渠道和渠系建筑物論文

1、.渡槽、梁式渡槽、拱式渡槽小結(jié)渡槽、梁式渡槽、拱式渡槽小結(jié)姓名： 學(xué)號： 摘要：渡槽作用：渡槽是輸送水流跨越渠道、河流、道路、山?jīng)_、谷口等的架空輸水建筑物。當(dāng)挖方渠道與沖溝相交時，為避免山洪及泥沙入渠，還可在渠道上面修建排洪渡槽，用來排泄沖溝來水及泥沙。梁式渡槽由槽身、槽墩或槽架、基礎(chǔ)、進(jìn)口連接建筑物、出口連接建筑物五部分組成拱式渡槽的支撐結(jié)構(gòu)由墩臺、主拱圈和拱上結(jié)構(gòu)組成，槽身荷載通過拱上結(jié)構(gòu)傳給主拱圈，再由主拱圈傳給墩臺，其中主拱圈是主要承重構(gòu)件關(guān)鍵字：渡槽、梁式渡槽、拱式渡槽、作用、特點、組成、布置、水頭損失、支撐、類型、形式、構(gòu)造。正文：一、渡槽一、渡槽的作用與組成作用：渡槽是輸送水流跨

2、越渠道、河流、道路、山?jīng)_、谷口等的架空輸水建筑物。當(dāng)挖方渠道與沖溝相交時，為避免山洪及泥沙入渠，還可在渠道上面修建排洪渡槽，用來排泄沖溝來水及泥沙。組成：渡槽由槽身、支承結(jié)構(gòu)、基礎(chǔ)及進(jìn)出口建筑物等部分組成。槽身置于支承結(jié)構(gòu)上，槽身重及槽中水重通過支承結(jié)構(gòu)傳給基礎(chǔ)，再傳至地基。渡槽一般適用于渠道跨越深寬河谷且洪水流量較大、渠道跨越廣闊灘地或洼地等情況。它比倒虹吸管水頭損失小，便利通航，管理運用方便，是交叉建筑物中采用最多的一種型式。二、渡槽的類型渡槽根據(jù)其支承結(jié)構(gòu)的情況，分為梁式渡槽和拱式渡槽兩大類。三、渡槽的總體布置（一）渡槽總體布置的基本要求流量、水位滿足灌區(qū)需要；槽身長度短，基礎(chǔ)、岸坡穩(wěn)定

3、，結(jié)構(gòu)選型合理；進(jìn)出口順直通暢，避免填方接頭；少占農(nóng)田，交通方便，就地取材等。總體布置的步驟，一般是先根據(jù)規(guī)劃階段初選槽址和設(shè)計任務(wù)，在一定范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)查和勘探工作，取得較為全面的地形、地質(zhì)、水文氣象、建筑材料、交通要求、施工條件、運用管理要求等基本資料，然后在全面分析基本資料的基礎(chǔ)上，按照總體布置的基本要求，提出幾個布置方案，經(jīng)過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，選擇最優(yōu)方案。（二）槽址選擇應(yīng)結(jié)合渠道線路布置，盡量利用有利的地形、地質(zhì)條件，以便縮短槽身長度，減少基礎(chǔ)程量，降低墩架高度。槽軸線力求短直，進(jìn)出口要避免急轉(zhuǎn)彎并力求布置在挖方渠道上?？缭胶恿鞯亩刹?，槽軸線應(yīng)與河道水流方向正交，槽址應(yīng)位于河床及岸坡穩(wěn)定、

