镇墩计算

附录C 镇墩稳定计算
C.0.1 荷载及有关系数可按表C.0.1-1～表C.0.1-3计算选用。

荷载计算
表C.0.1-1
注：表中所列公式中各符号意义如下：
q c——每米管自重(kN/m)；
L ——计算管长(m)；
ф——管轴线与水平线的夹角(°)；
D0——管道内径(m)；
D F——闸阀内径(m)；
H p——管道断面中心之计算水头(m)；
r ——水的容重(kN/m3)；
D01——水管直径变化时的最大内径(m)；
D02——水管直径变化时的最小内径(m)；
D1——伸缩接头外管内径(m)；
D2——伸缩接头内管内径(m)；
f H——管道和水的摩擦系数；
b k——伸缩节填料宽度(m)；
f k——填料与管壁摩擦系数；
f0——管壁与支墩接触面的摩擦系数，可按表C.0.1-2选用；
q s——每米管内水重(kN/m)；
V——管道中水的平均流速(m/s) ；
g——重力加速度(m/s)；
K H——水平向地震系数，可按表C.0.1-3选用；
C z——综合影响系数，取1/4；
a i——地震加速度分布系数，取1.0；
W i——集中在i点的重量(kN)。

管道与支墩接触面的摩擦系数f0值
表C.0.1-2
水平向地震系数K H值表C.0.1-3
C.0.2 镇墩稳定分析应符合下列规定：。

三 、轴向力计算1、钢管自重的轴向分力上游伸缩节处的水头~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~H1= 计算公式：A1=gt.L.sin α144.200m 下游伸缩节处的水头~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~H2=1.000m 0.3引用流量~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~Q=8.600m³/s 镇墩与上游相邻支墩的距离~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~l 1=镇墩与下游相邻支墩的距离~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~l 2=6.000m 0.150m 钢管与支墩的摩擦系数~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~f =上游计算管段的水头损失~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ hw1=伸缩节止水填料与钢管的摩擦系数~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ fk=伸缩节止水填料长度~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ b=0.3上游钢管轴线倾角~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ α1=下游钢管轴线倾角~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~α2 =9.468m 138.138m 51.000m 钢管转弯处的水头~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~H0=6.000m 上游伸缩节处的管内径~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~D01=1.600m 上游钢管内径~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ D0=上游钢管外径~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ D1=下游钢管内径~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ D=下游钢管外径~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ D2=1.632m 1.600m 二 、设计基本资料121.990m 上游钢管计算长度~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ L1=下游钢管计算长度~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ L2=0.98t/m³18.450°39.810°1.632m 1.632m 一 、设计依据及参考资料下游计算管段的水头损失~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ hw2=0.100m 钢材的重度~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ γs=7.85t/m³水的重度~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~γw= （1）设计依据：《水电站压力钢管设计规范》（SL281—2003） （2）参考资料：《水电站》（河海大学 刘启钊主编）分段式压力管道镇墩结构计算书下游伸缩节处的管内径~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~D02=1.632m式中：gt=（D12-D02）. 3.14. γs/42、钢管转弯处的内水压力计算公式：23、伸缩节边缘处的水压力计算公式：224、水流对管壁的摩擦力计算公式：25、温度变化时伸缩节填料的摩擦力计算公式：A5=D01.b.fk.γw.H.3.146、温度变化时钢管与支墩的摩擦力计算公式：A6=f.(Qp+Qw)cosα7、水在弯管处的离心力计算公式：A7=D02.γw.V2.3.14/4g8、钢管内径变化的(渐缩管)内水压力计算公式：22四、法向力计算1、管重产生的法向力Qp计算公式：Qp=gt.L.cosα2、水重产生的法向力Qw计算公式：Qw=gw.L.cosα五、合力计算1、轴向合力计算(顺水流方向为+)(垂直向下为+)2、法向合力计算(垂直向下为+)六、镇墩设计计算1、抗滑稳定计算计算公式：Kc=fz(∑Y+G)/∑X G=Kc∑X/fz-∑Y。

