厦门市北溪引水主干渠结构断面设计分析.pdf

第6 期（总第2 9 0 期）2023年6 月D0I:10.16799/ki.csdqyfh.2023.06.037城市道桥与防洪URBANROADS BRIDGES&FLOOD CONTROL防洪排水厦门市北溪引水主干渠结构断面设计分析王璐璐上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司，上海市2 0 0 0 9 2 摘要：北溪引水主干渠为厦门市的供水主动脉，考虑到土地规划的需求以及供水升级的必要性，现对其马銮湾段进行升级改造。主干渠供水规模为16 m3/s，断面形式采用双孔钢筋混凝土箱涵。遵循断面设计需与地基适应性强，与原旧箱涵衔接方便等原则，将主干渠分为4种断面规格；并对其进行有限元计算分析，计算得出相应箱涵内力与抗浮成果。关键词：引水主干渠；断面设计；钢筋混凝土箱涵中图分类号：TV91文献标志码：B文章编号：10 0 9-7 7 16(2 0 2 3)0 6-0 13 5-0 5供水能力要求，一次实施到位。1工程概况(3)与区域水系规划相适应，满足区域防洪排涝1.1工程必要性北溪引水主干渠19 8 0 年5月1日正式通水运行，主干渠工程作为跨流域调水工程，最大引水流量为12m/s，每年可由九龙江北溪引水3.7 8 4亿m，为厦门市主要水源工程，是厦门市的主动脉，目前承担着厦门市岛内外8 5%以上城市生活和工业用水的需求。改造北溪左干渠是更好的建设马銮湾新城的前提必要条件，改造北溪主干渠具有以下必要性。（1)与区域土地利用规划相适应，优化地区产业用地布置。根据原市政专项规划,现状主干渠布置与规划两条东西向主干路之间，沿线地块宽度在2 0 0 3 0 0 m之间。本着从可持续发展的战略角度出发，经济建设应与环境保护建设同步，将原左干渠进行改线，截弯取直，可腾挪出更多的产业用地，达到优化片区规划的目。（2）与九龙江北溪水闸改造工程相适应，满足远期16 m3/s供水能力。福建省九龙江北溪水资源调配中心近期开始推进九龙江北溪水闸改造工程的前期工作，增加向厦门的供水能力（不低于16 m/s）。为提高厦门市供水保障和远期用水需求，本次北溪引水主干渠（马銮湾新城段）改造工程将同步扩容改造，满足远期16 m3/s收稿日期：2 0 2 2-10-19作者简介：王璐璐（19 8 8 一），女，硕士，工程师，从事水利水运设计工作。要求。根据最新区域水系规划，主干渠沿线的过芸溪、后浦溪、贞岱渠、深青溪等河道规划蓝线均与现状河道岸线有较大变化，规划河底标高0.0 0.5m，而现状主干渠箱涵顶标高约为2.7 0 m，高于规划河底标高，因此，为使规划水系按照规划河道断面实施到位，满足区域防洪排涝要求，须对现状主干渠进行改造，新建倒虹吸结构与规划河道相适应。因此，进行北溪引水主干渠改造工程（马銮湾新城段)的建设势在必行，是非常迫切的、必要的。1.2工程建设内容北溪引水主干渠改造工程属于主干渠厦门段（全长2 2.0 8 4km），由霞尾村至陈井村，沿途经过后头村、贞岱村等村庄，现状箱涵全程采用暗涵形式。本次改造主干渠沿孚莲东二路和环湾大道北侧布置，起于过芸溪公园西侧，止于深青溪东侧，长度约5.746km，供水规模为16 m/s。箱涵、虹吸管为主干渠的主体部分，是主要建筑物，建筑物等级为1级。2主干渠断面设计本次设计采用双孔钢筋混凝土箱涵断面。该断面运行安全可靠，对地基不均与沉陷适应性强，与原箱涵衔接方便。暗渠箱涵和原暗涵隧洞相接时，均采用原有暗涵隧洞实际测量的进出口高程，比降结果，不再变动，孔口底高程为-2.3 8 7 -2.110 m。主干渠断面型式及断面尺寸设计对主干渠改造工程投资影响较大，根据主干渠纵断面布置原则，遵循安全、经济、135城市道桥与防洪实用的要求，结合现场施工条件，提出适当结构形式和断面尺寸。2.1断面型式选择本次设计采用双孔钢筋混凝土箱涵结构型式。钢筋混凝土结构型式有着如下特点：（1)现浇钢筋混凝土结构，对地基不均与沉陷适应性强；(2)混凝土结构施工工艺比较成熟，施工较易，施工材料可就地取材，施工质量易于保证，运营期管理维修方便；(3)运行安全可靠,结构坚固，性能较好；（4)与两侧主干渠采用相同断面型式，通过植筋等工艺可较好的使新老结构衔接起来，保证新老结构的统一性；;（5）混凝土结构具有良好的品质一致性，具有成熟的工艺与管理系统，以及相应的可靠标准及规范可用于标准化建设，方便施工过程监督与检测，以及相应部门检查验收。根据对于暗渠箱涵的现状结构型式的调查，推荐采用相同结构尺寸大小的钢筋混凝土箱涵与老结构衔接。根据输水能力16 m/s的要求及纵向设计中各段类型划分，遵循断面结构简易、通用性强、安全可靠的设计原则，共设计了4种断面尺寸规格!：（1)A 型一A型为主干渠工程的标准型断面，总长度约3 6 7 0.3 m;(2)B型一B型为主干渠工程的倒虹吸断面，总长度约2 2 6.8 m;(3)渐变型一渐变型为主干渠A型与B型之间的连接断面，总长度约2 6 4.8 m；（4)衔接型一衔接型为主干渠工程与原左干渠相连接的断面，总长度约3 6 2.3 m。