4、水流順直的地段，避免選在河流轉(zhuǎn)彎處。少占耕地，少拆遷民房，并盡可能有較寬敞的施工場地，爭取靠近建筑材料產(chǎn)地，以便就地取材。交通方便，水電供應(yīng)條件較好，有利于管理維修。四、渡槽的水力計算渡槽水力計算的目的，就是確定渡槽底縱坡、橫斷面尺寸和進(jìn)出口高程，校核水頭損失是否滿足渠系規(guī)劃要求。（一）槽身斷面尺寸的確定計算公式選用：槽身過水?dāng)嗝娉叽?，一般依?jù)渡槽的設(shè)計流量按照水力學(xué)公式進(jìn)行計算。當(dāng)槽身長度L大于1520倍的水深h時，按明渠均勻流公式計算；當(dāng)L小于是1520倍水深時，按淹沒寬頂堰公式計算。參數(shù)的選定：槽身糙率對過水?dāng)嗝娣e及水流狀態(tài)影響較大，應(yīng)根據(jù)施工條件和工藝水平參照工程實測資料分析選取，初步

5、設(shè)計時可按手冊查用；槽身過水?dāng)嗝娴膶捝畋炔煌?，槽身的工程量也不同，為使工程?jīng)濟(jì)，應(yīng)有適宜的寬深比。從過水能力方面考慮，應(yīng)取寬深比b/h=2.0，但從受力條件考慮，梁式渡槽的槽身側(cè)墻在縱向起著梁的作用，加高側(cè)墻，可提高槽身的縱向承載能力，故宜適當(dāng)降低寬深比，工程中采用b/h=1.251.67；確定縱坡時應(yīng)滿足渠系規(guī)劃要求，同時不能引起出口渠道的沖刷。一般常采用i=1/5001/1500，槽內(nèi)流速12m/s，對于通航的渡槽，要求流速在1.5m/s以內(nèi)，底坡小于1/2000 。超高：為了防止因風(fēng)浪或其它原因而引起側(cè)墻頂溢水，側(cè)墻應(yīng)有一定的超高。按建筑物的等級和過水流量不同，超高h(yuǎn)可選用0.20.6m

6、，也可用經(jīng)驗公式計算：矩形槽身 h=h/12+5（） U 形槽身 h= D /12 （） （二）水頭損失計算水流經(jīng)過渡槽進(jìn)口段時，隨著過水?dāng)嗝娴臏p小，流速 逐漸加大，水流位能一部分轉(zhuǎn)化為動能，另一部分因水流收縮而產(chǎn)生水頭損失，因此進(jìn)口段將產(chǎn)生水面降落Z；水流進(jìn)入槽身后，基本保持均勻流，沿程水頭損失值Z1=iL；水流經(jīng)過出口段時，隨著過水?dāng)嗝嬖龃?，流速逐漸減小，水流動能因擴(kuò)散而損失一部分，另一部分則轉(zhuǎn)化為位能，而使出口水面回升Z2，從而與下游渠道相銜接。進(jìn)口水面降落Z 或 槽身沿程水頭損失Z1為：Z1=IL 出口水面回升Z2 渡槽總水頭損失Z=Z+Z1-Z2 如果按上式求得的Z等于或略小于允許水

7、頭損失值時，則槽底縱坡和槽身斷面即為所求；如果Z大于允許值較多時，則應(yīng)重新擬定槽底縱坡，重新計算，直到滿足要求為止。如果I值已定得很小，若再減小將會過多增加渡槽工程量時，也可不改變I值，而降低下游渠底高程使渠水位與水面回升后的水位相等；或者由下游推算到上游，而將上游底抬高。（三）渡槽進(jìn)出口底部高程確定為保證通過設(shè)計流量時，上下游渠道保持均勻流，而不致產(chǎn)生大的壅水或降水，進(jìn)出口底板高程應(yīng)按以下方法確定進(jìn)口抬高值 y1=h1-Z-h2出口降低值 y2=h3-Z3-h2進(jìn)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-y2二、梁式渡槽梁式渡槽槽身置于槽墩或排架上，其縱向受力和

