反虹吸水力及镇墩结构计算算例
倒虹吸计算书Word版
旧寨倒虹吸计算书一、基本资料设计流量：2.35 m3/s加大流量：2.94 m3/s进口渠底高程：1488.137m进口渠宽：2.0m进口渠道设计水深:1.31m加大流量水深：1.56m出口渠底高程：1487.220m进口渠道设计水深:1.43m加大流量水深：1.70m进出口渠道形式：矩形进口管中心高程：1487.385m出口管中心高程：1486.69m管径DN：1.6m二、设计采用的主要技术规范及书籍1、《灌溉与排水工程设计规范》GB50288—99；2、《水电站压力钢管设计规范》SL284—20033、《混凝土结构设计规范》SL/T191—96；4、《水工建筑物抗震设计规范》DL5073—1997；5、《小型水电站机电设计手册-金属结构》；。
6、《水力计算手册》7、《倒虹吸管》三、进口段1、渐变段尺寸确定L=C(B1-B2)或L=C1h；C取1.5～2.5；C1取3～5：h上游渠道水深；经计算取L=4m；2、进口沉沙池尺寸确定(1) 拟定池内水深H;H=h+TT=（1/3～1/4）h；T为进口渠底至沉沙池底的高差；取0.8m；(2) 沉沙池宽BB=Q/(Hv)；v池内平均流速0.25～0.5m/s；经计算取B=3.5m；(3) 沉沙池长L’L’≥（4~5）h经计算取L =8m；(4) 通气孔通气孔最小断面面积按下式计算：PC KQ A △1265；A 为通气管最小断面面积m 2；Q 为通气管进风量，近似取钢管内流量，m 3/s ；C 为通气管流量系数；如采用通气阀，C 取0.5；无阀的通气管，C 取0.7；P △为钢管内外允许压力差，其值不大于0.1N/mm 2；K 为安全系数，采用K=2.8。
经计算A=0.0294 m 2；计算管内径为0.194m ，采用D273(δ=6mm)的螺旋钢管。
四、出口段倒虹吸管出口消力池，池长L 及池深T ，按经验公式： L=(3~4)h T ≥0.5D 0+δ+0.3经计算取L =6m ，T=1.2m 。
倒虹吸水力计算
校核最小流量
vmin=Q小/w(vmin>1.2m/s)
0.138 0.075 40.000 0.009 0.750 0.184 0.484 0.400 1.098 0.126
0.100
75.699
0.014 0.084 0.500 0.000 0.000 0.100 75.000 0.760 0.000 0.000 0.000 9.000 0.014 0.100 0.000 0.600 0.037 0.121
谢才系数（手册第一册 p7/c2
沿程水头损失（m） hf＝λL*v2/(4R*2g)
(2)局部水头损失 ζj进口（查表3-3）
ζ门槽（单个为0.2）共两个
拦污栅栅条厚度s（m）
拦污栅间距b（m）
拦污栅的水头损失 拦污栅与水平面夹角a（度） 栅条形状系数β（查表3-5）
0.138 0.596
倒虹吸水力计算
1、初拟管道直径
设计流量Q(m3/s)
最小流量Qmin(m3/s)
倒虹吸总长度L(m)
材料糙率n
初选流速v'(m/s)
初选过水断面面积w'(m2)
初选管道直径D'(m)
倒虹管直径
确定出管道直径D(m)
设计流速v(m/s)
相应过水断面面积w(m2)
2、水头损失
（1）沿程水头损失
水力半径（m） R=D/4
ζ拦污栅＝β（s/b）4/3sina
弯道损失ζ弯道（查表3-7）
ζ旁通管（单个为0.1）共两个
明渠的断面面积（m2） w渠
w管/w渠
ζ出口（查表3-4）
ζ通气孔（《水力计算手册表1-3-4》）
总局部水头损失系数∑ζj
倒虹吸流量计算举例(精)
1 = =0.509 0.716 2.36 0.78
水力分析与计算
故倒虹吸管型式、尺寸及布设满足 设计过流能力要求。
小结、布置任务
小结：
1. 流量计算公式中各物理量理解、确定 2. 局部损失系数理解、确定
水力分析与计算
倒虹吸管过流能力校核
案例：
某水库干渠工程与河流相交。由于洪水位过高，拟建倒虹吸管 。其设计基本数据如下： 设计流量Q=7.17 m3/s；倒虹吸进口前设 拦污栅，管段有两弯段转角，第一、第二弯段转角均为30°急转弯 管；上下游渠道断面相同，底宽b=2.4m，边坡系数m=1.5，糙率 n=0.025，设计流量时水深h0=2.1m，进口渐变段末端底宽为4.5m ，拟设计双排管，管径1.7m，试校核渠道过流能力。
2
v Q / A 7.17 / 2 / 2.27 1.58m / s
1.582 z 2 0.716 2.36 0.78 0.491m 19.6
倒虹吸管过流能力校核
案例计算：
（2）流量系数计算 （3）流量计算
1 2 gLi A2 A2 A2 i A2 C 2 R A2 1 A2 i i i i 2