具体的断面类型和分布长度如图1所示，断面结构类型划和分布长度见表1。由于渐变型和衔接型的断面首尾为A型和B型，在结构分析及配筋计算时可采用A型和B型的计算结果，进行渐变和衔接，因此，这里不对渐变型和衔接型进行专项计算。规浦奎路规划贞岱渠浦井路规划过芸溪灌新路（工程范围孚莲东二路图1断面设计平面布置王璐璐：厦门市北溪引水主干渠结构断面设计分析合计2.2A型断面A型为主干渠工程的标准型断面，如图2 所示，总长度约49 43.9 m。为满足设计流量16 m3/s的要求。A型断面尺寸为双孔，单孔宽4.3 0 m，高4.50 m，壁厚0.5m，腋角0.3 m0.3m,设计过水水深3.8 9 1m，设计输水流量16 m/s，箱涵下方由上至下分别为0.1m厚素混凝土垫层及0.3 m厚砂石垫层。士王环湾大道/4600010100规划用地50004.5030430050430000995002.1100092.387钢筋混凝土箱厚10 0 C15素混凝土垫层厚3 0 0 砂石垫层图2 A型断面结构（单位：mm）2.3B型断面B型为主干渠工程的倒虹吸断面，如图3 所示，总长度约2 41.6 m。B 型断面尺寸为双孔，单孔宽4.30m，高4.50 m，壁厚0.5m，腋角0.3 m0.3m，设计过水水深4.50 m，设计输水流量16 m/s，箱涵下方由上至下分别为0.1m厚素混凝土垫层及0.3 m环湾大道图例：标准段渐变街接段2023年第6 期表1断面结构类型划和分布长度断面形式平面桩号分布K0+257K0+952.80、K1+039K1+882.8AK1+971K2+869.866K3+026K5+408K5+560K5+683.5K0+118.2K0+232、K0+994K1+014BK1+924K1+946、K5+449.2K5+535K0+077K0+118.2,K0+232K0+257K0+952.80K0+994、K1+014K1+039渐变段K1+882.8K1+924K1+946K1+971K5+408K5+449.2、K5+535K5+560K0+000K0+077、衔接段K2+869.866K3+026K5+683.5K5+739.47015000636005000厚砂石垫层。为防止河道对箱涵顶板的冲刷，在倒虹段上铺设50 0 mm厚雷诺护垫和50 0 mm厚中粗砂垫层，并向箱涵两侧各延伸50 0 0 mm宽。136长度/m4 943.96241.6264.8289.15739.47韩婚真孚莲东二路设计道路标商2023年第6 期王璐璐：厦门市北溪引水主干渠结构断面设计分析城市道桥与防洪用级钢筋。(5)填土高度涵顶填土高程计算为4.50 m。3.2软件介绍各个断面结构采用AutodeskRobot Structural5000设计常水位1州5000雪诺护垫厚50 gmm设计河底高程A中粗砂厚50 0mm88.888.8.8888-8888888888888888300:9004104300443004设计倒虹底标高B厚10 0 C15素混凝土垫层厚3 0 0 砂石垫层图3 B型断面结构（单位：mm）3箱涵设计参数及条件3.1设计参数（1)永久荷载：结构自重。(2)可变荷载：a.人群活荷载：5kN/m。b.施工活荷载：活荷载10 kPa设计。(3)设计水位a.地下水水位：3.15m。b.箱涵设计水深：3.12 3.2 7 m。(4)设计主要材料箱涵采用C35混凝土，受力钢筋及构造钢筋采序号工况极限状态自重分项系数土压力分项系数静水压力分项系数人行荷载分项系数1承载施工工况2正常3承载运行期14正常5承载运行期26正常注：表示考虑此计算项。工况一：施工期。作用在箱涵上的荷载主要有箱涵自重、墙上填土重、土压力。工况二：稳定运行期1。作用在箱涵上的荷载主要有箱涵自重、墙上填土重、土压力、静水压力（计算按最不利情况，箱涵无水）基底扬压力。工况三：稳定运行期2。作用在箱涵上的荷载主要有箱涵自重、墙上填土重、土压力、静水压力（计算按最不利情况，箱涵充满水）、基底扬压力。3.3.3极限状态设计根据规范水工混凝土结构设计规范（SL191一2008)4的要求，采用极限状态设计法以安全系数表达的方式进行设计。水工混凝土结构构件的极限状980090050005000规划河底标高A1.101.001.101.001.101.00Analysis进行内力计算。Autodesk Robot StructuralAnalysis（以下简称Robot)支持多国设计规范。Robot进行结构分析的对象为结构模型,区域别于传统的有限元分析软件：结构模型用类似结构力学的计算简图方式来表示构件。Robotl2-31的计算分析主要对“点”“线 进行分析，比较类似于人为校验。3.3计算条件3.3.1作用在箱涵上的荷载箱涵上作用的各种荷载主要有：(1)箱涵自重及填土重；(2)土压力;(3)静水压力;(4)扬压力;（5）人群及施工机械的外荷载。