第八章渠系建筑物 第一节渠道与渠首工程 渠道 灌溉渠道一般可分为干、支、斗、农四级固定渠道。干、支渠主要起输水作用,称为输 水渠道:斗农渠主要起配水作用,称为配水渠道 (一)渠道的布置 ●地形条件:在平原地区,渠道路线最好是直线。在山坡地区,渠线应尽量沿等高线方 向布置,以免过大的挖填方量。 ●地质条件:渠道线路应尽量避开渗漏严重、流沙、泥泽、滑坡以及开挖困难的岩层地 带 ●施工条件:施工时的交通运输、水和动力供应、机械施工场地、取土和弃土的位置等 条件。 ●管理要求:渠道布置要和行政区划与土地利用规划相结合,以便于管理和维护, (二)渠道的纵横断面设计 1.渠道横断面 ●渠道横断面尺寸,应根据水力计算确定。 ●渠道横断面的形状,常用梯形,它便于施工,并能保持渠道边坡的稳定, 2.渠道的纵断面 ●根据灌溉水位要求确定渠道的空间位置。 、无坝渠首枢纽 (一)位于弯道凹岸的取水枢纽 适用条件:河岸稳定、引水量小于河道流量的25%~35% 枢纽组成:拦沙坎、进水闸、引水渠、沉沙池等。结合图8-3讲述。 ●布置要点:取水口的位置设在弯道顶点以下水深最深的地方:引水角一般采用30 (二)、导流堤式取水枢纽 ●适用条件:在不稳定的河道上或坡降较陡的山区河流,引取流量较大时使用。 ●枢纽组成:导流堤、泄水冲沙闸、进水闸。结合图8-4讲述 (三)、引水渠式取水枢纽 ●适用条件:为防止河岸冲刷变形影响时采用 ●枢纽组成:引水渠、拦沙坎、冲沙闸、进水闸。结合图8-5讲述 (四)、多首制取水枢纽 ●多首制取水枢纽适用于不稳定的多泥沙河流上,尤其是山麓性河流。结合图8-6讲 三、有坝渠首枢纽
第 八 章 渠系建筑物 第一节 渠道与渠首工程 一、渠道 灌溉渠道一般可分为干、支、斗、农四级固定渠道。干、支渠主要起输水作用，称为输 水渠道；斗农渠主要起配水作用，称为配水渠道。 （一）渠道的布置 ●地形条件：在平原地区，渠道路线最好是直线。在山坡地区，渠线应尽量沿等高线方 向布置，以免过大的挖填方量。 ●地质条件：渠道线路应尽量避开渗漏严重、流沙、泥泽、滑坡以及开挖困难的岩层地 带。 ●施工条件：施工时的交通运输、水和动力供应、机械施工场地、取土和弃土的位置等 条件。 ●管理要求：渠道布置要和行政区划与土地利用规划相结合，以便于管理和维护。 （二） 渠道的纵横断面设计 1．渠道横断面 ●渠道横断面尺寸，应根据水力计算确定。 ●渠道横断面的形状，常用梯形，它便于施工，并能保持渠道边坡的稳定， 2．渠道的纵断面 ●根据灌溉水位要求确定渠道的空间位置。 二、无坝渠首枢纽 （一）位于弯道凹岸的取水枢纽 ●适用条件：河岸稳定、引水量小于河道流量的 25%~35%。 ●枢纽组成：拦沙坎、进水闸、引水渠、沉沙池等。结合图 8—3 讲述。 ●布置要点：取水口的位置设在弯道顶点以下水深最深的地方；引水角一般采用 30°～ 50°。 （二）、导流堤式取水枢纽 ●适用条件：在不稳定的河道上或坡降较陡的山区河流，引取流量较大时使用。 ●枢纽组成：导流堤、泄水冲沙闸、进水闸。结合图 8—4 讲述。 （三）、引水渠式取水枢纽 ●适用条件：为防止河岸冲刷变形影响时采用。 ●枢纽组成：引水渠、拦沙坎、冲沙闸、进水闸。结合图 8—5 讲述。 （四）、多首制取水枢纽 ●多首制取水枢纽适用于不稳定的多泥沙河流上，尤其是山麓性河流。结合图 8—6 讲 述 三、有坝渠首枢纽
(一)沉沙槽式取水枢纽 ●枢纽组成:雍水建筑物、导流墙、冲沙闸、沉沙槽及进水闸等。结合图8-7讲述 ●布置要点:溢流坝坝顶高程以满足引水要求为准,坝顶长度取决于泄洪时上游水位的 限制;引水角一般约为45°角,进水闸底板应高出沉沙槽底板1.0~1.5m;冲沙闸必须有 定的过水能力以增加冲沙效果和控制流向:;沉沙槽的布置不仅要考虑沉沙所需要的容积,而 且还要考虑冲沙防沙的效果。 700 1:1.5-1:2 I 底流向 (二)冲沙廓道式取水枢纽 ●适用条件:来水量比较丰富、用水保证率高的情况。 ●枢纽组成:拦河闸(坝)、冲沙闸、进水闸及冲沙廓道。结合图8-8讲述 布置要点:按照进水闸的布置位置分为侧面引水式和正面引水式两种布置形式:廓道 的断面形状最好为矩形,底部和侧墙都应用耐磨材料衬砌, I一I剖面 三)人工弯道式取水枢纽 ●适用条件:在我国新疆地区被广泛采用 ●枢纽组成:人工引水弯道、进水闸、冲沙闸、泄洪闸、下游排沙道 以图8-9为实例讲述