水力分析与计算
倒虹吸管过流能力校核
案例分析：
1.流量计算公式
Q A 2g z2
A 2 2 gL A 2 A2 v2 i z2 i 2 1 2 A Ci Ri Ai A2 2 g i
2'
水力分析与计算
倒虹吸管过流能力校核举例
主 讲 人： 王勤香
倒虹吸计算书
旧寨倒虹吸计算书基本资料设计流量： 2.35 m3/s加大流量： 2.94 m 3/s进口渠底高程：1488.137m进口渠宽： 2.0m进口渠道设计水深:1.31m加大流量水深： 1.56m出口渠底高程：1487.220m进口渠道设计水深:1.43m加大流量水深： 1.70m进出口渠道形式：矩形进口管中心高程：1487.385m出口管中心高程：1486.69m管径DN：1.6m二、设计采用的主要技术规范及书籍1、《灌溉与排水工程设计规范》GB50288 —99；2、《水电站压力钢管设计规范》SL284 —20033、《混凝土结构设计规范》SL/T191 —96；4、《水工建筑物抗震设计规范》DL5073 —1997；5、《小型水电站机电设计手册-金属结构》；。
6、《水力计算手册》7、《倒虹吸管》三、进口段1、渐变段尺寸确定L=C(B 1-B2)或L=C 1h；C 取1.5〜2.5;C i取3〜5: h上游渠道水深;经计算取L=4m ;2、进口沉沙池尺寸确定(1) 拟定池内水深H;H=h+TT=( 1/3〜1/4) h;T 为进口渠底至沉沙池底的高差;取0.8m;(2) 沉沙池宽BB=Q/(Hv) ;v 池内平均流速0.25〜0.5m/s;经计算取B=3.5m;(3) 沉沙池长L'L'》(4~5) h经计算取L =8m;(4) 通气孔通气孔最小断面面积按下式计算:A KQ；1265cV^P ‘A为通气管最小断面面积m2；Q为通气管进风量，近似取钢管C 取0.5 ；内流量，m3/s; C为通气管流量系数；如采用通气阀,无阀的通气管，C取0.7；△ P为钢管内外允许压力差，其值不大于0.1N/mm2；K为安全系数，采用K=2.8。
经计算A=0.0294 m2；计算管内径为0.194m，采用D273（S =6mm的螺旋钢管。
四、出口段倒虹吸管出口消力池，池长L及池深T,按经验公式:L=(3~4)hT> 0.5D0+ S +0.3经计算取L =6m, T=1.2m。
倒虹吸管设计计算
倒虹吸管设计计算一、倒虹吸管总体布置（根据地形和当地需水量情况确定）P1.布置原则；132.布置型式；{地面式（露天或浅埋式）、架空式}3.管路布置；（斜管式和竖井式）4.进口段布置；{渐变段、拦污栅、节制闸、连接段﹙进水口、通汽孔﹚、沉沙、冲沙及泄水设施}5.出口段布置；（设消力池）二、倒虹吸管的构造1.管身构造；（钢筋混泥土管、钢管、铸铁管）2.支承结构；（管座、镇墩、支墩）三、倒虹吸管的水力计算1.管道断面尺寸的确定；①灌溉面积的确定：（根据土地利用参加够调整表查出整理后土地的灌溉面积。
）②补水量的计算：项目区水田和旱地需水量除去项目区降雨量即为需补给水量。
项目区分为水田和旱地，主要农作物为水稻、玉米、油菜，各种农作物所在区需水量不同。
根据贵州省《灌溉用水定额》编制分区图：项目区属Ⅰ区，灌溉定额根据贵州省灌溉用水定额编制Ⅰ区水稻净定额为2703m/亩，毛灌溉定额为6443m /亩。
需水量公式WM A n =⨯⨯毛需W 需—— 农业生产总需水量，3m ；M 毛—— 综合毛灌溉定额，3m ；A —— 灌溉面积，亩；n —— 农作物复种指数，采用综合灌溉定额时，已经考虑了复种指数，可不再计入。
M M η=净毛M 净—— 作物净灌溉定额，3m /亩；η—— 灌溉水利用系数。
Ⅰ区渠系水利系数为0.465；田间水利用系数为0.95，故灌溉水利用系数为0.465×0.95得0.44。
③.流量计算根据当地全年水田需水量表、旱地需水量表和全年降雨量表查出全年需水量和降雨量的最大值和最小值，计算出最大补水量和最小补水量，以推出其流量。
④．确定尺寸；oD （圆管）o D —— 管道内径，m;Q —— 倒虹吸管设计流量，3/m s ；υ—— 设计流速，m/s 。
2.管壁厚度的拟定取单位长度承受较大内水压力P 的管道管壁中环向拉应力为22o w oo o PD gHD t t θρσ==以钢材的设计允许应力[]σ代替θσ；经整理得： []2w oo gHD t ρϕσ≥(mm)w ρ—— 水的密度，1000kg/3m ;H —— 内水压力，m 。
反虹吸水力及镇墩结构计算算例
一、水力计算1、基本参数选择本次计划建设那里屯反虹吸1座,管长158米,上下游水头差1.39米,设计流量0.137m3/s,设计采用Ⅰ阶段预应力承插管，管径为DN500mm，承压标准为0.6MPa。
