祭城干渠倒虹吸极限工况设计模式应用分析

杨硕

(郑州市水利建筑勘测设计院，河南 郑州 450006)

0 引言

祭城干渠穿越贾鲁河倒虹吸位于姚店堤北公路桥旁，贾鲁河桩号40+388处，倒虹吸建于20世纪70年代，全长90.00 m，倒虹吸进口、出口均位于贾鲁河滩地内，严重影响河道行洪安全。同时闸房、闸门及启闭机老化导致工程无法正常使用。在该倒虹吸工程重建过程中应用了极限工况设计模式，现结合工程实例加以分析研究。

1 工程布置

祭城干渠重建倒虹吸，位于郑州市金水区姚店堤村北，贾鲁河桩号40+388处。倒虹吸轴线与河道中心轴线夹角∠83.280，工程总长为318.00 m，为沟埋式钢筋混凝土箱形结构，由进口连接段、进口闸室段，箱涵段，出口闸室段、出口连接段等5部分组成。上游水位86.00 m、下游水位85.75 m，上游渠底高程84.50 m、下游渠底高程84.25 m，设计流量8.96 m3/s。

2 过水流量计算

倒虹吸水力计算公式:

(1)

(2)

(3)

(4)

C=R1/6/n

(5)

式(1)、(2)、(3)、(4)、(5)中：Q—过水流量(m3)；ω—过水断面(m2)；z—进出口水位差(m)；μ—流量系数；ζf—沿程阻力系数；∑ζJ—局部阻力系数之和；L—管道全长(m);DB—管内径，取2.00 m；λ—沿程损失系数；v—管内平均流速；C—谢才系数。

经计算，倒虹吸过水流量为9.00 m3/s，满足祭城干渠穿贾鲁河倒虹吸设计流量8.96 m3/s要求。

3 荷载计算(单位长1 m)

《灌溉与排水工程设计标准》(GB50288-2018)第10.4.2条规定，根据各种荷载实际上同时出现的可能性，埋管管身计算共采用5种荷载组合，计算过程繁琐，倒虹吸设计采用极限工况，即将实际工况进行放大。工况1：河道无水，管周无水，渠道设计水位；工况2：渠道无水，河道百年校核水位(最大外水压力)，计算过程中不再考虑混凝土收缩影响和温度影响。……