8、梁相同，故稱梁式渡槽。槽身在縱向均勻荷載作用下，一部分受壓，一部分受拉，故常采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。為了節(jié)約鋼筋和水泥用量，還可采用預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土及鋼絲網(wǎng)水泥結(jié)構(gòu)，跨度較小的槽身也可用混凝土建造。簡支梁式：優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，施工吊裝方便，接縫處止水構(gòu)造簡單。缺點是跨中彎矩較大，底板受拉，對抗裂防滲不利。常用跨度是815m，其經(jīng)濟(jì)跨度大約為墩架高度的0.81.2倍。雙懸臂梁式：根據(jù)其懸臂長度的不同，又可分為等跨雙懸臂式和等彎矩雙懸臂式。等跨雙懸臂式，在縱向受力時，其跨中彎矩為零,底板承受壓力，有利于抗?jié)B。等彎矩雙懸臂式，跨中彎矩與支座彎矩相等，結(jié)構(gòu)受力合理，但需上下配置受力筋及構(gòu)造筋，總配筋量常大于

9、等跨雙懸臂式，不一定經(jīng)濟(jì)，且由于跨度不等，對墩架工作不利，故應(yīng)用不多。雙懸臂梁式渡槽因跨中彎矩較簡支梁小，每節(jié)槽身長度可為2540m，但其重量大，整體預(yù)制吊裝困難，當(dāng)懸臂頂端變形或地基產(chǎn)生不均勻沉陷時，接縫處止水容易被拉裂。單懸臂式：一般用在靠近兩岸的槽身或雙懸臂梁式相簡支梁式過渡時采用。一、槽身橫斷面型式和尺寸確定斷面型式：槽身橫斷面型式矩形和U形兩種。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。矩形槽身常是鋼筋混凝土或預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，U形槽身還可采用鋼網(wǎng)水泥或預(yù)應(yīng)力鋼絲網(wǎng)水泥結(jié)構(gòu)。拉桿：一般中小流量無通航要求，槽頂設(shè)拉桿，其間距為12m以增加側(cè)墻穩(wěn)定并改善槽身橫向受力條件；

10、如有通航要求則不設(shè)拉桿，而適當(dāng)加大側(cè)墻厚度。寬深比：鋼筋混凝土矩形及U 形槽身橫斷面的造型，主要取決于槽身的寬深比。由于水力條件與結(jié)構(gòu)受力條件的矛盾，實際設(shè)計中一般根據(jù)結(jié)構(gòu)受力條件及節(jié)省材料的原則來選擇寬深比。槽身側(cè)墻通常都作縱梁考慮，由于側(cè)墻薄而高，故在設(shè)計中除考慮強(qiáng)度外，還應(yīng)考慮側(cè)向穩(wěn)定，一般以側(cè)墻厚度t側(cè)墻高H 的比值t/H作為衡量指標(biāo)。二、槽身構(gòu)造要求變形縫：梁式渡槽的槽身多采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。為了適應(yīng)槽身因溫度變化引起的伸縮變形，渡槽與進(jìn)出口建筑物之間及各節(jié)槽身之間必須用變形縫分開，縫寬35厘米。變形縫需要用既能適應(yīng)變形又能防止漏水的材料封堵。特別是槽身與進(jìn)出口建筑物之間的接縫止水必

11、須嚴(yán)密可靠，否則不僅會造成大是漏水，還可能促使岸坡滑塌影響渡槽的安全。止水：渡槽槽身接縫止水所用材料和構(gòu)造型式多種多樣。支座：變形縫之間的每節(jié)槽身沿縱槽向和有兩個支點。為使支點接觸面的壓力分布比較均勻并減小槽身磨擦?xí)r所產(chǎn)生的摩擦力，常在支點自設(shè)置支座鋼板或油氈座墊。每個支點處的座鋼板有兩塊。 三、渡槽的支承結(jié)構(gòu)梁式渡槽的支承型式有槽墩式和排架式兩種。1槽墩槽墩一般為重力墩，有實體墩和空心墩兩種形式。實體墩：一般用漿砌石或混凝土建造，常用高度815米。其構(gòu)造簡單,施工方便,但由于自身重力大,用料多，當(dāng)墩身較高并承受較大荷載時，要求地基有較大的承載能力。空心墩：體型及部分尺寸基本與實體墩相同。槽臺