2、水力计算（1）不淤流速计算（采用挟砂流速）V挟砂=｛ω06ρ0.5(4Q/πd752)1/4｝1/1.25ω0——泥砂沉降速度，mm/s，本项目取1.07mm/s；ρ——水流中的挟砂含量，取1%；Q——设计流量，0.137m3/s；π——圆周率，3.142；d75——挟砂粒径，本次设有沉砂池，项目区为粉砂质粘土地区，不会有大的粒径通过，参考广西一些地方经验，取0.04mm；经计算，V挟砂=0.56m/s。
（2）管内流速计算V管=Q/πr2=0.137/(3.142×（0.5/2）2)=0.70m/s＞V挟砂=0.56m/s。
管内在设计流速情况下不会出现淤积。
（3）水头损失计算1）沿程水头损失H f=λV2L/（8Rg）λ=8g/C2C=R1/6/nH f——沿程水头损失，m;R——水力半径，R=D0/4=0.5/4=0.125；D0——管道内径，D0=0.5米；n——本项目采用钢筋砼管道，n=0.014。
V——管内流速，V=0.70m/s；L——管道长度，158米；经计算，H f = 1.23米。
2）局部水头损失H j=［ξ进口+ξ拦栅+ξ弯道+ξ出口］V2/2g=［0.5+1.79+0.3×1.2×5+0.64］×0.72/(2×9.81)=0.12m。
3）总水头损∑h= H f + H j =1.35米＜1.39米，满足过流要求。
二、结构设计管道单节管长2米，为承插管。
为防止地基不均匀沉降破坏，管道底部设30cm厚C20现浇砼管垫，管垫与管道接触处铺设油毡垫层防温变，管与管之间连接采用橡胶环止水，并设C20钢筋砼管接外包防渗，沿管长在地形剧变地段设C20砼镇墩固管；管道入口第一节管采用Dg500mm无缝钢管，在入口稍下部位设置竖向Dg200mm无缝钢管作为导气管，无缝钢管内外均采用防腐漆涂抹防锈。
倒虹吸管结构计算
1、基本资料洞顶填土高度 4.3m回填土容重19.1kN/m3顶板厚度0.4m底板厚度0.5m侧墙厚度0.4m砼容重25kN/m32、计算依据（1）、《水工建筑物荷载设计规范》 DL 5077-1997；（2）、《水工混凝土结构设计规范》 SL191-2008；（3）、《涵洞》取水输水建筑物丛书 P130；3、荷载计算取单宽1m计算永久荷载标准值作用于顶板的垂直均布荷载总和q 2计算考虑最不利情况，洞内无水，则作用于顶板的荷载为顶板自重及洞上填土重（1）顶板自重0.4*25=10kN/m（2）洞上填土重计算(5-3)(5-1）式中：q t2—洞顶垂直土压力强度标准值，kN/m；H d —洞顶以上填土高度，m；γ—洞顶填土重度，kN/m3；K g —垂直土压力系数，根据填土种类及比值Hd/B由表5-2查取；K s —垂直土压力系数，根据地基刚度及比值Hd/B1由表5-1查取；B 1—洞身总宽，m；B 0—洞顶处槽宽，m；因H d /Bc=4.3/16.9=0.254查表5-2得Kg=1KgγH dB 0(m)B 1(m)q t2H d /B 1q t2洞顶垂直土压力计算表11022)(B B B Hk q dg t +=γdt H Ks q γ=2119.14.312.6 3.8177.23 1.1382.13按公式5-3计算的垂直土压力强度标准值大于按式5-1计算值，则土压力强度为82.13kN/m（3）作用于底板底面垂直均布荷载总和q 1计算作用于底板底面垂直均布荷载总和q 1为地基反力与洞内水重之和，因地基反力按均匀分布考虑，底板自重及洞内水重均与其产生的地基反力相抵消，计算地基反力时只考虑顶板及侧墙重。
侧墙厚(m)侧墙高(m)侧墙重(kN)L(m)化为q 侧墙(kN/m)q 1(kN/m)0.43603.815.79107.92（4）水平土压力计算采用《砼重力坝设计规范》B.2作用于底板均布荷载计算表)245(tan 2ss s h r P ϕ-=土土P s—土压力强度(kN/m))h s—填土高度(m)φs—填土的内摩擦角水平土压力计算表γ土hs上hs下фs(°)45°-φ/2tan(45°-φ/2)P顶土P下土19.10 4.308.2026.00320.6232.0761.15永久荷载设计值(1)顶板自重 1.05*10=10.50kN/m(2)顶板填土自重 1.05*82.13=86.24kN/m(3)底板底面均布荷载 1.05*107.92=113.32kN/m(4)土压力设计值 1.2*32.07=38.48kN/m（侧墙上）1.2*57.8=73.38kN/m（侧墙下）四、内力计算底板均布q 1顶板均布q 2侧墙上 q 3 侧墙下 q 4加腋尺寸113.3296.7438.4873.380.25半板跨长 L 1墙跨长 L 2底板厚 d 1顶板厚 d 21.73.450.50.40.4注：下表数据随本表数据改变而改变;荷载指向涵内为正; 尺寸单位为 m ; 荷载单位为 kN 及 kN/m .