4.1基本资料
4.1.1设计依据
某某县某某倒虹吸管整险加固工程可行性研究报告的设计依据文件为:
①《灌区水工建筑物--倒虹吸管》第二版
②《水利水电工程施工组织设计规范》（SPT338-89）
③《水利建设项目经济评价规范》（SL72-94）
④《湖北省观音寺灌区续建配套与节水改造规划报告》
⑤《某某县1997～2010年水利建设规划》
⑥《某某倒虹吸管第二期工程(1974-1975)》(四湖管理段档案)
4.1.2工程等级与建筑物级别
根据本阶段确定的水文资料、基本选定的工程规模和效益，参照现行《水利水电枢纽工程等级及设计标准》，按规范规定确定工程等别为三等，建筑物级别为三级。
4.1.3设计基本资料
①进口渠底高程：29.09米,进口水位:32.09米,水深:3.0米;
②出口渠底高程:28.79米,出口水位:31.59米,水深:2.8米,水头差:0.5米；
③设计流量:Q=25.46m3/s;
④管道布设形式:现浇五孔七节浅埋式倒虹吸管，现场浇注，每节8—15米，分七节，接缝增设止水铁片和橡皮止水袋，管壁厚采用0.25米。
⑤倒虹吸管与西干渠水流方向的夹角: 66°30′
⑥拦污栅的能量损失：
ξ栅= β（s/b）4/3sinα
式中：α=60°?? sinα=0.866
b:栏杆的间距采用15cm
S：栅条厚度为10 cm
β:取值1.79
则ξ栅=0.12
⑦进口能量损失:采用ξ进=0.35
? 弯段能量损失:采用ξ弯=0.2
? 出口能量损失:采用ξ出=1.0
⑧地震烈度为6度,不设防。
4.2工程布置和结构计算
4.2.1 工程布置
某某倒虹吸管整险加固工程将分别对进口段、管道段及出口段进行整治。
一、进口段整治，为拦截渠道内较大的漂浮物，并保障人畜安全，在管道进口的工作闸门前布设活动式拦污栅，栅条与水平面夹角为60°，栅条间距为15cm。
二、管道段整治，对已发生各种裂缝，接头错位，导致跑水漏水的管节进行拆除，重新制模和浇筑，由地基沉降不均产生的基础剪切破坏，采取稳妥有效的地基处理方法进行处理。
三、根据西干渠现有设计资料，原设计西干渠渠堤宽度总长为102m，而实际施工总长为87m，致使下游闸室占据了西干渠左岸人行过往路面，造成附近村民的交通不便利。为解决现有存在的问题，出口段整治下游接长15米。
4.2.2结构计算
1、设计说明及资料：
1）、根据管身纵向布置，共分七节，以第一节、第五节为设计依据。
2）、管身应力分析按刚性弧形管座支承考虑
3）、资料：
采用现浇圆涵管，管壁厚25cm，建筑材料及力学性质：
砼C20轴心受压极限强度Ru=145kg/cm2
轴心受拉极限强度Rl=17.5kg/cm2
建筑物等级为三级
2、荷载计算：（第五节管的荷载计算）
1）、管自重：G=2πr1rδ
式中：r：圆管平均半径=1.25M
r1：管材的容重=2.5T/M3
δ：管壁厚=0.25M
∴G=2×3.14×1.25×2.5×0.25=4.91T/M
?? 2）、管内水压力：
A、??? 无水头管内满管时静水压力：
G水=πr20r水??