12、：渡槽與兩岸連接時，常用重力式邊槽墩，亦稱槽臺。槽臺的作用是支承槽身和擋土。2槽架槽架是鋼筋混凝土排架結(jié)構(gòu)，有單排架、雙排架、A字形排架和組合式槽架等型式。單排架：單排架體積小，重量輕，可現(xiàn)澆或預(yù)制吊裝，在渡槽工程中被廣泛應(yīng)用。單排架高度一般為1020m。單排架是由兩根肢柱和橫梁所組成的多層鋼架結(jié)構(gòu)。雙排架：由兩個單排架及橫梁組合而成，為空間框架結(jié)構(gòu)。在較大的豎向及水平荷載作用下，其強(qiáng)度、穩(wěn)定性及地基應(yīng)力均較單排架容易滿足要求?？蛇m應(yīng)較大的高度，通常為1525m。陜西省的石門水庫灌區(qū)瀝水溝渡槽，雙排架高度為2628m。A字型排架：常由兩片A 字單排架組成，其穩(wěn)定性能好，適應(yīng)高度大，但施工較復(fù)雜

13、，造價較高。組合式槽架：適用于跨越河道主河槽部分，最高洪水位以下為重力式墩，其上為槽架，槽架可為單排架，也可為雙排架。排架與基礎(chǔ)的連接：可采用固接和鉸接。四、渡槽的基礎(chǔ)基礎(chǔ)是渡槽的下部結(jié)構(gòu)，它將渡槽的全部重量傳給地基。常用的渡槽基礎(chǔ)的形式有剛性基礎(chǔ)、整體板基礎(chǔ)、鉆孔樁和沉井基礎(chǔ)等。剛性基礎(chǔ)：常用于重力式實體墩和空心墩基礎(chǔ)，一般用漿砌石或混凝土建造，基形狀呈臺階形。因其抗彎能力小而抗壓能力大，基礎(chǔ)在墩底面的懸臂挑出長度不能太大，設(shè)計時不考慮其抗彎作用。整體板基礎(chǔ)：整體板基礎(chǔ)為鋼筋混凝土梁板結(jié)構(gòu)，因設(shè)計時考慮其彎曲變形而按梁計算，故又稱柔性基礎(chǔ)。其底面積大，可彈性變形，適應(yīng)不均勻沉陷能力好，常用作

14、排架基礎(chǔ)。鉆孔樁基礎(chǔ)：適用于荷載大、承載能力低的地基。施工機(jī)具簡單，建造速度快，造價低。樁頂設(shè)承臺以便與槽墩連接，并將樁柱向上延伸而成樁柱式槽架。沉井基礎(chǔ)：沉井基礎(chǔ)的適用條件與鉆孔樁基礎(chǔ)相似，在井頂作承臺（蓋板）以便修筑槽墩（架）。井筒內(nèi)可根據(jù)需要填砂石料或低標(biāo)號混凝土。五、渡槽與兩岸的連接1槽身與填方渠道連接槽身與填方渠道連接，常采用的方式有斜坡式和擋土墻式。斜坡式：將連接段伸入填方渠道末端的錐形土坡內(nèi)。按連接段的支承方式不同，又分為剛性連接和柔性連接。剛性連接是將連接段支承在埋于錐形護(hù)坡內(nèi)的槽墩或槽架上，支承墩建在巖基或老土上。柔性連接段是將連接段直接擱置在填方渠道上。擋土墻式：將槽身的一

15、端支承在重力式擋土墻上。擋土墻應(yīng)修建在巖基或老土上。對于拱渡槽，應(yīng)按槽臺的要求進(jìn)行布置。其兩側(cè)建造一字墻或八安墻以擋土。為降低墻后地下水位，墻身應(yīng)設(shè)置排水孔。擋土墻式連接常用于填方高度不大的情況。2槽身與挖方渠道連接槽身與挖方渠道連接時，一般將邊跨槽身支承在地梁或高度不大的實體墩上。槽身與漸變段之間常設(shè)連接段。有時為了縮短槽身長度，可將連接段向槽身方向延伸，并支承在用漿砌石建造的底座上。三、拱式渡槽1、特點拱式渡槽的主要承重結(jié)構(gòu)是拱圈。槽身通過拱上結(jié)構(gòu)將荷載傳給拱圈，它的兩端支承在槽墩或槽臺上。拱圈的受力特點是承受以壓力為主的內(nèi)力，故可應(yīng)用石料或混凝土建造，并可用于較大的跨度。但拱圈對支座的變