结点D C杆端DBBD BA AB AC CA劲度 K 0.0060.0060.0060.003分配系数μ0.4980.5020.6630.33754.580109.161-58.94152.017-93.189-46.59513.65727.31413.858-13.85831.793-31.793-32.084-16.042A单孔箱涵弯矩分配表 弯矩单位：kN •m箱涵设计基本资料表MFB5.32110.642 5.399-5.3992.648-2.648-2.673-1.3360.4430.8870.450-0.4500.221-0.221-0.223-0.1110.0740.037弯矩合计89.24274.499-74.49973.445-73.445-66.302注：本表数据随基本资料表中数据改变而改变； 杆端DB 即底板跨中；杠端CA 即顶板跨中。
倒虹吸管的水力计算
进口渐变段长度可取上游渠道设计水深的3～5倍。
倒虹吸管出常设置消力池（可结合渐变
段布置），用以调整出口水流的流 速分布，池长一般为渠道设计水深 的3~4倍，低于下游渠底的池深（cm）
镇墩为重力式结构，靠自重维持 其稳定。对于结构计算，主要应 验算基础承载力和验算抗滑、抗 倾覆的稳定性。
镇墩除验算基础应力外，对墩身 亦应选择危险断面验算其最大及 最小应力。
29 | 倒虹吸管
谢谢大家！
当渠道与河流或道路相交，且渠道水位与河水位或路面接近同一标高， 不能采用渡槽、涵洞等 。
倒虹吸管与渡槽相比，具有工程量少、施工方便、节约劳力及材料、造 价低等优点；其缺点是水头损失大，维修管理不便。
斜管式
10 | 倒虹吸管
倒虹吸管进出口布置应满足水力条件良好、运用可靠以及稳定、防渗、防 冲、防淤等要求。
图 镇墩与管端的连接 (a)刚性连接；(b)柔性连接
白水寨压力钢管镇墩
19 | I倒虹吸管
倒虹吸管的水力计算
倒虹吸管的水力计算是根据已定的渠道流量、流速、进口渠底高程，在 水头损失许可范围内选定合理的管径，并进行出口渠底高程和进出口水 面衔接计算等。
当通过设计流量时，管内流速通常为1.5~3.0m/s，最大可达4m/s。
13 | I倒虹吸管
为适应地基不均匀沉降而引起的弯曲变形和由于温度降低和混凝土凝固 而引起的纵向收缩变形，管道应设置永久性伸缩缝，缝间设止水。
缝的间距，土基上宜取15~20m；岩基上可取10~15m。露天管取小值， 完工时及时填土的埋置管可取大值。
倒虹吸管设计计算分析
超高；Ｌ 表示进 口渐变段长度，Ｒ表示进 口弯管半
径． 单位均为 ｍ 。
（ ４ ）水位计算
水位差计算： Ｑ＝ ￣４ ２ ｇ ｚ
１
、
倒虹吸管管路布置及进 出口布置 １ ．倒虹吸管管路布置 倒虹吸管的管路布置常用 的有两种 竖井 式和斜
（ ５）
Ｌ ： （ ４～ ６） ｈ； Ｒ ＝（ ２ ． ５ ～ ４） Ｄ 。
倒虹 吸 管 就 是 以输 送 渠 道 水 流 ，穿 过 河 渠 、溪 谷 、 洼 地 、 道 路 的压 力 管 道 。常 用 的 由钢 筋 混 凝 土
倒虹吸管的水力计算， 首先要选择管 内的流速 ， 然后根 据流 速来计 算管道直径 （ Ｄ ） 、上下游 的水位
倒虹吸管设计计算分析
■ 李 进 陈飞林
伸缩节是在管道发生 热胀 冷缩效应时的装置 。排砂 闸阀可 以排除管道 的污泥和 杂物 ，其应该布置在管 身的最低处 。检修 孔是为了方便 维修而设的孔 ，可
以方 便 检 修 人 员 进 入 。
【 关键词】倒虹吸管 设计 计算
Ｌ＞（ ５ ～ ６） ｈ ：
２ ． 进 出 口布 置
是 水 位 差 ： ∑ （表 示 的是 水 头 损 失 总 和 ；
表 示 水
头 损 失 系 数 ； ＾ 能 量 损 失 的 系 数 ， ＝ 等 ； 。 管 内
直径；Ｌ 管总长度。
，
（ ２ ）管身段 管 身段 的直径 ：
Ｄ ：．
／
／ ２ ＂ Ｄ
（ ２）
（ ６）
在 倒 虹 吸 管 的 进 口段 ，应 该 布 置 的 主要 有 渐 变
段、排砂孔、控制 阀和沉砂池 。其中渐变 段是作为 上游 渠道与进 口段的沉砂池 的衔接建筑物 。排砂 孔 的 作 用 非 常 大 ，它 可 以将 沉 砂 池 的砂 定 期 进 行清 理
倒虹吸水力计算问题
μ为流量系数；L为管身长；R为管身水力半径 ；C为管身谢才系数；∑ζi
为包括出口局部水头损失系数在内的管身各项局部水头损失系数之和。
● 圆形断面倒虹吸管的水力计算
● 计算公式 圆形断面倒虹吸管可按《水工设计手册》及《倒虹吸管》介绍的方法 计算，《灌溉与排水工程设计规范》介绍的方法也与此相同。
圆形断面倒虹吸管水力计算公式如下：
●
管身弯道局部水头损失系数不同计算公式的分析比较
