河海大學《水工建筑物》第八章 渡槽

Chapter8:TheAqueductExplorethearchitecturalmarveloftheaqueduct,atestamenttoancientengineeringprowess.Delveintotheintricateconstructionmethodsandthevitalrolethisstructureplayedintheregion'swaterdistributionandsupply.byJerryTurnersnull渡槽的定義和作用定義渡槽是一種用于輸水的特殊管道結構,通常用于輸送水量較大的長距離調水工程。作用渡槽可以跨越地形障礙,如河流或山谷,將水源輸送到目標地區(qū)。同時也可用于調節(jié)水流狀態(tài)。優(yōu)勢與其他輸水方式相比,渡槽輸水可以更好地控制水量和水質,并減少水的浪費和污染。渡槽的分類按渡槽功能分類：引水渡槽、調洪渡槽和供水渡槽按渡槽橫斷面形狀分類：矩形斷面、梯形斷面和圓形斷面按渡槽建筑材料分類：磚砌渡槽、混凝土渡槽和鋼筋混凝土渡槽渡槽的基本結構渡槽由底板、側壁和過渡段組成。底板承載水流并防止?jié)B漏，側壁限制水流以及保護渠道。過渡段連接上下游的不同結構形式，確保水流平穩(wěn)過渡。渡槽結構應堅固耐用、水工性能良好、便于施工和維護。合理的斷面形狀和尺寸設計是保證渡槽安全運行的關鍵。渡槽的尺寸設計渡槽的尺寸設計需要根據(jù)輸水量、管徑、流速等參數(shù)進行綜合考慮。主要包括渡槽的寬度、深度和長度的確定。寬度決定了流量的承載能力，深度決定了水流的穩(wěn)定性，長度決定了渡槽的結構形式和過渡段的長度。設計時需要充分考慮水流的特點、地形條件、結構材料等因素。渡槽的水力分析流量分析了解渡槽系統(tǒng)的流量特點,分析影響因素并計算流量值。水位分析研究渡槽上游和下游的水位變化規(guī)律,確定最高和最低水位。水力計算采用Bernoulli方程和Manning公式等計算渡槽的水頭損失、流速和水深。渡槽的流量計算10M每秒50M3流量—典型流量值大型灌溉渠道的典型流量可達每秒10-50立方米。準確計算流量是設計渡槽的關鍵。渡槽的流量大小直接影響其斷面尺寸、水力特性以及最終的建造成本。因此,精確計算渡槽的流量是至關重要的一步。流量計算涉及多個參數(shù),如河道斷面形狀、粗糙系數(shù)、水深等,需要仔細推算和驗證。渡槽的流速計算1管涌流流速公式2重力流流速公式3組合流流速公式渡槽中的流速計算是非常關鍵的一環(huán),它直接影響到渡槽的設計和運行效果。根據(jù)渡槽中的流態(tài)特點,可以采用不同的流速計算公式,如管涌流、重力流和組合流公式。設計人員需要結合實際情況,選擇合適的公式進行準確計算,為下一步的斷面尺寸設計提供基礎數(shù)據(jù)。渡槽的水深計算1初始條件確定流量、比降、斷面形狀2流型分析判斷是自由流還是壓力流3水深計算采用公式或圖解法計算渡槽的水深計算需要首先確定初始條件,包括流量、比降和斷面形狀等。然后根據(jù)流型分析,判斷是自由流還是壓力流,采用恰當?shù)墓交驁D解法進行計算。水深計算結果是設計渡槽結構的重要依據(jù)。渡槽的斷面形狀選擇渡槽的斷面形狀選擇是一個重要的設計環(huán)節(jié)。常見的斷面形狀有矩形、梯形、半圓形及復合斷面等。根據(jù)不同的工程條件和液體輸送要求,需要合理選擇最佳的斷面形狀。斷面形狀優(yōu)點缺點矩形便于施工,結構簡單。沖刷易發(fā)生,易堵塞。梯形水流暢通,沖刷能力強。施工復雜,造價較高。半圓形水流阻力小,流速均勻。施工難度大,造價較高。復合斷面綜合了各種斷面的優(yōu)點。設計和施工更加復雜。在實際工程中,應根據(jù)具體條件選擇最合適的斷面形狀,以保證渡槽的水力性能和結構穩(wěn)定性。渡槽的底板設計基礎設計渡槽底板作為整個渡槽的基礎,其設計需要充分考慮地質條件、荷載情況等因素,確保滿足承載力和穩(wěn)定性要求。厚度計算根據(jù)流速、水深、材料性能等參數(shù),合理確定底板的厚度,以抵御沖刷和滲流壓力。鋼筋布置合理布置縱向和橫向鋼筋,確保底板的抗拉、抗彎能力,提高整體結構的抗裂性。接縫處理在底板與邊墻交界處設置伸縮縫,利用防滲材料密封,以減小溫度變化引起的應力集中。渡槽的側壁設計側壁形式渡槽的側壁通常采用直板式或斜板式設計。直板式側壁更便于施工,而斜板式側壁可增加渡槽的整體穩(wěn)定性。選擇側壁形式時需考慮渡槽的規(guī)模、水力條件和施工等因素。側壁材料渡槽側壁常采用混凝土、磚石或鋼筋混凝土等材料。不同材料有各自的優(yōu)缺點,需根據(jù)實際情況進行選擇和優(yōu)化設計。