16、形要求嚴(yán)格。對于跨度較大的拱式渡槽應(yīng)建筑在比較堅固的巖石地基上。2、類型石拱渡槽：主拱圈為一實體的矩形截面的板拱，一般用粗料石砌筑。其優(yōu)點是就地取材，節(jié)省鋼筋，結(jié)構(gòu)簡單，便于施工，缺點是自重大，對地基要求高，施工時需較多木料搭設(shè)拱架。肋拱渡槽：主拱圈是24根拱肋組成，拱肋間用橫系梁連結(jié)以加強(qiáng)拱肋整體性，保證拱肋的橫向穩(wěn)定。肋拱渡槽一般采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，對于大中跨徑的肋拱結(jié)構(gòu)可分段預(yù)制吊裝拼接，無需支架施工。這種型式的渡槽外形輕巧美觀，自重較輕，工程量小，但鋼筋用量較多。雙曲拱渡槽：主要拱圈由拱肋、拱波、拱板和橫系梁（橫隔板）等組成（如圖815）。因主拱圈沿縱向和橫向都呈拱形，故稱為雙曲拱。雙

17、曲拱能雙充分發(fā)揮材料的抗壓性能，造型美觀，此外，主拱圈可分塊預(yù)制，吊裝施工，既節(jié)省搭設(shè)拱架所需的木料，又不需要較多的鋼筋，適用于修建大跨徑渡槽。拱式渡槽的支承結(jié)構(gòu)是由墩臺、主拱圈和拱上結(jié)構(gòu)組成的。槽身荷載通過拱上結(jié)構(gòu)傳給主拱圈再由主拱圈傳給墩臺。與梁式渡槽相比，拱式渡槽的支承結(jié)構(gòu)增加了主拱圈和拱上結(jié)構(gòu)兩部分，這就決定了拱式渡槽不同于梁式渡槽的型式、構(gòu)造和特點。一、主拱圈1主拱圈的型式和構(gòu)造主拱圈是拱式渡槽的主要承重結(jié)構(gòu)，工程中常用的型式有板拱、肋拱和雙曲拱等。板拱：多用于石拱渡槽。板拱在橫截面的整個寬度內(nèi)，砌筑成整體的矩形斷面，除采用砌石外，也可用混凝土現(xiàn)澆或預(yù)制塊砌筑，小型渡槽的拱圈可用磚砌

18、筑。拱圈的橫向?qū)挾纫话闩c槽身寬度相同，且不宜小于拱圈跨度的1/20，以保證拱圈有足夠的橫向剛度和穩(wěn)定性。拱圈的拱頂厚度可以參考已建類似工程的尺寸初步擬定；拱圈凈跨大于20米時，宜采用變截面拱圈。肋拱：為了節(jié)省材料和減輕自重，可采用肋拱式拱圈。當(dāng)槽寬不大時多采用雙肋。鋼筋混凝土拱肋的混凝土強(qiáng)度等級不宜低于C20，無鉸拱肋的縱向受力鋼筋應(yīng)伸入墩帽內(nèi)，錨入深度應(yīng)不小于拱腳厚度的15倍。雙曲拱：主要是由拱肋、拱波和橫向聯(lián)系所組成。為了加強(qiáng)拱波拱肋的連接，拱肋斷面多采用凸形、L形和凹形等形狀還常在拱肋頂面設(shè)置齒槽，并配置錨固鋼筋。拱波一般分預(yù)制和現(xiàn)澆兩層。拱波預(yù)制塊的一側(cè)常做成具有削角的斜面，以便于砌縫