3.3.2箱涵设计计算工况本工程选用以下三种工况进行计算，见表2。表2 工况荷载组合表作用力1.201.001.201.001.201.00态分为正常使用极限状态和承载能力极限状态两类。结构构件按极限状态设计时，应根这两类极限状态的要求，分别按规定进行计算和验算。混凝土箱涵根据可能出现的各类作用，按正常使用极限状态和承载能力极限状态，并且结合相应的设计状况进行符合实际情况的作用效应组合，并按规范规定选取相应的分项系数。计算中，考虑永久荷载（自重、设备等）、土压力（淤泥、淤沙、围岩等）、一般可变荷载以及不超出规定限值的可变荷载的荷载效应，各受力均采用标准值。3.3.4工况组合工况组合见表2。137.活荷载分项系数1.201.201.001.001.201.201.001.001.201.201.001.001.201.001.201.00城市道桥与防洪王璐璐：厦门市北溪引水主干渠结构断面设计分析2023年第 6 期由内力计算结果汇总表可见，各工况中顶板最3内力计算大弯矩值为112.9 kNm（运行期1），最大剪力值为3.1模型建立274.7kN（运行期1），最大轴力值为3 7 1.9 kN（运行如图4所示，选用Robot软件分别对2 种不同尺期1)。寸的箱涵结构进行建模计算，根据箱涵分缝长度，取各工况中底板最大弯矩值为45.4kNm（运行期10m为一个结构段分别进行内力计算，计算模型网1），最大剪力值为2 9 4.9 kN（运行期1）,最大轴力值格图如图5所示。为446.9 kN(运行期1)。各工况中侧墙最大弯矩值为2 18.5kNm（运行期1),最大剪力值为3 6 0.3 kN（运行期1），最大轴力值为40 4.9 kN(运行期1)。Z各工况中中隔墙最大弯矩值为0.8 2 kNm（运行期1）,最大剪力值为2.0 2 kN（运行期1）,最大轴力图4计算模型结构图值为46 5.9 kN（运行期1）。侧墙承受最大弯矩为2 18.5kNm及剪力3 6 0.3 kN，中隔墙承受的轴力最大为46 5.9 kN，后期配筋要着重注意最大受力点。4抗浮验算图5计算模型网格图4.1计算条件3.2结构内力计算主干渠箱涵结构埋深较大，主干渠标准段设计每种类型分段结构共对6 种工况进行计算，各内底标高为-2.3 8 7 -2.110 m，倒虹段埋深更大，内工况设计参数见表2，各工况结构板内力计算结果见底标高为-5.9 -4.6 m，箱涵壁厚0.5m。根据北溪表3,Robot建模计算结果这里由于篇幅限制，本文引水主干渠改造工程（马銮湾新城段)工程地质（大不做赘述，模型计算典型受力分布图如图6 所示，提连市勘察测绘研究院有限公司，2 0 2 0 年4月）可知，取计算结果时分为顶板、底板、侧墙、中隔墙分别查最高地下水位按设计地面标高以下0.5m考虑，因此看xy方向的正负弯矩，并提取大值。整个结构长期处于地下水中，根据给水排水工程构表3 各工况结构板内力计算结果表筑物结构设计规范（GB500692002)5中5.2.3极限受力板名属性状态弯矩/(kNm)承载顶板剪力/kN能力轴力/kN弯矩/(kNm)承载底板剪力/kN能力轴力/kN弯矩/(kNm)2.62侧墙承载剪力/kN能力轴力/kN弯矩/(kNm)中隔承载剪力/kN墙能力轴力/kNZX图6 模型计算典型受力分布图条，对于存在浮力的情况下应进行抗浮稳定性验算，Mx+maxMx-maxMy+maxMy-max28.36-15.05145.45-78.4256.30-56.30195.03-183.1916.35-32.2730.47-126.2814.02-26.8270.29-136.7524.75-24.75221.91-216.6825.27-20.06-20.5359.17-59.1718.81-47.07.49-9.7210.41-10.4140.41-63.23C对于简单的浮力作用的情况，箱涵的抗浮稳定性应符合下式：GkKwNwk式中：G为抗浮力，建筑物自重及压重之和,kN;Nwk44.59-157.600.00-105.4860.82-83.93-234.0438.32-49.7790.13-50.82-433.93138(1)为浮力作用值，kN;K为抗浮稳定安全系数，一般情况下可取1.0 5,本工程取1.10。主干渠结构抗浮力主要包括箱涵结构自重、上部覆土重、上部水重及单孔箱涵水重（为保证箱涵安全运行，本次设计不考虑双孔箱涵检修工况，仅考虑单孔无水检修工况）,其中箱涵结构自重包含：侧墙、中墩、底板顶板16 。本工程根据箱涵设计埋深，将结构分为6 种，具体计算工况见表4。4.2计算成果具体计算结果见表5。由上表可见，主干渠各个2023年第6 期王璐璐：厦门市北溪引水主干渠结构断面设计分析城市道桥与防洪表4各分段抗浮计算工况表结构段竣工期稳定运行期检修期标准断（底高程-2.6 1m）考考虑标准断（底高程-2.7 8 7 m）考虑过芸溪倒虹/后浦溪倒虹/贞岱渠倒虹/深青溪倒虹/结构段抗浮稳定安全系数均大于1.10，均满足抗浮设计要求。