1 设计基本资料1.1 工程概况基本说明某渡槽地处道观河水库北干渠3+659处，修建于1968年，原槽身为薄壳钢丝网U形槽，断面尺寸为R160+D45cm，设计流量10m3/s，是东部农田灌溉和几万人畜饮水的咽喉之地。

1.1.1 灌区水文基本情况灌区属亚热带季风气候，四季分明。

据新洲区城关气象站资料统计，多年平均气温16.3℃，极端最高气温39.7℃，最低气温-14.3℃。

多年平均日照时数2081h，无霜期230~250天。

多年平均降雨量1199.5mm，最大降雨量2265.2mm（1954年），最小降雨量619.8mm（1978年）。

降雨量年变化较悬殊，年内分配不均，灌溉季节5~9月份占全年的65%。

多年平均蒸发量1456mm。

从气象特征看，降雨量较丰沛，雨热同期，日照充足，有利于灌区农作物生长。

灌区内举水及其支流，径流年内、年际变化与降雨基本一致。

灌区多年平均径流深455.8mm，最小年径流深仅124.8mm。

举水干流柳子港站（集水面积2997 km2），多年平均径流量14.5亿m3，最小年仅3.9亿m3。

1.1.2 场地位置及地形地貌特征渡槽坐落在某上，某宽约73m，河床高程49.50~50.80m，河岸高程51.50~53.90m。

渡槽两侧为岩石山体，山体斜坡40~55°，两侧山体较稳定。

1.1.3 场地岩土层分布特征通过现场地质测绘、槽探及坑探，并结合原渡槽施工地质资料，将渡槽场址区地层共分为四层，其岩土层描述为：（1）粗砂夹砾卵石（Q4al）褐~灰褐色，松散~稍密，饱和，砾卵石的主要成分为石英，次棱角~次圆状，砾卵石含量30~45%，一般粒径3~5cm，最大粒径12~15cm。

厚度为1.80~3.60m，平均厚度2.65m。

（2）粘土夹碎石（Q3al）褐~黄褐色，可塑，湿，碎石主要成分为石英，棱角状，碎石含量10~20%，一般粒径2~3cm，最大粒径6~8cm，标贯击数N =12~16击。

厚度为2.10~8.90m，平均厚度6.73m，顶板埋深为0.00~3.60m。

（3-1）强风化片麻岩（P t t）灰白色，主要由长石、石英、云母等矿物组成，变晶结构，片麻状构造，风化较强烈，裂隙发育，可掰开，岩芯采取率75~85%，RQD值40~50%。

厚度为1.60~2.30m，平均厚度1.95m，顶板埋深为0.00~12.30m。

（3-2）弱风化片麻岩（P t t）灰白色，主要由长石、石英、云母等矿物组成，岩性较完整，较硬，岩心呈10~15cm 的柱状，岩芯采取率80~90%，RQD值70~80%。

顶板埋深1.60~14.10m，最大揭露厚度为9.20m。

1.1.4 场区岩土层工程特性分析与评价（1）层粗砂夹砾卵石结构较松散，厚薄不一，所夹砾卵石含量不均，该层不宜作为新建渡槽的基础持力层。

（2）层粘土夹碎石呈可塑状，强度偏低，压缩性偏高，该层不宜作为新建渡槽的基础持力层。

（3-1）层强风化片麻岩强度较高，压缩性低，但厚度较薄，其工程特性一般。

（3-2）层弱风化片麻岩强度高，压缩性低，分布较均匀，揭示厚度大，较完整，为新建渡槽理想的桩基础持力层。

岩土层物理力学性质如表1.1所示。

表1. 1 岩土层物理力学性质1.1.5 渠道及建筑物主要工程地质问题评价原渡槽基础为天然浅基础，由于受河水山洪冲刷，原基础外露、失稳，使渡槽开裂、错位，故新建渡槽位于河床段应采用桩基，桩型选用钻孔灌注桩，并以（3-2）层弱风化片麻岩作为桩端持力层。