19、填實，并使現(xiàn)澆層與之結(jié)合得更好。雙曲拱的橫向聯(lián)系，常采用橫系梁和橫隔板。拱肋和拱波通過橫向聯(lián)系連接成整體，以加強(qiáng)拱圈的橫向整體性和穩(wěn)定性。2主拱圈的受力特點承受壓應(yīng)力：拱式渡槽的主拱圈，在支座的約束下，通過拱的作用將鉛直荷載轉(zhuǎn)變?yōu)檩S向壓力，故拱圈內(nèi)力主要是壓應(yīng)力。因此，主拱圈是一種主要承受壓應(yīng)力的結(jié)構(gòu)，可用抗拉強(qiáng)度小而抗壓強(qiáng)度大的圬工材料建造，并且可以用于很大的跨度。推力拱特點：如果支座受到破壞而不能提供與水平推力相平衡的反力時，主拱圈就從拱的作用轉(zhuǎn)變?yōu)榱旱淖饔?，便有能承受原有拱荷載而迅速破壞和失穩(wěn)。這是拱式渡槽的推力拱特點。連拱特點：對于多跨拱式渡槽，某跨的一個支座產(chǎn)生變位，還將引起該跨另一

20、端的支座產(chǎn)生彎矩，而使相鄰跨也將受到影響。特別是一跨受到破壞時，相鄰跨的拱腳水平推力便完全由拱墩承擔(dān)，當(dāng)拱墩承受不住這一推力時，便會傾倒，相鄰跨也隨之被破壞。這是拱式渡槽的連拱特點。主拱圈的穩(wěn)定性：主拱圈在鉛直荷載作用下，將產(chǎn)生強(qiáng)大的軸向壓力迫使拱軸變形，當(dāng)鉛直荷載達(dá)到一定數(shù)值,將會失去穩(wěn)定而迅速破壞。拱圈的失穩(wěn)，有縱向和橫向兩種形式?？v向失穩(wěn)，是拱圈在拱軸平面內(nèi)迅速變形而失穩(wěn)。橫向失穩(wěn)是拱圈翹離拱軸平面迅速變形而失穩(wěn)。3主拱圈結(jié)構(gòu)及拱式渡槽的基本尺寸跨度l：跨度l小于15m者為小跨 度，等于1550m者為中等跨度，大于60m者為大跨度。對于槽高不大的拱式渡槽宜選用小跨度；對于跨越深谷、槽高很

21、大且基礎(chǔ)施工很困難的拱式渡槽，可采用大跨度；在一般情況下，如無特殊要求，則以采用40m左右的中等跨度較為經(jīng)濟(jì)合理。寬跨比：拱寬b常與槽身的結(jié)構(gòu)總寬度相等，但寬跨比bl對主拱圈的橫向穩(wěn)定影響很大，bl越小則橫向穩(wěn)定性越低。為了滿足主拱圈的橫向穩(wěn)定，一般要求bl大于120；對于大跨度的小流量渡槽，bl一般較小，但也不應(yīng)小于125。由于拱式渡槽的槽身已不是主要承重結(jié)構(gòu)，槽身的深寬h/b應(yīng)較梁式渡槽小些，以便加大拱圈的寬度比進(jìn)而加大寬跨比bl，以滿足主拱圈的橫向穩(wěn)定要求。拱腳高程、矢高和矢跨比：主拱圈的拱頂常與槽身底面相接觸，所以拱腳高程一經(jīng)選定，矢高f也基本上確定了。對于槽高不大的拱式渡槽，拱腳高程一般選在最高洪水位附近，所以矢高f的選擇余地不大，只有調(diào)整跨度l才能選定矢跨比fl。對于槽高較大的拱式渡槽，拱腳高程可以在較大范圍內(nèi)選定，所以矢高f的大小便有較大的選擇余地。設(shè)計時，可從以下幾個方面考慮，以便定出比較合理的拱腳高程和矢高f值。二、拱上結(jié)構(gòu)及槽身拱式渡槽的拱上結(jié)構(gòu)，有實腹式和空