渠系建筑物-浙江水利水电专科学校土木工程系－主页

第十章渠系建筑物教学目标：1.了解渠系建筑物。2.了解渠系建筑物的类型、作用、组成及应用环境。3.了解渠系建筑物的设计要点。教学重点：1.渠系建筑物的类型、作用、组成。2.渠系建筑物的设计要点。教学难点：1.渠系建筑物的设计要点。一、渠系建筑物为了安全合理地输配水量以满足农田海溉、水力发电、工业及生活用水的需要，在渠道(渠系)上修建的水工建筑物，统称渠系建筑物。一、渠系建筑物按其作用可分为：(1)渠道。是指为农田灌溉、水力发电、工业及生活输水用的、具有自由水面的人工水道。一个灌区内的灌溉或排水渠道，一般分为干、支、斗、农四级，构成渠道系统，简称渠系。(2)调节及配水建筑物。用以调节水位和分配流量，如：节制闸、分水闸等。(3)交叉建筑物。渠道与山谷、河流、道路、山岭等相交时所修建的建筑物，如：泼槽、例虹吸管、涵洞等。(4)落差建筑物。在渠道落差集中处修建的建筑物，如：跌水、陡坡等。(5)泄水建筑物。为保护渠道及建筑物安全或进行维修，用以放空渠水的建筑物，如：泄水闸、虹吸泄洪道等。(6)冲沙和沉沙建筑物。为防止相减少渠道淤积，在渠首或渠系中设置的冲沙和沉沙设施，如；冲沙闸、沉沙池等。(7)量水建筑物。用以计量输配水量的设施，如：量水堰、量水管嘴等。渠系中的建筑物，一般规模不大，但数量多，总的工程量和造价在整个工程中所占比重较大。为此，应尽量简化结构．改进设计和施工，以节约原材料和劳力、降低工程造价。以下仅就渠道、渡槽、倒虹吸管、涵洞、跌水及陡坡作简要解八二、渡槽1、渡槽：是输送渠道水流跨越河流、渠道、道路、山谷等障碍的架空输水建筑物，是灌区水工建筑物中应用最广的交叉建筑物之一。2、渡槽的作用：用于输送渠道水流外，还可以供排洪和导流之用。3、组成：由输水的槽身、支承结构、基础及进出口建筑物等部分组成。4、类型：（1）按施工方法分，渡槽可分为现浇整体式、预制装配式及预应力等；（2）按建筑材料分类，则有木渡槽、砌石、砼及钢筋砼等；（3）按槽身结构形式分有矩形、U形、梯形、椭圆形及圆管形槽等；（4）按支承结构的形式分为梁式、拱式、桁架式、组合式、悬吊式或斜拉式。目前常用的渡槽形式，按支承结构分有梁式和拱式，按槽身断面形式分为矩形和U形。5、渡槽总体布置工作包括：槽址位置的选择，槽身支承结构的选择，基础及进出口的布置。6、渡槽水力计算任务是合理确定槽底纵坡、槽身断面尺寸、计算水头损失，根据水面衔接计算确定渡槽进出口高程。一般先按通过最大流量Q拟定适宜的槽身纵坡和槽身净宽B、净高h，后根据通过设计流量计算水流通过渡槽的总水头损失值，如Z等于规划规定的允许水头损失，则可确定最后纵坡、B、h值，进而定出有关高程和渐变段长等。纵坡i加大，则有利于缩小槽身断面，减少工程量，但过大的纵坡，会加大沿程水头损失，降低渠水位的控制高程，还可能使上、下游渠道受到冲刷7、梁式渡槽由槽身、槽墩（排架）及基础等三部分组成。槽身既起输水作用、又起纵向梁作用。分类：简支梁式、双悬臂梁式和单悬梁式三种主要形式。简支梁式优点是结构简单，施工吊装方便，槽身伸缩缝的止水结构简单可靠。缺点是跨中弯矩值较大，底板受拉，对抗裂防渗不利。梁式渡槽槽身结构计算要点：按满槽水情况进行，弯矩及剪力求出后，对于矩形渡槽，可将侧墙作为纵梁考虑，按受弯构件计算其纵向正应力和剪应力，并进行配筋和抗裂。拱式渡槽由墩台、主拱圈、拱上结构三部分组成。其中主拱圈分为板拱、肋拱、双曲拱等。主拱圈结构基本尺寸包括：跨度、矢高、拱宽、拱脚高程。三、倒虹吸管倒虹吸管是在渠道同道路、河渠或谷地相交时，修建的压力输水建筑物。它与渡槽相比，具有造价低且施工方便优点，不过它的水头损失较大，而且运行管理不如渡槽方便。它应用于修建渡槽困难，或需要高填方建渠道的场合；在渠道水位与所跨的河流或路面高程接近时，也常用倒虹吸管。1、倒虹管由进口、管身、出口三部分组成。分为斜管式和竖井式。(1)进口段。进口段包括：渐变段、闸门、拦污栅，有的工程还设有沉沙池。进口段要与渠道平顺衔接，以减少水头损失。渐变段可以做成扭曲面或八字墙等形式(参见“水闸”一章)，长度为3—4倍渠道设计水深。闸门用于管内清淤和检修。不设闸门的小型倒虹吸管，可在进口侧墙上预留检修门槽，需用时临时插板挡水。