（一）沉沙槽式取水枢纽 ●枢纽组成：雍水建筑物、导流墙、冲沙闸、沉沙槽及进水闸等。结合图 8—7 讲述。 ●布置要点：溢流坝坝顶高程以满足引水要求为准，坝顶长度取决于泄洪时上游水位的 限制；引水角一般约为 45°角，进水闸底板应高出沉沙槽底板 1.0～1.5m；冲沙闸必须有一 定的过水能力以增加冲沙效果和控制流向；沉沙槽的布置不仅要考虑沉沙所需要的容积，而 且还要考虑冲沙防沙的效果。 （二）冲沙廓道式取水枢纽 ●适用条件：来水量比较丰富、用水保证率高的情况。 ●枢纽组成：拦河闸（坝）、冲沙闸、进水闸及冲沙廓道。结合图 8—8 讲述。 ●布置要点：按照进水闸的布置位置分为侧面引水式和正面引水式两种布置形式；廓道 的断面形状最好为矩形，底部和侧墙都应用耐磨材料衬砌。 （三）人工弯道式取水枢纽 ●适用条件：在我国新疆地区被广泛采用。 ●枢纽组成：人工引水弯道、进水闸、冲沙闸、泄洪闸、下游排沙道 以图 8—9 为实例讲述
渠首位置 4 (四)底栏栅式取水枢纽 ●适用条件:坡陡流急和河床为卵石、砾石且推移质细颗粒不太多的山溪性河道 ●枢纽组成:底栏栅坝、泄洪排沙闸、溢流坝、拦沙坎、导流堤 以图8-10为实例讲述 河岸线 进水闸 拦沙坎 可岸线
（四）底栏栅式取水枢纽 ●适用条件：坡陡流急和河床为卵石、砾石且推移质细颗粒不太多的山溪性河道。 ●枢纽组成：底栏栅坝、泄洪排沙闸、溢流坝、拦沙坎、导流堤 以图 8—10 为实例讲述
第二节渡植(一) 渡槽的作用与组成 ●作用:渡槽是输送水流跨越渠道、河流、道路、山冲、谷口等的架空输水建筑物。当 挖方渠道与冲沟相交时,为避免山洪及泥沙入渠,还可在渠道上面修建排洪渡槽,用来排泄 冲沟来水及泥沙 ●组成:渡槽由槽身、支承结构、基础及进出口建筑物等部分组成。槽身置于支承结构 上,槽身重及槽中水重通过支承结构传给基础,再传至地基 渡槽一般适用于渠道跨越深宽河谷且洪水流量较大、渠道跨越广阔滩地或洼地等情况 它比倒虹吸管水头损失小,便利通航,管理运用方便,是交叉建筑物中采用最多的一种型式。 渡槽的类型 渡槽根据其支承结构的情况,分为梁式渡槽和拱式渡槽两大类。 (一)梁式渡槽 梁式渡槽槽身置于槽墩或排架上,其纵向受力和梁相同,故称梁式渡槽。槽身在纵向均 匀荷载作用下,一部分受压,一部分受拉,故常采用钢筋混凝土结构。为了节约钢筋和水泥 用量,还可采用预应力钢筋混凝土及钢丝网水泥结构,跨度较小的槽身也可用混凝土建造。 200101201201201011 进口渠道 伸缩缝 出口渐变段出口渠道 洪水位∥单排架 原地面线暗排水明排水凸表层排水 基础 ●简支梁式:优点是结构简单,施工吊装方便,接缝处止水构造简单。缺点是跨中弯矩 较大,底板受拉,对抗裂防渗不利。常用跨度是8~15m,其经济跨度大约为墩架高度的0.8 倍 ●双悬臂梁式:根据其悬臂长度的不同,又可分为等跨双悬臂式和等弯矩双悬臂式。等 跨双悬臂式,在纵向受力时,其跨中弯矩为零,底板承受压力,有利于抗渗。等弯矩双悬臂 式,跨中弯矩与支座弯矩相等,结构受力合理,但需上下配置受力筋及构造筋,总配筋量常 大于等跨双悬臂式,不一定经济,且由于跨度不等,对墩架工作不利,故应用不多。双悬臂 梁式渡槽因跨中弯矩较简支梁小,每节槽身长度可为25~40m,但其重量大,整体预制吊装 困难,当悬臂顶端变形或地基产生不均匀沉陷时,接缝处止水容易被拉裂 ●单悬臂式:一般用在靠近两岸的槽身或双悬臂梁式相简支梁式过渡时采用 (二)拱式渡槽 1、特点 拱式渡槽的主要承重结构是拱圈。槽身通过拱上结构将荷载传给拱圈,它的两端支承在 槽墩或槽台上。拱圈的受力特点是承受以压力为主的内力,故可应用石料或混凝土建造,并 可用于较大的跨度。但拱圈对支座的变形要求严格。对于跨度较大的拱式渡槽应建筑在比较 坚固的岩石地基上 2、类型 ●石拱渡槽:主拱圈为一实体的矩形截面的板拱,一般用粗料石砌筑。其优点是就地取 材,节省钢筋,结构简单,便于施工,缺点是自重大,对地基要求高,施工时需较多木料搭 设拱架
