南水北调中线一期工程天津干线输水箱涵结构计算分段及计算断面的选定（吴换营 黄福才 曹继富）

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1、南水北调中线一期工程天津干线输水箱涵结构计算分段及计算断面的选定（吴换营黄福才曹继富） 　　摘要：鉴于箱涵结构尺寸和配筋与覆土厚度、内水压力、箱涵孔径具有一定的规律性，通过对天津干线沿线箱涵的覆土厚度和内水压力的分析，确定应首先根据覆土厚度进行分段。根据箱涵荷栽特点和经济分析，对箱涵进行了合理的分段，在此基础上考虑代表性原则，选定计算断面进行具体的结构计算，这种分析方法使箱涵结构计算工作在满足安全可靠、经济合理的前提下，既符合实际又条理化、简捷化。 　　关键词：天津干线；输水箱涵；结构计算；计算断面；覆土厚度；内水压力 　　中图分类号：TV68文献标识码：A文章编号：

2、1004-7328(XX)04-0059-03 1工程概况 　　南水北调中线一期工程天津干线起点位于河北省徐水县西黑山村，终点位于天津市外环河西(西青区曹庄北)，总体走向由西向东，全长155．305km。其中，河北省境内131．360km，天津市境内23．945km。天津干线设计流量为50m3／s，加大流量为60m3／s。 　　天津干线采用全箱涵无压接有压全自流输水方案，从箱涵内水流流态看，调节池以上以无压流为主，故称为无压输水段，调节池以下均为有压流，故称为有压输水段。天津干线主要建筑物有：西黑山进口闸枢纽、东黑山陡坡、无压段输水箱涵、调节池、有压段输水箱涵、保水堰

3、井、王庆坨水库连接井、分流井、检修闸、通气孔、外环河出口闸等控制性建筑物及河渠、铁路和公路交叉建筑物。其中输水箱涵长145．81km、占全线总长度的94％。 2方法的提出 　　天津干线输水箱涵地基持力层多为第四系壤土、砂壤土，局部段有粉细砂，沿线地震动参数值和回填土的物理力学参数不同；沿线地下水位变化较大，有的地段低于建基面，有的地段距离地面不到1m；受地形地势条件的限制及满足水力控制的要求，沿线箱涵内水压力和覆土厚度变化较大；另外，输水箱涵的运行工况又比较复杂。若以一定间距(如200～500m)选取断面进行计算，则计算断面多，且由于计算条件多，箱涵结构计算繁杂，计算

4、工作量非常大。在如此复杂的条件下，如何进行箱涵结构计算是一个值得研究的问题。鉴于箱涵结构尺寸和配筋与覆土厚度、内水压力、箱涵孔径具有一定的规律性，在满足安全可靠、经济合理的前提下，为使箱涵结构计算工作既符合实际又条理化、简捷化，经对覆土厚度、内水压力等主要影响因素及其敏感性的分析，确定应首先根据沿线箱涵孔数、孔径、覆土厚度、内水压力等主要影响因素对全线箱涵进行归纳、分段，再从中选择代表性断面进行计算。在具体的结构计算中，根据地震动参数和土的物理力学参数的具体情况再进一步具体的考虑。这里，仅对结构计算分段和计算断面的选取进行说明。 3结构计算分段 3．1结构计算分段原则

5、 　　根据天津干线输水箱涵的孔数、孔径、覆土厚度、内水压力情况及箱涵这一结构型式本身的具体特点，确定输水箱涵结构计算的分段原则如下： 　　(1)根据箱涵内水流流态，箱涵共分为两大段即无压箱涵段和有压箱涵段。 　　(2)根据箱涵孔径不同，分为2孔3．5m×3．5m(宽×高，下同)、2孔3．5m×4．0m、2孔4．0m×4．0m、2孔4．4m×4．5m、3孔4．4m×4．4m、2孔3．6m×3．6m共6种。 　　(3)鉴于箱涵纵坡、水力压坡线均较缓并均为直线分布，且不论是无压箱涵还是有压箱涵，结构计算均与覆土厚度有着重要的关系，因此应首先根据箱涵的覆土厚度进行分段。 (4

6、)既符合实际情况又利于工程安全。 3．2覆土厚度变化幅度的确定 　　天津干线箱涵埋深变化范围为2．0～8．0m，埋深2．0m是箱涵纵断设计原则所要求的最小埋深。在箱涵埋深2．0～8．0m变化范围内，合理确定箱涵覆土厚度变化幅度是结构计算分段的关键。 　　作用在无压箱涵上的荷载大小主要取决于箱涵覆土厚度即埋深大小，作用在有压箱涵上的荷载大小主要取决于箱涵覆土厚度和箱涵内水压力的大小。考虑到无压段箱涵长度较短，且结构受力相对简单，因此在此对有压段箱涵覆土厚度变化幅度进行探究。考虑到3孔4．4m×4．4m箱涵长度占总箱涵长度的90％，因此以3孔4．4m×4．4m箱涵为例，进

7、行了5m内水压力、不同覆土厚度(2．0～8．0m)条件下的经济分析即覆土厚度与投资的关系分析，以便确定合理的覆土厚度变化幅度并用以进行箱涵的结构计算分段。具体经济分析成果见表1和图1。 　　由表1、图1可知，在覆土厚度2．0～8．0m范围内，4m覆土厚度是覆土厚度与延米箱涵综合投资和延米箱涵钢筋混凝土投资关系的一个转折点，在箱涵埋深大于4m时，覆土厚度与延米箱涵综合投资和延米箱涵钢筋混凝土投资关系线斜率较大；而在箱涵埋深小于4m时，覆土厚度与延米箱涵综合投资和延米箱涵钢筋混凝土投资关系线斜率较小。覆土厚度在4m以下时，覆土厚度变化幅度2m时，延米综合