各种计算方法所采的各种局部水头损失系数基本相同，但所采用的弯
道损失系数计算公式有所不同 。 压力管弯道局部水头损失系数的计算公式 很多 ，计算值差别很大 。
《水力计算手册》的表1-3-4 中只列有圆形缓弯管及圆形急弯管的弯道
局部水头损失系数计算公式 。《倒虹吸管》所介绍的弯管局部水头损失系 数计算方法实际上仅适用于圆形缓弯管 ，且其值是众多弯道局部水头损失
式中：ζ6 为弯管局部水头损失系数；H 为管高；R 为弯道中心半径 ；α为 弯道中心的圆心角。
● 倒虹吸管水力计算的类型 倒虹吸管的水力计算一般有以下三种情况： (1) 已知流量及管径、管数，计算水头损失。这种情况可直接利用有 关公式一次算得各部位及总的水头损失；
(2) 已知流量及设计水头，计算管径及管数 。这是通常的一种设计情
7/2 1/ 2 D 6 0.131 0.1632 R 90
式中：ζ6 为弯道局部水头损失系数 ；D 为管径 ；R 为弯道中心半径 ；
α为弯道中心的圆心角。
●
计算公式
3．《倒虹吸管》计算公式： 《灌区水工建筑物丛书》及《取水输水建筑物丛书》的《倒虹吸管》也 基本上采用了与《水工设计手册》相同的计算方法，与其不同之处为： （1） 出口局部水头损失系数ζ出 按下式计算：
倒虹吸管设计—倒虹吸的水力计算
Q A 2gz ）。
若Z1>Z2
说明实有的水头大于所需水头，即管道进口处的水位低于上游水 位，进口水面将会产生跌落，从而管道内产生水跃，水跃的脉动和掺 气，会引起管身振动，影响正常输水。
d
2 75
]
式中：Vnp—挟沙流速，m/s; w0—泥沙沉速或动水水力粗度，cm/s; ρ—挟沙水流含沙率，以质量比计；Qnp—通过管内的相应流量，m3/s； d75—挟沙粒径，mm，以质量计小于该粒径的沙占75%。
断面尺寸
初选流速后，可按设计流量确定所需过水断面面积。
圆形管
D 4A
A Q V
箱形管
确定的下游渠底高程应尽量满足： ①通过设计流量时，进口处于淹没状态，且基本不产生雍水或降水现象； ②通过加大流量时，进口允许产生一定的雍水，但一般不宜超过30～50㎝； ③通过最小流量时（按最小不利情况输水），管内流速满足不淤流速要求， 且进口不产生跌落水跃。
按下式确定下游渠底高程：
Hd Hu hu hd h
在实际工程中，倒虹吸管的水力计算主要包括以下几种情况： ➢ 根据需要通过的流量和允许的水头损失，确定管道的断面形状和尺寸； ➢ 由允许的水头损失和初拟的断面尺寸，校核能否通过规定的流量；
➢ 由需要通过的流量及拟定的管内 流速，校核水头损失是否超过允 许值。
倒虹吸管水力计算
——倒虹吸管水力计算的方法
倒虹吸管水力计算
——倒虹吸管水力计算的任务
倒虹吸管为压力流，其流量按有压管流公式进行计算。倒虹吸管 水力计算是在渠系规划和总体布置的基础上进行，其上下游渠道的水 力要素、上游渠底高程及允许水头损失均为已知。
倒虹吸计算书
旧寨倒虹吸计算书一、基本资料设计流量：2.35 m3/s加大流量：2.94 m3/s进口渠底高程：1488.137m进口渠宽：2.0m进口渠道设计水深:1.31m加大流量水深：1.56m出口渠底高程：1487.220m进口渠道设计水深:1.43m加大流量水深：1.70m进出口渠道形式：矩形进口管中心高程：1487.385m出口管中心高程：1486.69m管径DN：1.6m二、设计采用的主要技术规范及书籍1、《灌溉与排水工程设计规范》GB50288—99；2、《水电站压力钢管设计规范》SL284—20033、《混凝土结构设计规范》SL/T191—96；4、《水工建筑物抗震设计规范》DL5073—1997；5、《小型水电站机电设计手册-金属结构》；。
6、《水力计算手册》7、《倒虹吸管》三、进口段1、渐变段尺寸确定L=C(B1-B2)或L=C1h；C取1.5～2.5；C1取3～5：h上游渠道水深；经计算取L=4m；2、进口沉沙池尺寸确定(1) 拟定池内水深H;H=h+TT=（1/3～1/4）h；T为进口渠底至沉沙池底的高差；取0.8m；(2) 沉沙池宽BB=Q/(Hv)；v池内平均流速0.25～0.5m/s；经计算取B=3.5m；(3) 沉沙池长L’L’≥（4~5）h经计算取L =8m；(4) 通气孔通气孔最小断面面积按下式计算：PC KQ A △1265；A 为通气管最小断面面积m 2；Q 为通气管进风量，近似取钢管内流量，m 3/s ；C 为通气管流量系数；如采用通气阀，C 取0.5；无阀的通气管，C 取0.7；P △为钢管内外允许压力差，其值不大于0.1N/mm 2；K 为安全系数，采用K=2.8。
经计算A=0.0294 m 2；计算管内径为0.194m ，采用D273(δ=6mm)的螺旋钢管。