第二节 渡槽（一） 一、渡槽的作用与组成 ●作用：渡槽是输送水流跨越渠道、河流、道路、山冲、谷口等的架空输水建筑物。当 挖方渠道与冲沟相交时，为避免山洪及泥沙入渠，还可在渠道上面修建排洪渡槽，用来排泄 冲沟来水及泥沙。 ●组成：渡槽由槽身、支承结构、基础及进出口建筑物等部分组成。槽身置于支承结构 上，槽身重及槽中水重通过支承结构传给基础，再传至地基。 渡槽一般适用于渠道跨越深宽河谷且洪水流量较大、渠道跨越广阔滩地或洼地等情况。 它比倒虹吸管水头损失小，便利通航，管理运用方便，是交叉建筑物中采用最多的一种型式。 二、渡槽的类型 渡槽根据其支承结构的情况，分为梁式渡槽和拱式渡槽两大类。 (一)梁式渡槽 梁式渡槽槽身置于槽墩或排架上，其纵向受力和梁相同，故称梁式渡槽。槽身在纵向均 匀荷载作用下，一部分受压，一部分受拉，故常采用钢筋混凝土结构。为了节约钢筋和水泥 用量，还可采用预应力钢筋混凝土及钢丝网水泥结构，跨度较小的槽身也可用混凝土建造。 ●简支梁式：优点是结构简单，施工吊装方便，接缝处止水构造简单。缺点是跨中弯矩 较大，底板受拉，对抗裂防渗不利。常用跨度是 8～15m，其经济跨度大约为墩架高度的 0.8～ 1.2 倍。 ●双悬臂梁式：根据其悬臂长度的不同，又可分为等跨双悬臂式和等弯矩双悬臂式。等 跨双悬臂式，在纵向受力时，其跨中弯矩为零,底板承受压力，有利于抗渗。等弯矩双悬臂 式，跨中弯矩与支座弯矩相等，结构受力合理，但需上下配置受力筋及构造筋，总配筋量常 大于等跨双悬臂式，不一定经济，且由于跨度不等，对墩架工作不利，故应用不多。双悬臂 梁式渡槽因跨中弯矩较简支梁小，每节槽身长度可为 25～40m，但其重量大，整体预制吊装 困难，当悬臂顶端变形或地基产生不均匀沉陷时，接缝处止水容易被拉裂。 ●单悬臂式：一般用在靠近两岸的槽身或双悬臂梁式相简支梁式过渡时采用。 (二)拱式渡槽 1、特点 拱式渡槽的主要承重结构是拱圈。槽身通过拱上结构将荷载传给拱圈，它的两端支承在 槽墩或槽台上。拱圈的受力特点是承受以压力为主的内力，故可应用石料或混凝土建造，并 可用于较大的跨度。但拱圈对支座的变形要求严格。对于跨度较大的拱式渡槽应建筑在比较 坚固的岩石地基上。 2、类型 ●石拱渡槽：主拱圈为一实体的矩形截面的板拱，一般用粗料石砌筑。其优点是就地取 材，节省钢筋，结构简单，便于施工，缺点是自重大，对地基要求高，施工时需较多木料搭 设拱架
●肋拱渡槽:主拱圈是2~4根拱肋组成,拱肋间用横系梁连结以加强拱肋整体性,保 证拱肋的横向稳定。肋拱渡槽一般采用钢筋混凝土结构,对于大中跨径的肋拱结构可分段预 制吊装拼接,无需支架施工。这种型式的渡槽外形轻巧美观,自重较轻,工程量小,但钢筋 用量较多。 ●双曲拱渡槽:主要拱圈由拱肋、拱波、拱板和横系梁(横隔板)等组成(如图8-15)。 因主拱圈沿纵向和横向都呈拱形,故称为双曲拱。双曲拱能双充分发挥材料的抗压性能,造 型美观,此外,主拱圈可分块预制,吊装施工,既节省搭设拱架所需的木料,又不需要较多 的钢筋,适用于修建大跨径渡槽 三、渡槽的总体布置 (一)渡槽总体布置的基本要求 流量、水位满足灌区需要:槽身长度短,基础、岸坡稳定,结构选型合理:进出口顺直 通畅,避免填方接头;少占农田,交通方便,就地取材等。 总体布置的步骤,一般是先根据规划阶段初选槽址和设计任务,在一定范围内进行调查 和勘探工作,取得较为全面的地形、地质、水文气象、建筑材料、交通要求、施工条件、运 用管理要求等基本资料,然后在全面分析基本资料的基础上,按照总体布置的基本要求,提 出几个布置方案,经过技术经济比较,选择最优方案。 (二)槽址选择 ●应结合渠道线路布置,尽量利用有利的地形、地质条件,以便缩短槽身长度,减少基 础程量,降低墩架高度 槽轴线力求短直,进出口要避免急转弯并力求布置在挖方渠道上 ●跨越河流的渡槽,槽轴线应与河道水流方向正交,槽址应位于河床及岸坡稳定、水流 顺直的地段,避免选在河流转弯处。 ●少占耕地,少拆迁民房,并尽可能有较宽敞的施工场地,争取靠近建筑材料产地,以 便就地取材。 ●交通方便,水电供应条件较好,有利于管理维修。 (三)渡槽选型 ●地形、地质条件:地形平坦、槽高不大时,一般采用梁式渡槽,施工与吊装均比较方 便;对于窄深的山谷地形,当两岸地质件较好,有足够的强度与稳定性时,宜建大跨度拱式 渡槽,避免很高的中间墩架;地形、地质条件比较复杂时,应作具体分析。 ●建筑材料:建筑材料方面,应贯彻就地取材和因材设计的原则,结合地形地质及施工 等其它条件,采用经济合理的结构型式 ●施工条件:应尽可能采用预制构件进行装配的结构型式,以加快施工速度,节省劳力 同一渠系有几个渡槽时,应尽量采用同一种结构型式。 (四)进出口段布置
●肋拱渡槽：主拱圈是 2～4 根拱肋组成，拱肋间用横系梁连结以加强拱肋整体性，保 证拱肋的横向稳定。肋拱渡槽一般采用钢筋混凝土结构，对于大中跨径的肋拱结构可分段预 制吊装拼接，无需支架施工。这种型式的渡槽外形轻巧美观，自重较轻，工程量小，但钢筋 用量较多。 ●双曲拱渡槽：主要拱圈由拱肋、拱波、拱板和横系梁（横隔板）等组成（如图 8—15）。 因主拱圈沿纵向和横向都呈拱形，故称为双曲拱。双曲拱能双充分发挥材料的抗压性能，造 型美观，此外，主拱圈可分块预制，吊装施工，既节省搭设拱架所需的木料，又不需要较多 的钢筋，适用于修建大跨径渡槽。 三、渡槽的总体布置 （一）渡槽总体布置的基本要求 流量、水位满足灌区需要；槽身长度短，基础、岸坡稳定，结构选型合理；进出口顺直 通畅，避免填方接头；少占农田，交通方便，就地取材等。 总体布置的步骤，一般是先根据规划阶段初选槽址和设计任务，在一定范围内进行调查 和勘探工作，取得较为全面的地形、地质、水文气象、建筑材料、交通要求、施工条件、运 用管理要求等基本资料，然后在全面分析基本资料的基础上，按照总体布置的基本要求，提 出几个布置方案，经过技术经济比较，选择最优方案。 （二）槽址选择 ●应结合渠道线路布置，尽量利用有利的地形、地质条件，以便缩短槽身长度，减少基 础程量，降低墩架高度。 ●槽轴线力求短直，进出口要避免急转弯并力求布置在挖方渠道上。 ●跨越河流的渡槽，槽轴线应与河道水流方向正交，槽址应位于河床及岸坡稳定、水流 顺直的地段，避免选在河流转弯处。 ●少占耕地，少拆迁民房，并尽可能有较宽敞的施工场地，争取靠近建筑材料产地，以 便就地取材。 ●交通方便，水电供应条件较好，有利于管理维修。 （三）渡槽选型 ●地形、地质条件：地形平坦、槽高不大时，一般采用梁式渡槽，施工与吊装均比较方 便；对于窄深的山谷地形，当两岸地质件较好，有足够的强度与稳定性时，宜建大跨度拱式 渡槽，避免很高的中间墩架；地形、地质条件比较复杂时，应作具体分析。 ●建筑材料：建筑材料方面，应贯彻就地取材和因材设计的原则，结合地形地质及施工 等其它条件，采用经济合理的结构型式。 ●施工条件：应尽可能采用预制构件进行装配的结构型式，以加快施工速度，节省劳力。 同一渠系有几个渡槽时，应尽量采用同一种结构型式。 （四）进出口段布置
●平流段:进出口前后的渠道上应有一定长度的直线段。渡槽进出口渠道的直线段与槽 身连接,在平面布置上要避免急剧转弯,防止水流条件恶化,影响正常输水,造成冲刷现象, 对于流量较大、坡度较陡的渡槽,尤其要注意这一问题。 ●渐变段:渠道与渡槽的过水断面,在形状和尺寸上均不相同,为使水流平顺衔接,渡 槽进出口均需设置渐变段。渐变段的形状以扭曲面形式水流条件较好,应用较多:八字墙式 施工简单,小型渡槽使用较多。渐变段的长度L通常采用经验公式计算 L,=c(B1-B2) 对于中小型渡槽,出口渐变段长度也可取L1≥4hl,hl为上游渠道水深:出口渐变段长 度取为L2≥6h2,h2为出口渠道水深 ●护底与护坡:设置护底与护坡,防止冲刷 (五)基础布置 渡槽基础的类型较多,根据埋置深度可分为浅基础及深基础,埋置深度小于5m时为深 基础。应结合渡槽型式选定基础结构的型式,基础结构的布置尺寸须在槽墩或槽架布置的基 础上确定。