矣则河水库跨南盘江倒虹吸拱管设计(1)程力学

摘要：华宁县盘溪矣则河水库，自1995年5月蓄水以来，盘溪大沟发挥了灌溉效益，在保证率ｐ=７５％的情况下，每年尚多余水量５００多万m3。而南盘江东岸片区冒洞沟以上林场等地尚有６３７５亩肥沃土地面积严重缺水。为充分利用水资源，拟建过江倒虹吸管跨越南盘江，“西水东调”解决江东片的灌溉问题。

关键词：矣则河水库 跨南盘江 倒虹吸 拱管 设计

ｌ 前言

华宁县盘溪矣则河水库，自1995年5月蓄水以来，盘溪大沟发挥了灌溉效益，在保证率ｐ=７５％的情况下，每年尚多余水量５００多万m³。而南盘江东岸片区冒洞沟以上林场等地尚有６３７５亩肥沃土地面积严重缺水。为充分利用水资源，拟建过江倒虹吸管跨越南盘江，“西水东调”解决江东片的灌溉问题。

“西水东调”工程主要建筑物有：渠道１０.５２ｋm、渡槽44ｍ、倒虹吸1.836ｋm，总长12.4ｋm。其中，过江倒虹吸管长746.407ｍ，管径500mm和500ｍｍ，流量０.５ｍ³／s、落差１１.１５ｍ、最大工作水头１０５ｍ。过江桥段采用拱管型式布置，其结构设计，具有新颖的特点。

２ 工程布置

把水从江西跨越南盘江输送到江东的工程方案较多。根据工程实际，结合多次踏勘，并经水文分析、地质勘察后，确定“西水东调”工程线路选择在南盘江两岸工程地质条件较好、跨度相对较窄处（江面宽68ｍ），采用拱形管道代桥输水。利用拱管本身的强度来跨越南盘江，中间不需另架桥支承，从而，结构简单、施工方便、造价经济。

过江倒虹吸管设计通过流量０.5m^３／ｓ。经水力计算，江西、江东两岸采用φ500mm的钢管。为加强侧向稳定，跨江拱管采用两根φ400mm钢管，两管轴间距１.5m，其间设２０^#槽钢联系梁稳固。拱管中段管壁厚１０mm，向两端逐渐增厚到１６mm。拱管矢跨比１／８矢高９.0ｍ、半径76.5m、半圆心角２８^°04′21″、弧长７４.９６４ｍ、跨度７２.0ｍ。布置草图如下：

拱形跨江管道布置示意图

３ 荷载组合及计算指标

３.ｌ荷载组合

3.1.1作用于拱平面内沿拱轴均布的垂直荷载，包括管重、水重及均化为线荷载的联系梁自重ｑ＝０.３（t/m）。

3.1.2垂直于拱平面沿拱轴均布的水平风荷载ｐ＝0.008（t/m）。

3.1.3温度变化所产生的内力。

根据《不良条件管道工程设计与施工手册》，在一般情况下，拱形管道采用以上三项荷载作为计算荷载。

3.2计算指标

工程区域的基本风压值取w₀=30（kg/m²），则水平风线荷载ｐ=ｋ·ｋ₂·w₀·ｄ=16（kg/ｍ）。其中：ｋ＝1.02、ｋ₂=1.2分别为风载体型系数和风压高度变化系数。即作用于单管的p=8（kg/m）=0.008（t/m）。

考虑温差变化为△ｔ=20（⁰c），对于a₃钢，计算温度下的弹性模量e=2.05×0⁷（t/m）；线膨胀系数α＝1.18×10^-5（m／ｍ·c^ｏ）；使用温度下的屈服强度σ_t＝233.5mpa，允许计算强度σ_c=ｍ·ｍ₁·σ_t＝189mpa。其中：ｍ=0.9，ｍ₁＝0.9分别为工作条件系数和材料匀质系数。

拱趾处管壁厚16mm，其截面积f＝0.021m^２，截面轴惯矩j=4.53×10^-4ｍ^４,截面模量ｗ＝2.1×10^-3m^３，回转半径i=0.15ｍ。

４ 强度计算

4.1在拱趾处力的计算简图