建议临时边坡：砾砂、砾石 1：1.51.75泥灰岩 1：0.753.2.5.2 回填砂石料湿密度 20.5kNm 3浮密度 11.5kNm 3内摩擦角 3094.总体设计4.1 工程等别和标准
13、4.1.1 工程等别及建筑物级别根据南水北调中线工程的规模和水利水电工程等级划分及洪水标准（SL2522000） ，确定南水北调中线工程为等工程，中易水渠道倒虹吸主体工程建筑物级别为 1 级；附属工程包括河道治导建筑物级别为 3 级，临时工程包括导流围堰等建筑物级别为 4 级。4.1.2 防洪标准根据有关标准和总干渠的工程等别和建筑物级别，集水面积大于 20 km2河流的河渠交叉建筑物防洪标准按 100 年一遇洪水设计，300 年一遇洪水校核；渠道与河渠交叉建筑物的连接段，按相应建筑物防洪标准设防。中易水倒虹吸交叉断面以上河道流域面积为 630.9 km2，其中安各庄水库控制流域面积 476
14、km2，交叉断面至安各庄水库区间流域面积 154.9km2，属大型河渠交叉建筑物，依据上述规定确定本工程防洪标准为 100 年一遇洪水设计，300年一遇洪水校核。4.1.3 地震烈度根据中国地震动参数区划图 （GB183062001）及中国地震局分析预报中心 2003 年 11 月对南水北调中线工程地震动参数评价成果，本工程所在地区属地震基本稳定区，地震动峰值加速度 G 为 0.1g，相当于地震基本烈度 7 度；地震动反应谱特征周期（中硬场地）S 为 0.40s。根据水工建筑物抗震设计规范 （SL20397） ，中易水倒虹吸工程地震设计烈度 7 度。4.2 结构安全指标倒虹吸管身环境条件类别 二类倒虹吸渐变段、闸室环境条件类别 二类主体结构系数 d=1.2主体结构重要性系数 0=1.1结构自重作用（荷载）分项系数 Q=1.05