对于浅基础,基底面高程(或埋置深度)应根据地形、地质等条件选定 ●冰冻地区:基底面埋入冰冻层以下不少于0.3m,以免因冰冻而降低地基承载力。 ●耕作区:耕作地内的基础,基顶面以上至少要留有05~0.8m的覆盖层,以利耕作。 ●软弱地基上:基础埋置深度一般在1.5~20米左右,如果地基的允许承载力较低时, 可采取增加埋深或加大基底面尺寸的办法以满足地基承载力的要求。当上层地基土的承载能 力大于下层时,宜利用上层土作持力层,但基底面以下的持力层厚度应不小于1.0米 ●坡地上的基础:基底面应全部置于稳定坡线之下,并应削除不稳定的坡土和岩石以保 证工程的安全。河槽中受到水流冲刷的基础,基顶面应埋入最大冲刷深度之下以免基底受到 淘刷危及工程的安全。对于深基础,计算的入土深度应从稳定坡线、耕作层深、最大冲刷深 度等处算起,以确保深基础的承载能力。最大冲刷深度的计算可参考有关书籍和资料
●平流段：进出口前后的渠道上应有一定长度的直线段。渡槽进出口渠道的直线段与槽 身连接，在平面布置上要避免急剧转弯，防止水流条件恶化，影响正常输水，造成冲刷现象， 对于流量较大、坡度较陡的渡槽，尤其要注意这一问题。 ●渐变段：渠道与渡槽的过水断面，在形状和尺寸上均不相同，为使水流平顺衔接，渡 槽进出口均需设置渐变段。渐变段的形状以扭曲面形式水流条件较好，应用较多；八字墙式 施工简单，小型渡槽使用较多。渐变段的长度 Lj 通常采用经验公式计算： ( ) B1 B2 L c j = − 对于中小型渡槽，出口渐变段长度也可取 L1≥4h1,h1 为上游渠道水深；出口渐变段长 度取为 L2≥6h2,h2 为出口渠道水深。 ●护底与护坡：设置护底与护坡，防止冲刷。 （五）基础布置 渡槽基础的类型较多，根据埋置深度可分为浅基础及深基础，埋置深度小于 5m 时为深 基础。应结合渡槽型式选定基础结构的型式，基础结构的布置尺寸须在槽墩或槽架布置的基 础上确定。对于浅基础，基底面高程（或埋置深度）应根据地形、地质等条件选定。 ●冰冻地区：基底面埋入冰冻层以下不少于 0.3m,以免因冰冻而降低地基承载力。 ●耕作区：耕作地内的基础，基顶面以上至少要留有 0.5 ～ 0.8m 的覆盖层，以利耕作。 ●软弱地基上：基础埋置深度一般在 1.5～2.0 米左右，如果地基的允许承载力较低时， 可采取增加埋深或加大基底面尺寸的办法以满足地基承载力的要求。当上层地基土的承载能 力大于下层时，宜利用上层土作持力层，但基底面以下的持力层厚度应不小于 1.0 米。 ●坡地上的基础：基底面应全部置于稳定坡线之下，并应削除不稳定的坡土和岩石以保 证工程的安全。河槽中受到水流冲刷的基础，基顶面应埋入最大冲刷深度之下以免基底受到 淘刷危及工程的安全。对于深基础，计算的入土深度应从稳定坡线、耕作层深、最大冲刷深 度等处算起，以确保深基础的承载能力。最大冲刷深度的计算可参考有关书籍和资料
第二节渡檜(二) 四、渡槽的水力计算 渡槽水力计算的目的,就是确定渡槽底纵坡、横断面尺寸和进出口高程,校核水头损失 是否满足渠系规划要求 (一)植身断面尺寸的确定 ●计算公式选用:槽身过水断面尺寸,一般依据渡槽的设计流量按照水力学公式进行计 算。当槽身长度L大于15~20倍的水深h时,按明渠均匀流公式计算;当L小于是15~20 倍水深时,按淹没宽顶堰公式计算 ●参数的选定:槽身糙率对过水断面积及水流状态影响较大,应根据施工条件和工艺水 平参照工程实测资料分析选取,初步设计时可按手册查用:槽身过水断面的宽深比不同,槽 身的工程量也不同,为使工程经济,应有适宜的宽深比。从过水能力方面考虑,应取宽深比 b/h=20,但从受力条件考虑,梁式渡槽的槽身侧墙在纵向起着梁的作用,加高侧墙,可提 高槽身的纵向承载能力,故宜适当降低宽深比,工程中采用bh=1.25~167;确定纵坡时应 满足渠系规划要求,同时不能引起出口渠道的冲刷。一般常采用ⅰ=1/500~11500,槽内流 速1~2m/s,对于通航的渡槽,要求流速在1.5m/s以内,底坡小于1/2000 ●超高:为了防止因风浪或其它原因而引起侧墙顶溢水,侧墙应有一定的超高。