四、出口段倒虹吸管出口消力池，池长L 及池深T ，按经验公式： L=(3~4)h T ≥0.5D 0+δ+0.3经计算取L =6m ，T=1.2m 。
倒虹吸管结构计算
1、基本资料洞顶填土高度 4.3m回填土容重19.1kN/m3顶板厚度0.4m底板厚度0.5m侧墙厚度0.4m砼容重25kN/m32、计算依据（1）、《水工建筑物荷载设计规范》 DL 5077-1997；（2）、《水工混凝土结构设计规范》 SL191-2008；（3）、《涵洞》取水输水建筑物丛书 P130；3、荷载计算取单宽1m计算永久荷载标准值作用于顶板的垂直均布荷载总和q 2计算考虑最不利情况，洞内无水，则作用于顶板的荷载为顶板自重及洞上填土重（1）顶板自重0.4*25=10kN/m（2）洞上填土重计算(5-3)(5-1）式中：q t2—洞顶垂直土压力强度标准值，kN/m；H d —洞顶以上填土高度，m；γ—洞顶填土重度，kN/m3；K g —垂直土压力系数，根据填土种类及比值Hd/B由表5-2查取；K s —垂直土压力系数，根据地基刚度及比值Hd/B1由表5-1查取；B 1—洞身总宽，m；B 0—洞顶处槽宽，m；因H d /Bc=4.3/16.9=0.254查表5-2得Kg=1KgγH dB 0(m)B 1(m)q t2H d /B 1q t2洞顶垂直土压力计算表11022)(B B B Hk q dg t +=γdt H Ks q γ=2119.14.312.6 3.8177.23 1.1382.13按公式5-3计算的垂直土压力强度标准值大于按式5-1计算值，则土压力强度为82.13kN/m（3）作用于底板底面垂直均布荷载总和q 1计算作用于底板底面垂直均布荷载总和q 1为地基反力与洞内水重之和，因地基反力按均匀分布考虑，底板自重及洞内水重均与其产生的地基反力相抵消，计算地基反力时只考虑顶板及侧墙重。
侧墙厚(m)侧墙高(m)侧墙重(kN)L(m)化为q 侧墙(kN/m)q 1(kN/m)0.43603.815.79107.92（4）水平土压力计算采用《砼重力坝设计规范》B.2作用于底板均布荷载计算表)245(tan 2ss s h r P ϕ-=土土P s—土压力强度(kN/m))h s—填土高度(m)φs—填土的内摩擦角水平土压力计算表γ土hs上hs下фs(°)45°-φ/2tan(45°-φ/2)P顶土P下土19.10 4.308.2026.00320.6232.0761.15永久荷载设计值(1)顶板自重 1.05*10=10.50kN/m(2)顶板填土自重 1.05*82.13=86.24kN/m(3)底板底面均布荷载 1.05*107.92=113.32kN/m(4)土压力设计值 1.2*32.07=38.48kN/m（侧墙上）1.2*57.8=73.38kN/m（侧墙下）四、内力计算底板均布q 1顶板均布q 2侧墙上 q 3 侧墙下 q 4加腋尺寸113.3296.7438.4873.380.25半板跨长 L 1墙跨长 L 2底板厚 d 1顶板厚 d 21.73.450.50.40.4注：下表数据随本表数据改变而改变;荷载指向涵内为正; 尺寸单位为 m ; 荷载单位为 kN 及 kN/m .结点D C杆端DBBD BA AB AC CA劲度 K 0.0060.0060.0060.003分配系数μ0.4980.5020.6630.33754.580109.161-58.94152.017-93.189-46.59513.65727.31413.858-13.85831.793-31.793-32.084-16.042A单孔箱涵弯矩分配表 弯矩单位：kN •m箱涵设计基本资料表MFB5.32110.642 5.399-5.3992.648-2.648-2.673-1.3360.4430.8870.450-0.4500.221-0.221-0.223-0.1110.0740.037弯矩合计89.24274.499-74.49973.445-73.445-66.302注：本表数据随基本资料表中数据改变而改变； 杆端DB 即底板跨中；杠端CA 即顶板跨中。
倒虹吸计算书
旧寨倒虹吸计算书一、基本资料设计流量：2.35 m3/s加大流量：2.94 m3/s进口渠底高程：1488.137m进口渠宽：2.0m进口渠道设计水深:1.31m加大流量水深：1.56m出口渠底高程：1487.220m进口渠道设计水深:1.43m加大流量水深：1.70m进出口渠道形式：矩形进口管中心高程：1487.385m出口管中心高程：1486.69m管径DN：1.6m二、设计采用的主要技术规范及书籍1、《灌溉与排水工程设计规范》GB50288—99；2、《水电站压力钢管设计规范》SL284—20033、《混凝土结构设计规范》SL/T191—96；4、《水工建筑物抗震设计规范》DL5073—1997；5、《小型水电站机电设计手册-金属结构》；。