式中：r0管的内半径=1.0M
r水=水的容重=1.0T/M
∴G水=3.14×1.02×1.0=3.14T/M
B、???????????? 均匀内水压力，即作用与管顶的水头H的压力Pπp，上游水位（渠道）32.09M，对管中心24.80M时的水头差H=32.09-24.80=7.28M
∴Pπp=Hr水=7.28×1.0=7.28
3）、管外水压力：
A、?? 无水头静水压力：
G水′=πr21rk=3.14×1.252×1.0=4.91
式中：r1：管壁外半径=1.25M
B、?? 水头压力：在西干渠正常排水位29.55时，对管内无水时的压力。
H′=29.55-24.80=4.75M
∴Pπp′= H′r=4.75×1.0=4.75T
当西干渠发生最低水位27.55时对管身压力
H″=27.55-24.80=2.75M
∴Pπp″= H″r=2.75×1.0=2.75T
4）、垂直土压力：按上埋式考虑
GB=KHr3HD1
式中：KH—上埋式水管压力集中经系数=1.15
r3—覆盖层填料：? 回填土容重=2.0T/M
H—管顶覆盖层高度0.5M
D1—圆管的外径=2.5M
?∴GB=1.0×（2×0.3+2.2×0.2）×2.5=2.60T
5）、管顶以下环向垂直土压力，即半圆的土压力：
GB=r3（hb-π/4D1）×1/2
=2.0（2.5×2.5-3.14/4×2.52）1/2=1.34
6）、侧土压力??? 取Φ=20°
qc=r3Hctg2（45°-Φ/2）
式中：tg2（45°-Φ/2）=0.49
Hc—圆管中心至填土表面高度=1.75M
∴qc=2.0×1.75×0.49=1.72T/M
3、内力计算：
????? 内力计算：在外荷载管自重、水重、水头压力、垂直土压力，侧土压力等作用下，管壁三个截面点的内力计算于下，
?????? ?Mi=M′Gir N=N′Gi
?????? 式中：G—任一种荷重的合力
?r—圆管的平均半径=1.25M
M′—弯矩系数（见克列恩著“地下管计算”p79页表）
??????? N′—轴向力系数（同上）
????? 第五节管计算情况：
①???? 管自重
MA=MA′Gr=0.051×4.91×1.25=0.313
MB=MB′Gr=0.0525×4.91×1.25=0.322
MB=MB′Gr=-0.0589×4.91×1.25=-0.361
NA=NA′G=0.299×4.91=1.468
NB=NB′G=-0.0196×4.91=-0.096
NG=NG′G=0.25×4.91=1.23
②管内水压力：
A静水压力即管内满管水的静水压力：
MA=MA′G水r=0.051×3.14×1.25=0.2
MB=MB′G水r=0.0525×3.14×1.25=0.206
MB=MB′G水r=-0.0589×3.14×1.25=-0.23
NA=NA′G水=-0.179×3.14=-0.56
NB=NB′G水=-0.179×3.14=-0.56
NG=NG′G水=-0.0686×3.14=-0.215
?????????? B、水头压力：
NA=NB=NB=-p0r=-7.28
③管外水压力：
A、静水压力：
MA=MA′G水′r=-0.051×4.91×1.25=-0.313
MB=MB′G水′r=0.0525×4.91×1.25=-0.322
MB=MB′G水′r=0.0589×4.91×1.25=0.361
NA=NA′G水′=0.179×4.91=0.88
NB=NB′G水′=0.179×4.91=0.88
NG=NG′G水′=0.0686×4.91=0.34
?B、水头压力
NA=NB=NB=p0′r=4.75×1.0=4.75
当西干渠最低水位时：
NA=NB=Ng=p0″r=2.75×1.0=2.75
④???? 垂直均匀土压力：管顶线上的压力：
MA=M′GB′r=0.106×2.6×1.25=0.34
MB=M′GB′r=0.123×2.6×1.25=0.4
MB=M′GB′r=-0.122×2.6×1.25=-0.4
NA=N′GB=0.272×2.6=0.71
NB=N′GB=0.007×2.6=0.018
NG=N′GB=0.50×2.6=1.3
⑤管顶线以下环向土压力：管上腔内回填土重：
MA=M′GB′r=0.083×1.34×1.25=0.14
MB=M′GB′r=0.058×1.34×1.25=0.1
MB=M′GB′r=-0.094×1.34×1.25=-0.16
NA=N′GB′=0.321×1.34=0.43
NB=N′GB′=-0.042×1.34=-0.056
NG=N′GB′=0.50×1.34=0.67
⑥???? 侧土压力：采用2α=135°时
MA=-0.117GG′r=-0.117×1.72×1.25=-0.25
MB= -0.157GG′r=-0.157×1.72×1.25=-0.34
MB= 0.152GG′r=0.152×1.72×1.25=0.33
NA= 0.326GG′=0.326×1.72=0.56
NB= 0.674GG′=0.674×1.72=1.16
NG= 0
4、????????????? 配筋计算：
管壁厚h=25cm,保护层a=a′=5cm,
h0=h-a=25-5=20 cm
根据管身受力计算结果，受拉钢筋截面积As均大于5 cm2,故内外层钢筋都采用5Φ12，As=5.65 cm2,纵向分布钢筋采用Φ10#250。
