鄂北水资源配置工程2016年11标暗涵结构优化设计

2018-11-12李会波丁靖波

水利水电工程设计 2018年3期

李会波于茂常峻丁靖波

1 工程概况

2016年11标段是鄂北水资源配置工程中的一段关键性工程，位于广水市，标段总长度16.705km（桩号217+150—233+855），包括明渠、隧洞、暗涵、渡槽、倒虹吸、水闸以及排洪建筑物、水系恢复等工程。

暗涵采用C25混凝土箱涵型式，设计流量为7.4m3/s，设计纵坡1∶9600，采用单孔，孔宽3.8m，暗涵建筑物级别为3级，环境类别2类，设计洪水标准采用30年一遇，校核洪水标准采用100年一遇。本工程涉及的暗涵共0.99km，暗涵基本特征表见表1。

表1 暗涵基本特征表

2 地质条件

叶家湾暗涵和余店（团结村）暗涵涵基坐落于震旦-青白口系岔河组（Z2c）强风化-弱风化钠长片岩，纳长片岩承载力特征值为550～2800kPa。

回龙寺暗涵和双河村暗涵涵基坐落在震旦-青白口系随县群垸子湾组（（Qn-Z1）y）强-微风化绢云纳长片岩上，其承载力特征值为450～2600kPa。

南冲湾暗涵涵基分别座落在第四系全新统冲积堆积（Q4al）黏土层和震旦-青白口系随县群垸子湾组（（Qn-Z1）y）强风化绢云纳长片岩上，黏土承载力特征值为230kPa，绢云纳长片岩承载力特征值为450kPa。

孔隙水分布于第四系松散堆积物中，按照埋藏条件可分为上层滞水、包气带水和潜水。包气带水分布于襄枣盆地中的膨胀土中。上层滞水则主要赋存于包气带中的局部弱含水层中。潜水主要分布于引水线路下段的冲沟、河谷等地带的松散砂性土、砂及砂卵石层中。

基岩裂隙水分布于基岩裂隙中。盆地和平原区则埋藏在松散堆积物以下。

3 暗涵优化原则

在前阶段进行结构设计时，暗涵的地面高程统一采用一种最大埋深的高程进行计算。此次优化设计根据地面高程的变化，对暗涵结构在实际埋深情况下采用分段设计，对不同段最大裂缝宽度允许值采用0.3mm设计，优化衬砌断面厚度，优化配筋，减少低埋深情况下衬砌断面的厚度，节约工程量。

4 暗涵结构优化

4.1 计算条件

本工程暗涵段埋深变化范围较大，埋深0～22m。因此，根据不同条件，分埋深计算暗涵结构内力，合理确定，优化截面尺寸，对工程安全及节省工程投资都十分必要。以下为按暗涵顶板埋深不同进行的分组，暗涵结构比选体型分类表见表2。

（1）埋深0～5m，按照顶板以上5m埋深进行计算；比选体型为A1型和A2型。

（2）埋深5～10m，按照顶板以上10m埋深进行计算；比选体型为B1型和B2型。

（3）埋深10～15m，按照顶板以上15m埋深进行计算；比选体型为C1型。

（4）埋深15～22m，按照顶板以上22m埋深进行计算；比选体型为D1型。

表2 暗涵结构比选体型分类表 m

暗涵为单孔C25混凝土箱型结构，结构钢筋采用Ⅲ级钢筋，不同埋深下底板、顶板及侧墙厚度不同。开挖临时边坡岩基采用1∶0.75，覆盖层1∶1.5。施工完毕后回填土至原地面高程。

各计算断面处地下水水位取地面以下2m。

4.2 计算工况及荷载组合

本次计算选取的计算工况暗涵结构的荷载组合见表3。

表3 暗涵结构的荷载组合

4.3 计算荷载及计算参数

4.3.1 计算荷载

作用在暗涵结构上的荷载有结构自重、土压力、车辆荷载、外水压力、内水压力、地基支承反力等。

4.3.1.1 结构自重

沿管身纵向取1.0m长作为计算单元进行计算，钢筋混凝土容重取25kN/m3。

4.3.1.2 土压力

土压力分为铅直土压力和侧向土压力。侧向土压力按静止土压力计算；对于地面下暗涵断面，铅直土压力和侧向土压力按沟埋式计算土压力。

4.3.1.3 汽车荷载

按照JTGD60—2004《公路桥涵设计通用规范》的规定，一般暗涵的堤顶行车道路多为交通量小、重型车少的非等级公路，在计算汽车荷载时，可按车辆荷载的0.7倍考虑。计算暗涵顶上车辆荷载引起的竖向土压力时，车轮按其着地面积的边缘向下左30°分布，一般最不利的车辆荷载多是一个汽车的后轴重力单独作用于洞顶之上，后轴重力标注值取2×140kN。4.3.2 计算参数

依据地质专业资料，本次计算采用参数见表4。