6、《水力计算手册》7、《倒虹吸管》三、进口段1、渐变段尺寸确定L=C(B1-B2)或L=C1h；C取1.5～2.5；C1取3～5：h上游渠道水深；经计算取L=4m；2、进口沉沙池尺寸确定(1) 拟定池内水深H;H=h+TT=（1/3～1/4）h；T为进口渠底至沉沙池底的高差；取0.8m；(2) 沉沙池宽BB=Q/(Hv)；v池内平均流速0.25～0.5m/s；经计算取B=3.5m；(3) 沉沙池长L’L’≥（4~5）h经计算取L =8m；(4) 通气孔通气孔最小断面面积按下式计算：PC KQ A △1265；A 为通气管最小断面面积m 2；Q 为通气管进风量，近似取钢管内流量，m 3/s ；C 为通气管流量系数；如采用通气阀，C 取0.5；无阀的通气管，C 取0.7；P △为钢管内外允许压力差，其值不大于0.1N/mm 2；K 为安全系数，采用K=2.8。
经计算A=0.0294 m 2；计算管内径为0.194m ，采用D273(δ=6mm)的螺旋钢管。
四、出口段倒虹吸管出口消力池，池长L 及池深T ，按经验公式： L=(3~4)h T ≥0.5D 0+δ+0.3经计算取L =6m ，T=1.2m 。
倒虹吸管的水力计算
0.250
ζ门槽
0.100
拦污栅栅条厚度s
0.030
拦污栅间距b
0.100
拦污栅与水平面夹角a
80.000
栅条形状系数β
0.760
ζ拦污栅＝β（s/b）4/3sina
0.150
弯道损失：ζ弯道=0.073+0.073+0.073+0.071+0.034
0.324
ζ旁通管（单个为0.1）
0.100
0.100
总局部水头损失系数∑ζj
1.564
总局部水头损失hj＝∑ζjv2/2g
0.554
总水头损失z＝hj+hf
2.071
允许水头损失
1.990
所选管径不能满足要求
倒虹吸水力计算（预应力砼管D=1.9m)
1、初拟管道直径
设计流量Q
6.710
倒虹吸总长度L
334.410
材料糙率n
0.015
初选流速v'
（1）沿程水头损失
C=R1/6/n
72.949
λ=8g/c2
0.015
hf＝λL*v2/(4R*2g)
0.971
(2)局部水头损失
ζj进口
0.250
ζ门槽
0.100
拦污栅栅条厚度s
0.030
拦污栅间距b
0.100
拦污栅与水平面夹角a
80.000
栅条形状系数β
0.760
ζ拦污栅＝β（s/b）4/3sina
拦污栅间距b
0.100
拦污栅与水平面夹角a
80.000
栅条形状系数β
0.760
ζ拦污栅＝β（s/b）4/3sina
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一、水力计算
1、基本参数选择
本次计划建设那里屯反虹吸1座,管长158米,上下游水头差1.39米,设计流量0.137m3/s,设计采用Ⅰ阶段预应力承插管，管径为DN500mm，承压标准为0.6MPa。
2、水力计算
（1）不淤流速计算（采用挟砂流速）
V挟砂=｛ω06ρ0.5(4Q/πd752)1/4｝1/1.25
ω0——泥砂沉降速度，mm/s，本项目取1.07mm/s；
ρ——水流中的挟砂含量，取1%；
Q——设计流量，0.137m3/s；
π——圆周率，3.142；
d75——挟砂粒径，本次设有沉砂池，项目区为粉砂质粘土地区，不会有大的粒径通过，参考广西一些地方经验，取0.04mm；
经计算，V挟砂=0.56m/s。
（2）管内流速计算
V管=Q/πr2=0.137/(3.142×（0.5/2）2)=0.70m/s＞V挟砂=0.56m/s。
管内在设计流速情况下不会出现淤积。
（3）水头损失计算
1）沿程水头损失
H f=λV2L/（8Rg）
λ=8g/C2
C=R1/6/n
H f——沿程水头损失，m;
R——水力半径，R=D0/4=0.5/4=0.125；
D0——管道内径，D0=0.5米；
n——本项目采用钢筋砼管道，n=0.014。
V——管内流速，V=0.70m/s；
L——管道长度，158米；
经计算，H f = 1.23米。
2）局部水头损失
H j=［ξ进口+ξ拦栅+ξ弯道+ξ出口］V2/2g=［0.5+1.79+0.3×1.2×5+0.64］×0.72/(2×9.81)=0.12m。
3）总水头损∑h= H f + H j =1.35米＜1.39米，满足过流要求。
二、结构设计
管道单节管长2米，为承插管。
为防止地基不均匀沉降破坏，管道底部设30cm厚C20现浇砼管垫，管垫与管道接触处铺设油毡垫层防温变，管与管之间连接采用橡胶环止水，并设C20钢筋砼管接外包防渗，沿管长在地形剧变地段设C20砼镇墩固管；管道入口第一节管采用Dg500mm无缝钢管，在入口稍下部位设置竖向Dg200mm无缝钢管作为导气管，无缝钢管内外均采用防腐漆涂抹防锈。