5结论本文对厦门市北溪引水主干渠结构断面进行了分段设计，并采用Robot有限元进行分析计算，为类似工程提供相关参考。表5各分段抗浮计算成果表结构段稳定运行期标准（底高程-2.6 1m）1.56标准断（底高程-2.8 8 7 m）1.58考虑过芸溪倒虹考虑考虑考虑考虑考考虑考虑考虑检修期1.331.311.381.18后浦溪倒虹1.35贞岱渠倒虹1.34深青溪倒虹1.41参考文献：1曹光辉.小断面长距离引水隧洞施工与技术分析 低碳世界,2 0 2 1,11(6):127-128.2建筑结构静力计算手册 M.北京：中国建筑工业出版社,2 0 0 0.3张吕伟.ROBOT软件在特种结构计算中的应用 J.特种结构,2 0 0 6,23(2):65-66.4SL1912008,水工混凝土结构设计规范 S5GB500692002,给水排水工程构筑物结构设计规范 S6 GB500072011,建筑地基基础设计规范 S.1.171.161.2(上接第12 4页）设计时应控制实际应变水平低于该临界值。（4)通过斜剪、拉拔试验分析了黏结层性能，发现存在最佳黏结材料用量使层间黏结强度达到最大；且拉拔试验和斜剪试验得到的最佳用量一致，2种试验结果具有一致性。参考文献：1黄卫.大跨径桥梁钢桥面铺装设计 J.土木工程学报,2 0 0 7(9):6 5-77.2王民，周启伟，胡德勇，等.三种不同钢桥面铺装材料的疲劳特性分析 J.公路工程，2 0 16,41(3):40-42.3王民,方明山,张革军，等.港珠澳大桥钢桥面沥青铺装结构设计 桥梁建设,2 0 19,49(4):6 9-7 4.4郭娟，王峰.Sasobit-LM对SBS改性沥青桥面性能的影响 J.科技通报,2 0 17,3 3(12):2 3 3-2 3 6.5 陈志一.大跨径正交异性钢桥面铺装防水粘结层研究 D.西安:长安大学，2 0 0 8.6张洁.钢箱梁桥面铺装新型材料的研究 D.广州：华南理工大学，2006.7彭广银.基于复合梁的水泥混凝土桥面铺装疲劳试验研究 D南京：东南大学,2 0 10.139.plastic steel sheet pile to be better applied in the future engineering.Keywords:plastic steel sheet pile;river regulation engineering,applicationAnalysis on Structural Section Design of Beixi Diversion Trunk Canal in Xiamen:.Abstract:Beixi Diversion Trunk Channel is the main water supply canal of Xiamen.Considering the need ofland planning and the necessity of water supply upgrading,the Maluanwan Section of the trunk canal isupgraded and reconstructed.The water supply scale of the trunk canal is 16 m/s,and the section form is adouble-hole reinforced concrete box culvert.The trunk canal is divided into four sections according to thestrong adaptability of section design to the foundation,the easy connection with the old and original boxculverts and the other principles.Its finite element calculation and analysis are carried out.The relevantinternal force and anti-floating effect of box culvert are calculated.Keywords:diversion trunk canal;section design;reinforced concrete box culvertApplication Exploration and Engineering Practice of River Bypass Treatment Technology:Abstract:River bypass treatment technology has been widely used in the water environment governance ofChina.The selection of the appropriate river bypass treatment process is the first step,which