3038305.445312.14729.228 2.7832.3(吨/米3)20(公斤/厘米2)0.0127.85(吨/米3)钢管内径d=0.1219260.40.314159 1.786050.22495838.38335A 2`38.383355.7084734.伸缩接头边缝处的内水压力：4.70706611.4454511.7676611.4454562.352661.04929x n 54.41409x n`60.97729Xn -6.5632y n30.44591y n`2.964152Yn27.48176安全系数Kc ： 1.50-76.7057-33.3503墩底宽B=627G 设62.10.6σ最大=9.953529σ最小= 2.488382偏心距e=（吨/米2）应力皆小于地基允许应力［σ］＜20地基应力σ=（G+Yn ）*（1±6e/B ）/（A*B ）（可计算，或在力式图上量得）（吨/米2）说明：本例题采用封闭式镇墩，支承滑动式一）基本数据：镇墩中心至上游伸缩节距离L`=至下游伸缩接头距离L``=体积V=G/γ镇由此设计实际体积V 设五）地基应力校核：镇墩上游段A 1=g 管*L`*sin (α1)单位长管自重g 管=单位长管中水自重g 水= 镇 墩 计 算钢管厚度δ=二）计算作用在墩上的力：钢管容重γ管=镇墩中心处水管设计水头H 设=上游伸缩接头处设计水头H 上=下游伸缩接头H 下=2.转弯内水压力：A 2=PI*d 2*H 设*γ水/43.温度变化时，管壁与支墩面的摩擦力：A 3=f*（g 管+g 水）L`cos （α1）镇墩上游管道倾角α1=镇墩下游管道倾角α2=镇墩材料容重γ镇=镇墩地基承载力［σ］=1.钢管自重：5.温度变化时，伸缩接头边缝间摩擦力：A 8=PI*H 上*γ水*b*f（此处，取b=0.1D ，f=0.钢管与支墩面的镇墩与基础的摩f 基A 7=PI*H 上*γ水*d*δA 7`=PI*H 下*γ水*d*δ钢管直径D 镇墩下游段A 1`=g 管*L ``*sin (α2)镇墩体积V ：G=（Kc*Xn-f*Yn ）/（f*cos β+Kc*sin β）下游段合力A`：四）镇墩体积计算：镇墩与基础面夹角β：三）力的组合：上游段合力A ：A 8`=PI*H 下*γ水*b*f说明：其余力作用很小，均忽略不计。

0.451.3
860.2135.84
(m 3)
024035.841684.38
300.000.40
14.04
0.6
m
2.72
m 4.4
m 3.191
m 5.5m
计 算 成 果
抗滑稳定安全系数 …………………………………………Kc =抗滑稳定需要的体积力
计算公式：K c =f z (∑Y+G d )/∑X
式中：
由镇墩体积力计算表知，镇墩需要稳定所需的体积为：镇墩体积及几何尺寸拟定镇墩体积V d (m 3)镇墩内弯管半径ρ(m)混凝土容重γb (kN/m 3) 拟定出镇墩尺寸后，算镇墩实际重，带入运行、检修 、校核工况中镇墩抗滑稳定计算中的镇墩重量，并把镇墩相
关尺寸输入镇墩地基应力计算中核地基应力
镇墩最小宽度b=初步计算基础面宽度b 为基础面最小长度l =按裹住弯管及部分直管段要求，基础面长度应取l =
镇墩内钢管水重G W '(kN)
最小基础面积ωd (m 2
)地基允许承载力[σ]d (kPa)地基应力不均匀系数α总垂直力最大值R 1(kN)
按构造要求，钢管两侧混凝土采用0.4D 0，即b'=
注意：蓝色为输入数据，可修改；另外要注意蓝色的文字。

镇墩与地基间摩擦系数…………………………………………fz=
拟定出镇墩尺寸后，算镇墩实际重，带入运行、检修、校核工况中镇墩抗滑稳定计算中的镇墩重量，并把镇墩相关尺寸输入镇墩地基应力计算中核地基应力。

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。