按建筑 物的等级和过水流量不同,超高Δh可选用02~0.6m,也可用经验公式计算: 矩形槽身△h=h/12+5(cm) U形槽身△h=D/2(cm) (二)水头损失计算 水流经过渡槽进口段时,随着过水断面的减小,流速逐渐加大,水流位能一部分转化 为动能,另一部分因水流收缩而产生水头损失,因此进口段将产生水面降落Z:水流进入槽 身后,基本保持均匀流,沿程水头损失值Z1=iL;水流经过出口段时,随着过水断面增大 流速逐渐减小,水流动能因扩散而损失一部分,另一部分则转化为位能,而使出口水面回升 Z2,从而与下游渠道相衔接。 水平线 ●进口水面降落Z 2
第二节 渡槽（二） 四、渡槽的水力计算 渡槽水力计算的目的，就是确定渡槽底纵坡、横断面尺寸和进出口高程，校核水头损失 是否满足渠系规划要求。 （一）槽身断面尺寸的确定 ●计算公式选用：槽身过水断面尺寸，一般依据渡槽的设计流量按照水力学公式进行计 算。当槽身长度 L 大于 15～20 倍的水深 h 时，按明渠均匀流公式计算；当 L 小于是 15～20 倍水深时，按淹没宽顶堰公式计算。 ●参数的选定：槽身糙率对过水断面积及水流状态影响较大，应根据施工条件和工艺水 平参照工程实测资料分析选取，初步设计时可按手册查用；槽身过水断面的宽深比不同，槽 身的工程量也不同，为使工程经济，应有适宜的宽深比。从过水能力方面考虑，应取宽深比 b/h=2.0，但从受力条件考虑，梁式渡槽的槽身侧墙在纵向起着梁的作用，加高侧墙，可提 高槽身的纵向承载能力，故宜适当降低宽深比，工程中采用 b/h=1.25～1.67；确定纵坡时应 满足渠系规划要求，同时不能引起出口渠道的冲刷。一般常采用 i=1/500～1/1500，槽内流 速 1～2m/s，对于通航的渡槽，要求流速在 1.5m/s 以内，底坡小于 1/2000 。 ●超高：为了防止因风浪或其它原因而引起侧墙顶溢水，侧墙应有一定的超高。按建筑 物的等级和过水流量不同，超高Δh 可选用 0.2～0.6m，也可用经验公式计算： 矩形槽身 Δh=h/12+5（㎝） U 形槽身 Δh= D /12 （㎝） （二）水头损失计算 水流经过渡槽进口段时，随着过水断面的减小，流速 逐渐加大，水流位能一部分转化 为动能，另一部分因水流收缩而产生水头损失，因此进口段将产生水面降落 Z；水流进入槽 身后，基本保持均匀流，沿程水头损失值 Z1=iL；水流经过出口段时，随着过水断面增大， 流速逐渐减小，水流动能因扩散而损失一部分，另一部分则转化为位能，而使出口水面回升 Z2，从而与下游渠道相衔接。 ●进口水面降落 Z g v g Q Z ( 2 2 2 0 2 2 = − ） 或 ( ) 2 1 2 0 1 2 v v g K Z − + =
●槽身沿程水头损失Z1为: ZI=IL ●出口水面回升Z2 g ●渡槽总水头损失 △z=z+Z1-Z2 如果按上式求得的ΔZ等于或略小于允许水头损失值时,则槽底纵坡和槽身断面即为所 求:如果ΔZ大于允许值较多时,则应重新拟定槽底纵坡,重新计算,直到满足要求为止。 如果Ⅰ值已定得很小,若再减小将会过多增加渡槽工程量时,也可不改变I值,而降低下游 渠底高程使渠水位与水面回升后的水位相等:或者由下游推算到上游,而将上游底抬高。 (四)渡槽进出口底部高程确定 为保证通过设计流量时,上下游渠道保持均匀流,而不致产生大的壅水或降水,进出口 底板高程应按以下方法确定 ●进口抬高值 V1=hi-Z-h2 ●出口降低值 y2=h3-z3-h ●进口槽底高程 V1=V3+1 ●出口槽底高程 V2=V1-Z1 ●出口渠底高程 V4=V2-y2
●槽身沿程水头损失 Z1 为： Z1=IL ●出口水面回升 Z2 ( ) 2 1 2 1 2 2 v v g K z − − = ●渡槽总水头损失 ΔZ=Z+Z1-Z2 如果按上式求得的ΔZ 等于或略小于允许水头损失值时，则槽底纵坡和槽身断面即为所 求；如果ΔZ 大于允许值较多时，则应重新拟定槽底纵坡，重新计算，直到满足要求为止。 如果 I 值已定得很小，若再减小将会过多增加渡槽工程量时，也可不改变 I 值，而降低下游 渠底高程使渠水位与水面回升后的水位相等；或者由下游推算到上游，而将上游底抬高。 （四）渡槽进出口底部高程确定 为保证通过设计流量时，上下游渠道保持均匀流，而不致产生大的壅水或降水，进出口 底板高程应按以下方法确定 ●进口抬高值 y1=h1-Z-h2 ●出口降低值 y2=h3-Z3-h2 ●进口槽底高程 ▽1=▽3+y1 ●出口槽底高程 ▽2=▽1-Z1 ●出口渠底高程 ▽4=▽2-y2
