渡槽

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简介

渡槽又称高架渠、输水桥,是一种输送渠道水流跨越河渠、溪谷、洼地和道路的架空水槽,是由桥梁、隧道或沟渠构成的输水系统,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。

 

渡槽

它一般由进出口连接段、槽身、支承结构及基础等组成。槽身放置在支承结构上,槽身重及水重等荷载通过支承结构传给基础,基础再传给地基。渡槽一般适用于渠道跨越深宽河谷或较广阔的洼地等情况,具有水头损失小、便于通航、管理运用方便等特点,是采用最多的一种交叉建筑物。

分类

渡槽按支承结构型式可分为梁式、拱式、桁架式、组合式及悬吊式或斜拉式等。其中梁式和拱式是两种最基本也是最常用的渡槽型式。

梁式渡槽

梁式渡槽可分为简支梁式,悬臂梁式及连续梁式三种,常用的断面形式有矩形和U形。矩形槽身按其运用及受力条件可分为无拉杆和有拉杆两种情况。U形槽身横断面由半圆加直段构成,槽顶一般设顶梁和拉杆,支座处设端肋。U形槽比矩形槽水力条件更好,纵向刚度更大。

梁式渡槽的支承结构型式有重力墩、排架等多种型式。其中,重力墩可分为实体墩和空心墩两种形式,排架可分为单排架、双排架及A字形排架等型式。

拱式渡槽

拱式渡槽与梁式渡槽相比,主要区别在于支撑结构。按照主拱圈的结构型式可分为板拱、肋拱和双曲拱;按主拱圈设铰情况可分为无铰拱、双铰拱等;按建筑材料可分为砌石拱和混凝土拱等型式;根据拱上结构型式的不同,拱式渡槽又可分为实腹式和空腹式两类。

拱式渡槽由槽身、主拱结构、拱上结构、基础等部分组成。

布置

渡槽总体布置的主要内容包括槽址选择、渡槽选型、进出口段布置和基础布置。

渡槽总体布置的基本要求是: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。

槽址选择

选择槽址时,一般需考虑以下几个方面。

(1)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,减少基础工程量,降低墩架高度。

(2)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。

(3)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。

(4)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。

(5)交通方便,水电供应条件较好,有利于管理维修。

渡槽选型

长度不大的中、小型渡槽,可采用一种类型的单跨或等跨渡槽。对于地形、地质条件复杂而长度较大的大、中型渡槽,可根据具体情况,选用一种或两种类型和不同跨度的布置方式,但变化不宜过多,否则将增加施工难度和影响槽墩受力状况。具体选择渡槽形式时,主要应考虑以下几个方面。

1.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,当两岸地质条件较好,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。例如,跨越河道的渡槽,当河道水深流急、槽底距河床高度大、水下施工较困难,而滩地部分槽底距地面不高且渡槽较长时,可在河床部分采用大跨度的拱式渡槽,在滩地采用梁式或中、小跨度的拱式渡槽,当地基承载能力较低时,可采用轻型结构的渡槽。

2.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他条件,采用经济合理的结构形式。

3.施工条件

应尽可能采用用预制构件进行装配的结构形式,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形式。

进出口段布置

为了使渠道水流平顺地进入渡槽,避免冲刷和减小水头损失,布置渡槽的进出口段时,应注意以下几个方面。

(1)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。

(2)设置渐变段。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。

(3)设置护底与护坡,防止冲刷。

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时为浅基础,大于5m时为深基础。应结合渡槽形式选定基础结构的形式,基础结构的布置尺寸需在槽墩或槽架布置的基础上确定。下面仅对基础高程的确定问题作简单介绍。

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。对于冰冻地区,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1.5~2.0m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1.0m。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。

支承结构

梁式渡槽的支承形式有槽墩式和排架式两种。

槽墩

槽墩一般为重力墩,有实体墩和空心墩两种形式。

(1)实体墩一般用浆砌石或混凝土建造,常用高度8~15m。其构造简单,施工方便,但由于自身重力大,用料多,当墩身较高并承受较大荷载时,要求地基有较大的承载能力。

实体墩的墩头常作成半圆形或尖角形。墩顶长度应略大于槽身的宽度,每边外伸约20cm;墩顶宽度应大于槽身支承面所需的宽度,常不小于0.8~1.0m。墩顶设置混凝土墩帽,一般为0.3~0.4m,四周外挑5~10cm,并布置一定的构造筋。墩帽上设置油毡垫座或钢板支座,以便将上部荷载均匀传到墩体上,并减小槽身因温度变化而产生的水平力。为满足墩体强度和地基承载力的要求,墩身两侧作成20∶1~30∶1的斜坡。

(2)空心墩的体型及部分尺寸与实体墩基本相同。其壁厚一般为15~30cm,与实体墩相比可节省材料,与槽架相比,可节省钢材。其自身重力小,但刚度大,适用于修建较高的槽墩。其截面形式有圆矩形、矩形、双工字形、圆形等。

空心墩墩身可采用混凝土预制块砌筑,也可将墩身分段预制现场安装。在数量多、墩身较高时,可采用滑升钢模现浇混凝土施工,如湖北省的引丹干渠的排子河渡槽,空心墩平均墩高24m,最大墩高49m,就是采用滑升钢模整体现浇施工。

(3)渡槽与两岸连接时,常用重力式边槽墩,也称槽台(图8-27)。槽台的作用是支承槽身和挡土,其高度一般在5~6m以下。台背坡一般为m=0.25~0.5,为减小台背水压力,常设孔径为5~8cm排水孔并做反滤层保护。墩顶设混凝土墩帽,其构造同槽墩。

重力墩的断面及惯性矩都较大,墩身应力一般较小,设计时只需验算墩身与墩帽、墩身与基础接合面上横槽向和顺槽向应力,按偏心受压构件计算。

重力墩应按一般稳定计算方法,验算空槽加风荷及有漂浮物撞击时的稳定性。

槽架

槽架常采用钢筋混凝土排架结构,有单排架、双排架、A字形排架和组合式槽架等形式。

单排架体积小、重量轻,可现浇或预制吊装,在渡槽工程中被广泛应用。单排架高度一般为10~20m。湖南省的欧阳海灌区野鹿滩渡槽的单排架高度达26.4m。

单排架是由两根立柱和横梁所组成的多层钢架结构。

立柱的中心距取决于渡槽的宽度,一般应使槽身传来的荷重P的作用线与立柱中心线相重合,以使立柱成为中心受压构件,立柱的各部分尺寸:长边(顺槽向)b1=(1/20~1/30)H,常用b1=0.4~0.7m;短边(横槽向)h1=(1/1.5~1/2.0)b1,常用h1=0.3~0.5m。对于大型渡槽可取大值或超过上述尺寸;对于跨度不大的中、小型渡槽,立柱以纵向稳定条件控制时b/h值可增大。排架顶部常伸出牛腿,以改善槽身支承条件,悬臂长度c=1/2b1,高度h≥b1,倾角θ=30°~45°。两立柱间设横梁,间距l=2.5~4.0m,梁高h2=(1/6~1/8)l,梁宽b2=(1/1.5~1/2.0)h2,横梁自上而下等间距布置,与立柱连接处应设置补角。

双排架由两个单排架及横梁组合而成。为空间框架结构。在较大的竖向及水平荷载作用下,其强度、稳定性及地基应力均较单排架容易满足要求。可适应较大的高度,通常为15~25m。陕西省的石门水库灌区沥水沟渡槽,双排架高度为26~28m。