側壁施工渡槽側壁施工時,需注重鋼筋的綁扎、混凝土的澆筑和養(yǎng)護等關鍵工序,確保結構質量。同時還應考慮排水系統(tǒng)、防滲措施等保障渡槽的長期安全運行。渡槽的過渡段設計連接段設計渡槽的過渡段負責將上游引水段與下游分配段平穩(wěn)銜接。過渡段的設計需要根據(jù)實際地形條件及水流特點進行優(yōu)化,合理確定轉彎半徑和坡度變化。流量變化平滑過渡段應確保水流從上游進入下游的流量和流速變化平穩(wěn),避免突然變化造成水流紊亂和能量損失。防沖刷保護過渡段易受局部湍流和回流影響,需采取相應的防沖刷措施,如加強混凝土lining或設置護坡等。結構優(yōu)化設計過渡段的結構形式、尺寸比例等需根據(jù)實際情況進行優(yōu)化設計,確保整體結構的穩(wěn)定性和安全性。渡槽的銜接段設計1銜接段的位置確定渡槽的銜接段通常位于渡槽上下游連接處,用于引導水流平順過渡。2銜接段的形狀設計常見的銜接段形狀包括直線型、曲線型和組合型,根據(jù)實際情況合理選擇。3銜接段的尺寸計算銜接段長度、坡度等參數(shù)需要根據(jù)水力計算結果來確定,確保順暢過渡。4銜接段的施工要求銜接段的施工需要嚴格控制尺寸、坡度,以確保與上下游渡槽的無縫銜接。渡槽的防滲設計1滲漏的危害滲漏會造成水資源浪費、水質惡化和地基下沉等嚴重后果，對渡槽的使用和安全構成重大威脅。2防滲技術常見的防滲技術包括混凝土防滲、瀝青防滲、高分子聚合物防滲等，根據(jù)具體情況選擇合適的方案。3滲漏監(jiān)測及時監(jiān)測滲漏情況，并采取必要的防滲加固措施，是確保渡槽安全可靠運行的關鍵。渡槽的防沖刷設計渡槽作為一種開敞水渠,常容易受到水流的沖刷,導致底部及側壁的破壞。因此,合理的防沖刷設計非常重要?？刹捎眉庸痰装搴图痈邆缺诘却胧?同時還應考慮水流的湍流特性,選用抗沖性能好的材料。另外,也可在渡槽入口及出口設置緩沖區(qū),使水流平緩過渡,減少局部沖刷。同時在渡槽內設置橫向防沖刷擋墻,有效控制水流沖刷。此外,也可在渡槽周圍采取護坡、擋墻等輔助措施,全面提高渡槽的防沖刷性能。渡槽的防冰設計在寒冷地區(qū),防止渡槽結冰是一項關鍵的設計任務。需要結合當?shù)貧夂驐l件,采取有效的防冰措施,確保渡槽的正常運行。重點包括選擇合適的材料、保溫措施、加熱裝置等。同時還需要考慮特殊的運行管理要求。渡槽的施工要求渡槽的施工需要嚴格遵守相關規(guī)范和標準。施工前要充分準備好材料、設備及施工現(xiàn)場。施工過程中要加強安全管理,采取有效的防護措施。在混凝土澆筑、模板支撐等關鍵環(huán)節(jié)要加強質量控制。施工完成后應按要求進行驗收,并做好相關檔案管理。渡槽的安全運行渡槽作為水利工程的重要組成部分,其安全運行至關重要。主要包括定期檢查渡槽的結構完整性、確保水流暢通、監(jiān)測水位變化、保持設備良好狀態(tài)等。一旦發(fā)現(xiàn)問題及時采取修繕措施,以保障行洪和供水安全。渡槽的養(yǎng)護與維修定期巡檢定期檢查渡槽的各部位是否有損壞、堵塞或其他問題,及時發(fā)現(xiàn)并解決。及時清理定期清理渡槽內的淤泥、雜物,保持良好的水流通暢。防腐防滲對渡槽的混凝土表面進行防腐處理,并定期檢查防滲層的完整性。渡槽的典型案例分析3案例—典型案例數(shù)量本節(jié)將分析3個典型的渡槽工程案例,從建設背景、設計參數(shù)、施工要點以及運行情況等方面進行詳細介紹,以期為后續(xù)類似渡槽工程的設計和建設提供借鑒。第一個案例為某縣農(nóng)田水利工程中的一條農(nóng)業(yè)灌溉渡槽。該渡槽全長500米,寬4米,深1.5米,采用矩形斷面,為落差較大的農(nóng)渠提供安全穩(wěn)定的通水通行。經(jīng)過多年運行,渡槽運行良好,未發(fā)生任何安全事故。第二個案例為某高速公路線路上的一座大型渡槽橋。該渡槽長300米,寬20米,采用箱形斷面,承擔著公路通行和河道截流的雙重任務。渡槽采用預應力混凝土結構,在設計和施工中充分考慮了水力、結構等各方面因素,投入運營后運行穩(wěn)定,能夠滿足公路和河道的功能要求。第三個案例為某地農(nóng)田水利工程中的一條混凝土襯砌渡槽。該渡槽長度1公里,采用梯形斷面,底寬2米,水深1米。渡槽采用鋼筋混凝土結構,經(jīng)過多年運行未出現(xiàn)滲漏和沉降等問題,為當?shù)剞r(nóng)田灌溉提供了可靠的水源保障。本章小結1渡槽概述定義、作用、分類2渡槽設計尺寸、水力分析、流量計算3渡槽結構底板、側壁、過渡段4渡槽防護防滲、防沖刷、防冰5運維管理施工、安全、養(yǎng)護本章全面介紹了水利工程中的渡槽系統(tǒng),包括概念定義、分類、基本結構設計、水力分析計算、防護措施,以及施工和維護管理等內容。通過系統(tǒng)學習,學生可以掌握渡槽