第二节渡(三) 五梁式渡槽 (一)、槽身设计 槽身横断面型式和尺寸确定 ●断面型式:槽身横断面型式矩形和U形两种。大流量渡槽多采用矩形,中小流量可 采用矩形也可采用U形。矩形槽身常是钢筋混凝土或预应力钢筋混凝土结构,U形槽身还 可采用钢丝网水泥或预应力钢丝网水泥结构 ●拉杆:一般中小流量无通航要求,槽顶设拉杆,其间距为1~2m以增加侧墙稳定并 改善槽身横向受力条件;如有通航要求则不设拉杆,而适当加大侧墙厚度。 ●宽深比:钢筋混凝土矩形及U形槽身横断面的造型,主要取决于槽身的宽深比。由 于水力条件与结构受力条件的矛盾,实际设计中一般根据结构受力条件及节省材料的原则来 选择宽深比 ●槽身侧墙通常都作纵梁考虑,由于侧墙薄而高,故在设计中除考虑强度外,还应考虑 侧向稳定,一般以侧墙厚度t侧墙高H的比值tH作为衡量指标 2.槽身结构计算 渡槽槽身是空间结构,受力较复杂,常近似按纵横两个方向进行内力分析 ●纵向结构计算:对矩形槽身,可将侧墙视为纵向梁,梁截面为矩形或T形,按受弯 构件计算纵向正应力和剪应力,并进行配筋计算和抗裂验算。 U形槽身纵向应力计算时,需先求出截面形心轴位置及形心轴至受压区和受拉区边缘 的距离y1和y2(图820),再按下式计算: M y < 对于较重要工程,按下式作抗裂验算 0拉7y2 <rmaa/t 式中z—一换算截面惯性矩 换算截面形心轴至受拉边缘距离。 U形槽身的纵向配筋一船按总拉力法计算,即考虑受拉区混凝土已开裂不能承受拉力 形心轴以下全部拉力由钢筋承担
第二节 渡槽（三） 五 梁式渡槽 (一)、槽身设计 1．槽身横断面型式和尺寸确定 ●断面型式：槽身横断面型式矩形和 U 形两种。大流量渡槽多采用矩形，中小流量可 采用矩形也可采用 U 形。矩形槽身常是钢筋混凝土或预应力钢筋混凝土结构，U 形槽身还 可采用钢丝网水泥或预应力钢丝网水泥结构。 ●拉杆：一般中小流量无通航要求，槽顶设拉杆，其间距为 1～2m 以增加侧墙稳定并 改善槽身横向受力条件；如有通航要求则不设拉杆，而适当加大侧墙厚度。 ●宽深比：钢筋混凝土矩形及 U 形槽身横断面的造型，主要取决于槽身的宽深比。由 于水力条件与结构受力条件的矛盾，实际设计中一般根据结构受力条件及节省材料的原则来 选择宽深比。 ●槽身侧墙通常都作纵梁考虑，由于侧墙薄而高，故在设计中除考虑强度外，还应考虑 侧向稳定，一般以侧墙厚度 t 侧墙高 H 的比值 t/H 作为衡量指标。 2．槽身结构计算 渡槽槽身是空间结构，受力较复杂，常近似按纵横两个方向进行内力分析。 ●纵向结构计算：对矩形槽身，可将侧墙视为纵向梁，梁截面为矩形或 T 形，按受弯 构件计算纵向正应力和剪应力，并进行配筋计算和抗裂验算。 U 形槽身纵向应力计算时，需先求出截面形心轴位置及形心轴至受压区和受拉区边缘 的距离 y1 和 y2(图 8-20)，再按下式计算： c y f I M = 1 0 压 m ct tk y f I M = 2 0 拉 对于较重要工程，按下式作抗裂验算： m ct tk Z y f I M 拉 2 式中 IZ——换算截面惯性矩 2 y ——换算截面形心轴至受拉边缘距离。 U 形槽身的纵向配筋一船按总拉力法计算，即考虑受拉区混凝土已开裂不能承受拉力， 形心轴以下全部拉力由钢筋承担。 max 0 S I M F dA A = 总 ＝