管道进口前设沉砂池及控制（检修）闸，并设拦污栅，出口设置消力池与渠道相接。
沉砂池和消力池均设置钢筋焊接防护网，避免小孩或动物进入管道。
三、结构稳定计算
（一）管道承压复核
管道入口到管道埋置最低端最大水头为17.74米，则最低端内水
2=177.4KPa＜管道压强（工作压强）：P=Hγ
ω=17.74×10=177.4KN/m
设计工作水头P工=0.6MPa=600KPa。
因此，设计管道采用承压0.6MPa 是满足管道工作要求的。
（二）镇墩稳定计算
本次项目设计共有5个镇墩，选择2号墩进行受力计算，其余镇
墩按此分析。
1、作用于镇墩上的荷载
（1）直接作用于镇墩上的菏载
1）均匀内水压力产生的轴向力：
2/4
上侧：A＇P=γ
ωH1πD0
2/4
下侧：A＇P=γ
ωH2πD0
γω——水的容重，10KN/m3；
H1——镇墩上侧水头，17.46 m；
H2——镇墩下侧水头，17.74 m；
D0——管道内径，0.5 m；
计算得：A＇P=34.27KN
A＂P=34.82KN
2）弯管段水流离心力：
F=ma=G wωV2/(gR)= πD02γωLωV2/(4gR)=2γωV2πD02Sin(θ/2)/4g m——弯管段的水体质量，m=G wω/g；
G wω——弯管段水体重量，G wω=πD02γω(Lω+2b)/4，计算得G wω
=2.81KN；
L
ω——弯管段弧长，Lω=15πR/360=0.07m；
2b——减去弧段后的镇墩两侧长度，量得2b=b上+b下泉市=0.86+0.5=1.36米；
θ——弯管段中心角，量得15°；
a——离心加速度，a = V2/R=0.72/0.5=0.98；
V——管内流速，由前面得V =0.7m/S；
R——弯管段半径，量得R =0.5m；
计算得：F=2.81KN。
离心力分解为两个轴向分力： A ＇L=A ＂L=γωV 2πD 02/(4g)=0.1KN 3）镇墩自重及镇墩内水重：
镇墩自重：G Z =［(1.99×1.59×1.6+1.99×0.4×2.0)-3.14×0.52 (0.07+0.86+0.5)］×23=127.24KN
镇墩内水重: G w ω=πD 02γω(L ω+2b)/4=2.81KN （2）通过管身传给镇墩的荷载
本次设计镇墩与上下管道均为刚性连接。
1）镇墩上侧斜管传给镇墩的力： 管身自重：G c ＇=πD δγc L ＇=4.33KN δ——管壁厚度，0.05m ； D ——管身外径，0.60m ； γc ——砼容重，23KN/m 3； L ＇——管长，2.0m ；
管身自重轴向分力：Ac= G c ＇sin θ＇=4.33×sin15°=1.12KN 垂直管轴分力：N ＇c= G c ＇cos θ＇=4.33×cos15°=4.18KN 2）管内水重：
管内水重G ω＇=πD 02γωL ＇/4=3.93KN
管内水重垂直管轴分力N ＇ω= G ω＇cos θ＇=3.93×cos15°=3.80KN 3）管身摩擦力：
A ＇m =f 0(N ＇c +N ＇ω)=0.25×(4.18+3.80)=2.0KN f 0——摩擦系数，本项目为取0.25（砼与油毛毡接触）； 从计算可知，管身摩擦力A ＇m =2.0KN ＞管身自重轴向分力Ac=1.12KN ，上侧管身不会传力给镇墩。
同理，下侧管身也可以靠自身摩擦力维持稳定，不会传力给镇墩。
2、墩身稳定计算
Kc=（∑y +G）/∑x
∑x——所有水平方向作用力的合力；∑x=∑A＇cosθ＇-∑A＂cosθ＂=（34.27+0.1）×cos15°-（34.82+0.1）×cos0°=1.72KN ∑y——所有垂直方向作用力的合力；∑y=∑A＇sinθ＇+∑A＂sinθ＂=（34.27+0.1）×sin15°+（34.82+0.1）×sin0°=33.20KN G——重力，G=G Z+ G wω=130.05KN；
经计算，Kc=（33.20+130.05）/1.72=94.91≥1.2，故镇墩是稳定的。
3、地基应力计算
σmax/min=(∑y+G)/BL±6∑M/ BL2
B——镇墩底宽，B=2m；
L——镇墩底部长边， L=1.99m；
∑M——对截面形心矩，经计算得∑M =10.86KN·m；
经计算σmax/min=59.56/43.11KPa＜［σ］=280 KPa，满足地基承载要求。
同理可得1、3、4、5号墩的稳定计算承果如表5-13。
表5-13 计算镇墩稳定系数表
结论：从计算来看，各镇墩是稳定的。
(下载本文的读者，如有不清楚，可加QQ448767464)。