对于渡槽两端的墩台，由于基岩直接出露，且受洪水冲刷作用小，其基础仍可天然浅基础，以（3-1）层强风化片麻岩或（3-2）层弱风化片麻岩作为基础持力层。

根据湖北省《建筑地基基础技术规范》并结合已有的建筑经验，提出钻孔灌注桩桩侧土摩阻力特征值q sia和桩端土阻力特征值q pa如下表1.2所示。

表1. 2钻孔灌注桩设计参数表按规范要求单桩承载力的取值应以现场载荷试验资料为准。

1.1.6 上下游渠道资料=10m3/s，Q加大=12m3/s，上游渠底高程为60.32m，下游渠底高程为60.17m，Q设i=1/10000。

上游渠底宽B1=5m，边坡系数m=1.0,下游渠底宽B2=6m, 边坡系数m1=1.0，m2=1.2，糙率n=0.017。

上、下游过水断面水力要素如表1.3和1.4所示。

表1. 3上游渠道过水断面水力要素表表1. 4下游渠道过水断面水力要素表1.1.7 建筑材料资料钢筋混凝土重度γc=25kN/m3,Ⅰ级钢筋HPB235强度设计值f y=f y’=210MPa,钢筋弹性模量Es=2.1×105 N/mm2,Ⅱ级钢筋HRB335抗拉强度设计值f y= f y’300MPa, 钢筋弹性模量Es=2.0×105 N/mm2。

钢筋混凝土构建在二类环境条件下的最大裂缝宽度限值ωlim=0.30mm。

混凝土特性指标如表1.5所示：表1. 5混凝土特性指标1.1.8 洪水1.1.7.1 渠道及建筑物级别根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2000）、《灌溉与排水工程设计规范》（GB50288-99），举水灌区设计灌溉面积35.43万亩，属III等工程，干渠渠道及渠系主要建筑物为4级，其它及临时工程均为5级。

1.1.7.2 设计洪水标准根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》(SL252-2000)，渠系排洪建筑物（泄洪闸）的洪水标准总干渠为10年一遇。

1.2 工程存在的主要问题1.2.1 槽身的主要问题槽身主要问题如下表1.6所示：1.2.2 排架的主要问题排架主要问题如下表1.7所示：1.2.3 基础的主要问题基础的主要问题如表1.8所示：表1. 8 基础的主要问题经过近二十年来的运行，原补强玻璃钢基本老化，钢丝网严重外露锈蚀，槽身薄壳混凝土严重老化，排架严重倾斜，槽身局部破损，过水能力降低，且槽身为双悬臂，悬臂较长，连接缝位移较大，已无法满足正常供水的要求，为病险建筑物，严重影响东部经济效益的正常发挥，决定对其拆除重建。

2 渡槽的水力设计2.1 进出口段的形式和布置进出口采用直线型扭曲面，进口收缩角取θ1＝11°，出口扩散角取θ2=10°。

进口渐变段长度1L 和出口渐变段长度2L 可按下列公式计算1111()cot 2L B B θ=- （2-1）2221()cot 2L B B θ=-（2-2）式中：、分别为进口渐变段前、出口渐变段后渠道水面宽度；B 为渡槽槽身水面宽度；θ1为进口水流收缩角，即进口渐变段中一侧水边线与轴线的交角，取θ1＝11°；θ2为出口水流扩散角，即出口渐变段中，一侧水边线与轴线的交角，取为θ2=10°。

2.2 槽底纵坡i ,槽身净宽B 和净深H 的设计首先，根据加大流量Q m 按计算到拉杆底面的满槽水情况拟定i 、B 和H 。

根据渡槽长度和上下游渠道渠底高程，选定渡槽纵坡i =1/800，槽壁糙率n =0.015。

因槽身跨度较大，宜采用较大的深宽比H/B 。

由于初拟渡槽长度为163m ，大于15进水渠道水深,为长渡槽，按明渠均匀流公式验算槽身过水能力。

Q Ri =（2-3）其中：Q 为渡槽的过水流量; A 为槽身过水断面面积； R 为水力半径； i 为槽底比降。

经试算，槽身净宽b =2.87m,通过加大流量时槽内水深h =2.01m 。

过水断面面积A =2.87×2.01=5.7687m 2, 湿周χ=2.87+2.01×2=6.89m, 水力半径R =A/χ=0.837m流量Q =12.07m 3/s,略大于加大流量Q 加大=12m 3/s ，故满足要求。