钢筋总面积为 A f ●横向结构计算:一般是沿槽长方向取单位长度,按平面问题进行分析。 作用于单位长度槽身脱离体上的荷载除q外,两侧尚有Q1及Q2,两剪力差值△Q与荷 载q维持平衡,即△Q=Q-Q2=q。对于矩形槽身△Q在截面上的分布沿高度呈抛物线形,方 向向上,它绝大部分分布在两侧墙截面上,工程设计中,一般不考虑底板截面上的剪力。 矩形槽身两侧墙截面上的剪力不影响侧墙的横向弯矩,可将它集中于侧墙底面按支承铰 考虑 侧墙底部最大弯矩值为: M=M=1/6qh2 底板跨中最大弯矩值为 M=1/8q2L2-M 底板跨中弯矩在满槽水深时不一定是最大值,由计算得知,当h=1/2L时,其跨中正弯 矩达最大值,可用此值与满槽水深计算结果比较,按最大值配置底板跨中钢筋。 如侧墙设交通桥时,应计入其重力及人群荷载,此荷载对侧墙中心将产生弯矩M,则 上式为: M=1/6a1h2+M0 Me=1/8q2L2-Ma-Mo 有拉杆的矩形槽身横向结构计算时,假定设拉杆处的横向内力与不设拉杆处的横向内力 相同,将拉杆“均匀化”,拉杆截面尺寸一般较小,不计其抗弯作用及轴力对变位的影响。 槽身设置拉杆后,可显著地减小侧墙和底板的弯矩。侧墙底部和底板跨中的最大弯矩值 均发生在满槽水深的情况。有拉杆的矩形槽身属一次超静定结构,可按力矩分配法计算, 从起越 3.槽身构造要求 ●变形缝:梁式渡槽的槽身多采用钢筋混凝土结构。为了适应槽身因温度变化引起的伸 缩变形,渡槽与进出口建筑物之间及各节槽身之间必须用变形缝分开,缝宽3~5厘米。变 形缝需要用既能适应变形又能防止漏水的材料封堵。特别是槽身与进出口建筑物之间的接缝 止水必须严密可靠,否则不仅会造成大是漏水,还可能促使岸坡滑塌影响渡槽的安全 ●止水:渡槽槽身接缝止水所用材料和构造型式多种多样。 ●支座:变形缝之间的每节槽身沿纵槽向和有两个支点。为使支点接触面的压力分布比 较均匀并减小槽身磨擦时所产生的摩擦力,常在支点自设置支座钢板或油毡座垫。每个支点 处的座钢板有两块。 (二)渡槽的支承结构 梁式渡槽的支承型式有槽墩式和排架式两种 1.槽墩 槽墩一般为重力墩,有实体墩和空心墩两种形式
钢筋总面积为： y 0 f F总 As ●横向结构计算：一般是沿槽长方向取单位长度，按平面问题进行分析。 作用于单位长度槽身脱离体上的荷载除 q 外，两侧尚有 Q1 及 Q2，两剪力差值△Q 与荷 载 q 维持平衡，即△Q=Q1-Q2= q。对于矩形槽身△Q 在截面上的分布沿高度呈抛物线形，方 向向上，它绝大部分分布在两侧墙截面上，工程设计中，一般不考虑底板截面上的剪力。 矩形槽身两侧墙截面上的剪力不影响侧墙的横向弯矩，可将它集中于侧墙底面按支承铰 考虑。 侧墙底部最大弯矩值为： Ma=Mb=1/6q1h² 底板跨中最大弯矩值为： Mc=1/8q2L²-Ma 底板跨中弯矩在满槽水深时不一定是最大值，由计算得知，当 h=1/2L 时，其跨中正弯 矩达最大值，可用此值与满槽水深计算结果比较，按最大值配置底板跨中钢筋。 如侧墙设交通桥时，应计入其重力及人群荷载，此荷载对侧墙中心将产生弯矩 M0，则 上式为： Ma=1/6a1h²+M0 Mc=1/8q2L²-Ma-M0 有拉杆的矩形槽身横向结构计算时，假定设拉杆处的横向内力与不设拉杆处的横向内力 相同，将拉杆“均匀化”，拉杆截面尺寸一般较小，不计其抗弯作用及轴力对变位的影响。 槽身设置拉杆后，可显著地减小侧墙和底板的弯矩。侧墙底部和底板跨中的最大弯矩值 均发生在满槽水深的情况。有拉杆的矩形槽身属一次超静定结构,可按力矩分配法计算。 3．槽身构造要求 ●变形缝：梁式渡槽的槽身多采用钢筋混凝土结构。为了适应槽身因温度变化引起的伸 缩变形，渡槽与进出口建筑物之间及各节槽身之间必须用变形缝分开，缝宽 3～5 厘米。变 形缝需要用既能适应变形又能防止漏水的材料封堵。特别是槽身与进出口建筑物之间的接缝 止水必须严密可靠，否则不仅会造成大是漏水，还可能促使岸坡滑塌影响渡槽的安全。 ●止水：渡槽槽身接缝止水所用材料和构造型式多种多样。 ●支座：变形缝之间的每节槽身沿纵槽向和有两个支点。为使支点接触面的压力分布比 较均匀并减小槽身磨擦时所产生的摩擦力，常在支点自设置支座钢板或油毡座垫。每个支点 处的座钢板有两块。 （二）渡槽的支承结构 梁式渡槽的支承型式有槽墩式和排架式两种。 1．槽墩 槽墩一般为重力墩，有实体墩和空心墩两种形式