拦污栅用于拦污和防止人畜落入渠内被吸进倒虹吸管。在多泥沙河流上，为防止渠道水流携带的粗颗粒泥沙进入倒虹吸管，可在闸门与拦污册前设置沉沙池。对含沙量较小的渠道．可在停水期间进行人工清淤，对含沙量大的渠道，可在沉沙池末端的侧面设冲沙闸，利用水力冲淤。沉沙池底板反侧墙可用浆砌石或混凝上建造。(2)出口段。出口段的布置形式与进口段基本相同。单管可不设闸门；若为宏管，可在出口段侧墙上顶留检修门槽。出口渐变段比进口渐变段稍长。由于倒虹吸管的作用水头一般都很小，管内流速仅在2.0m／s左右，因而渐变段的主要作用在于调整出口水流的流速分布，使水流均匀平顺地植入下游渠道。(3)管身。管身断面可为圆形或矩形。圆形管因水力条件和受力条件较好．大、中型工程多采用这种形式。矩形管仅用于水头较低的中、小型工程。根据流量大小和运用要求，倒虹吸管可以设汁成单管、双管或多管。管身与地基的连接形式及管身的伸缩缝和止水构造等与土坝坝下埋设的涵管基本相同。在管路变坡或转弯处应设置镇墩。为防止管内淤沙和为放空管内积水，应在管段上或镇墩内设冲沙放水孔(可兼作进入孔)，其底部高程一船与河道枯水位齐平。管路常埋入地下或在管身上填土。当管路通过冰冻地区，管顶应在冰冻层以下，穿过河床时，应置于冲刷线以下。管路所用材料可根据水头、管径及材料供应情况选定，常用浆砌石、混凝土、钢筋混凝土及顶应力钢筋混凝土等，其中，后两种应用较广。2、倒虹管水力计算倒虹管水力计算：（1）已知通过流量和允许水头损失值，确定管的断面形式和尺寸；（2）已知管的断面尺寸和允许水头损失值，校核过水流量；（3）已知过水流量和拟定管内流速，校核水头损失值是否在规划允许值范围内。gZQ2Q——通过虹吸管的流量，m3／s；ω——倒虹吸管的断面面积，m2z——上、下游水位差．m；μ——计入局部损失和沿程库阻损失的流量系数g——重力加速度，m／s2。四、落差建筑物落差建筑物：当渠道要通过坡度过陡的地段时，为了保持渠道的设计纵坡，避免大填方和深挖方，可将水流的落差集中，并修建建筑物来连接上下游渠道，这种建筑物称为落差建筑物，主要有跌水和陡坡两类。凡是水流自跌水口流出后，呈自由抛投状态，最后落入下游消力池内的为跌水；而水流自跌水口流出后，受陡槽的约束而沿槽身下泄的叫陡坡。1、跌水跌水根据落差大小，分为单级跌水和多级跌水两种形式。跌水由进口、跌水墙、侧墙、消力池和出口部分组成。2、陡坡当渠道过地形过陡地段时，利用倾斜渠槽连接该段上下游渠道，这种倾斜渠槽的坡度一般比临界坡度大，称为陡坡。由进口段、陡坡段、消能设施和出口段组成。五、渠道1、渠道的作用和分类渠道是灌溉、发电、航运、给水与排水等广为采用的输水建筑物，它是具有自由水面的人工水道。渠道按用途可分为：灌溉渠道、动力渠道（引水发电用）、供水渠道、排水渠道和通航渠道等。2、渠道设计渠道设计包括：渠道线路的选择、断面形式和尺寸的确定，渠道的防渗设计等。渠道线路选择是渠道设汁的关键，可结合地形、地质、施工、交通等条件初选几条线路，通过技术经济比较，择优选定。渠道选线的一般原则是：①尽量避开挖方或填方过大的地段，最好能做到挖方和填方基本平衡；②避免通过滑坡区、透水性强和沉降量大的地段；③在乎坦地段，线路应力求短直，受地形条件限制，必须转弯时，其转弯半径不宜小于渠道正常水面宽的5倍；④通过山岭，可选用隧洞，遇山谷，可用渡槽或侄虹吸管穿越．应尽量减少交叉建筑物。渠道断面形状，在土基上呈梯形，两侧边坡根据土质情况和开挖深度或垣筑高度确定．一般用1:1—1:2，在岩基上接近矩形。六、渠道上的桥梁桥梁的分类方法颇多，而渠道上的桥梁通常按结构特点可分为梁式和拱式两种类型。(a)(b)图10—65梁式桥(a)(b)图10—66拱式桥按荷载等级可分为农村交通桥及低标准公路桥两种类型。农村交通桥是供行人及牛马车、小四轮拖拉机或机耕拖拉机行驶的桥梁。低标准公路桥，一般为县与县或县与乡镇之间的公路桥梁。七、量水设施量水设施是渠道上可量测水流流量的水工建筑物及特设量水设施的总称。作用：按照用水计划准确、合理地向各级渠道和田间输送水量；为合理征收水费提供依据。其测量方法有：测定渠道平均流速来确定流量；利用渠道Q～H关系确定流量；利用水工建筑物量水；利用特设的量水设施测定流量；综合现代化量水。