按b =2.87m,计算通过设计流量时的水深。

设h =1.74m,则过水断面面积A =1.74×2.87=2m 2, 湿周χ=2.87+1.74×2=6.35m, 水力半径R =A/χ=0.786m,流量Q =10.03m 3/s,略大于加大流量Q 设计=10m 3/s ，可以满足要求。

试算数据如表2.1所示：表2. 1 渡槽设计水深确定表i B n h q 设计流量 0.00125 2.87 0.015 1.62 9.134073 10 0.00125 2.87 0.015 1.65 9.356571 10 0.00125 2.87 0.015 1.67 9.505317 10 0.001252.870.0151.7410.02844102.3 水头损失及进出口高程的确定按渡槽通过设计流量Q 设计=10m 3/s 计算，设计水深h 设计=1.74m 2.3.1 进口渐变段水面降落值22111121(1 ) (- )2Z v v g J L ζ-=++⨯∑ （2-4）式中：v 、分别为渡槽槽身内流速、进口渐变段始端上游渠道断面平均流速，m/s;1ζ∑为进口渐变段局部水头系数之和；12J -为进口渐变段的平均水力坡降； 1L 为进口渐变段长度，m 。

其中1L =5.48m ，1ζ∑ =0.1。

21224/3121212()Qn J A R ----=（2-5）其中：1-21()2n n n =+上游渠道渡槽1-21()2A A A =+上游渠道渡槽1-21()2R R R =+上游渠道渡槽进口渐变段水力坡降计算结果如下表2.2所示：表2. 2 上游渐变段纵坡推求表n 渠道 n 渡槽 A 渠道 A 渡槽 R 渠道 R 渡槽 Q 纵坡J 0.00010.015014.584.991.270.7910.00.0001进口渐变段水面降落值计算结果如表2.3所示：表2. 3 进口渐变段水面降落值推求表渠道流速v 1 渡槽流速v 进口水头损失系数纵坡J 1 渐变段长度L 1Z 1 0.6862.0021.10.00015.4790.1992.3.2 槽身段水面降落值2Z iL =（2-6）代入数据计算得 2Z =0.204m 2.3.3 出口渐变段水面降落值22322342(1 ) (- )2Z v v g J L ζ-=++⨯∑ （2-7）式中：v 、分别为渡槽槽身内流速、出口渐变段始端上游渠道断面平均流速，m/s;2ζ∑为进口渐变段局部水头系数之和；3-4J 为进口渐变段的平均水力坡降；2L 为进口渐变段长度，m 。

其中2L =8.876m,2ζ∑=0.5。

23-424/33-43-43-4()Qn J A R =（2-8）其中：3-41()2n n n =+下游渠道渡槽3-41()2A A A =+下游渠道渡槽3-41()2R R R =+下游渠道渡槽出口渐变段水力坡降计算结果如表2.4所示：表2. 4 下游渐变段纵坡推求表n 渠道 n 渡槽 A 渠道 A 渡槽 R 渠道 R 渡槽 Q 纵坡J 0.00010.015014.564.991.280.7910.00.0001出口渐变段水面降落值计算结果如表2.5所示：表2. 5 出口渐变段水面降落值推求表渠道流速v 2 渡槽流速v 进口水头损失系数纵坡J 2 渐变段长度L 1Z 3 0.6872.0020.50.00018.8760.0912.3.4 总水头损失△Z123Z Z Z Z ∆=+-（2-9）求得Z ∆=0.312 m 略小于允许的水头损失[Z ∆]=0.4m ，满足设计要求。