directly affectsthe pollutant removal,floor area,engineering cost,operation and maintenance cost,ecological landscape,etc.The main river bypass treatment technology is summarized,compared and analyzed.Combined with theengineering practice of a river bypass constructed wetland treatment in East China,the process designcharacteristics,operation effects and advantages of bypass constructed wetland are summarized andanalyzed.The relative engineering design experience is summarized in order to provide the reference for theimplementation of related projects.Keywords:river;bypass processing technology;constructed wetland;engineering practiceResearch on Water Saving of Large Sludge Dewatering,Drying and Incineration EngineeringAbstract:Taking a large sludge dewatering,drying and incineration project in Shanghai as an example,thewater resource consumption in the operation of sludge dewatering,drying and incineration system isstudied.Through the analysis of the water quantity and quality of each water point,the water sourcesubstitution,recycling,sequential use and other measures are studied to reduce the usage amount of tapwater and improve the utilization rate of water resources.Keywords:sludge treatment;water saving;water substitution;recycling;sequential useApplication of Ultrafiltration+Reverse Osmosis Process in Reclaimed Water Treatment of WWTP.Abstract:In recent years,the sewage recycling has attracted more and more attention in the industry.At this stage,there is no consideration to use the sewage recycling in the design of wastewatertreatment plant(WWTP)in China.Taking a WWTP of Shanghai as an example,the ultrafiltration+reverse osmosis process is innovatively adopted in the design of reclaimed water of the municipalWWTP.After reaching the industrial water purification standard,the reclaimed water can achieve theself-sufficiency in water use within WWTP in order to provide the reference for the design ofreclaimed water in the similar WWTPs.The design scale of reclaimed water in the project is 5 000 m/d.WANGLulu(135):JI Chi(140)ZHOU Bin,WANG Yunyun,LIN Lifeng,ZHANG Dongling（1 4 4)WU Jin(147)