農業(yè)綜合開發(fā)土地治理項目渠系建筑物規(guī)劃設計指南

農業(yè)綜合開發(fā)土地治理項目渠系建筑物規(guī)劃設計指南1.1一般規(guī)定（1）灌排建筑物的位置應根據(jù)工程規(guī)模、作用、運行特點和灌區(qū)總體布置的要求，選在地形條件適宜和地質條件良好的地點。（2）灌排建筑物的布置應滿足灌排系統(tǒng)水位、流量、泥沙處理、施工、運行、管理要求和適應交通、航運和群眾生產、生活需要，宜采用聯(lián)合建筑的形式。（3）灌排建筑物的結構型式應根據(jù)工程特點、作用和運行要求，結合建筑材料來源和施工條件等因素因地制宜選定。（4）4、5級灌排建筑物設計可采用與當?shù)貙嶋H情況相適應的定型設計，有條件時宜采用裝配式結構。（5）灌溉建筑物應按設計流量設計，按加大流量驗算；排水建筑物可只按設計流量設計。（6）作用于灌排建筑物的荷載一般包括結構自重、水重、土重、內外水壓力、土壓力、溫度變化及混凝土收縮引起的應力、地震作用等，水閘、倒虹吸、涵洞還應計及基底揚壓力，渡槽還應計及風壓力、漂浮物的撞擊力等，陡坡還應計及水流脈動壓力和拖拽力等。荷載組合應根據(jù)灌排建筑物的運行條件、施工階段的實際情況及各種荷載同時作用的實際可能性劃分為基本組合和特殊組合，但地震荷載不應與其它特殊荷載組合。（7）1.2水閘1.2.1水閘分類水閘是調節(jié)流量和水位的建筑物。它的型式很多，按其用途可分以下幾種：（1）進水閘——從河道引水灌溉農田，常需在干渠首修建水閘來調節(jié)入渠流量，這種閘叫做進水閘。（2）節(jié)制閘——位于干、支渠分水口下游的渠道上，它的用途是抬高節(jié)制閘上游水位，保證下一級渠道能引入所需流量。當下游渠段發(fā)生事故時，可用它來截斷渠道水流，保證下游渠系安全。（3）分水閘——位于支、斗渠首部，也就是支、斗渠的進水閘。它的用途是調節(jié)干、支渠引到下一級的流量，和節(jié)制閘布置在一起。（4）泄水閘——位于渠首、渠道中有利地形處，或排水渠末端。其作用是宣泄多余水量及沖走渠首或渠道內淤積的泥沙。1.2.2水閘結構無論哪種水閘，通常是由閘室，上游連接段，下游連接段三大部分組成。閘室是水閘的主體，它的作用是設置閘門，控制水流；上游連接段的作用是使進閘水流平順及防止水流滲透和沖刷；下游連接段的作用是使出閘水流平順及防止水流對下游渠底及岸坡沖刷。水閘的總體布置是水閘設計的重要環(huán)節(jié)，需要經(jīng)過充分調查研究，反復修改，進行多個方案的比較。水閘的設計大致可以分成這樣幾步：（1）根據(jù)渠系規(guī)劃，選定閘址位置、方向。（2）根據(jù)水閘和它上下游的關系，選定水閘型式，決定上下游設計水位和設計流速。（3）根據(jù)設計水位和流量以及地形、地質條件，決定水閘底板高程和總寬度。（4）進行閘室和上下游連接段的布置。（5）進行消能設計。（6）進行防滲設計，布置地下輪廓。（7）通過結構計算，確定水閘細部尺寸和配筋。1.2.3水閘輪廓尺寸（1）底板底板在順水流方向一般和閘墩一樣長，大多數(shù)水閘底板是平底的。大中型水閘的平底板都是鋼筋混凝土材料的，對于閘孔寬度在2.5米以下的水閘，也可采用漿砌石或素混凝土材料。當閘的水頭較低及地基較好時，通常將底板和閘墩用沉陷縫分開。此時閘的全部重量便通過閘墩直接傳至地基。如水頭較高或地基較差時，則將底板和閘墩連在一起,或在閘孔中心處分縫。這時閘自身重量便通過閘墩和底板傳至地基上，因而可減小地基應力和閘身的沉陷。當?shù)装迮c閘墩用縫分開時，底板不承受由于閘身重量所造成的地基反力，因而一般可不進行底板的內力計算和強度校核，只須要校核其在滲透壓力作用下的抗浮穩(wěn)定性。如底板與閘墩連成整體，底板將承受地基反力，板內便存在著彎矩和拉應力，因而需要進行內力計算和強度復核。水閘的底板厚度可取閘孔凈寬的1/6～1/8。小型水閘厚度一般為0.3米～0.8米。底板上游端和下游端一般都做有齒墻，深度0.5米～1.2米，以增加閘身的抗滑穩(wěn)定性，并加強底板的剛度；同時也可增加沿閘底的滲透途徑，避免滲透破壞。底板的沉陷縫應有一定的寬度，以免由于不均勻沉陷而發(fā)生相互擠壓。沉陷縫寬度一般為1厘米～2.5厘米，縫內常用瀝青木板隔開。在防滲段的沉陷縫內必須設止水，以保證防滲段的連續(xù)性。止水可用銅片或塑料止水帶。（2）工作橋工作橋一般為預制的鋼筋混凝土結構。當跨度較小時采用預制的混凝土板，當跨度較大時則常采用預制的鋼筋混凝土“T”形梁。（3）交通橋當有交通要求時，按交通要求確定其寬度。橋面結構一般為預制的鋼筋混凝土梁板，其形狀有矩形、“T”形、“Π”形或空心板等。1.2.4水閘結構設計與計算水閘的結構設計與計算，在《水閘設計規(guī)范》（SL265—2001）中已有詳細的說明。這里不再介紹。水閘上、下游連接段各部位結構尺寸，可參考附錄九選取。1.3渡槽（1）渠道跨越河流、渠溝、洼地、道路，采用其他類型建筑物不適宜時，可選用渡槽。（2）渡槽軸線應短而直，進、出口應與上、下游渠道平順連接。（3）渡槽進、出口應設漸變段，漸變段長度可分別取渠道與渡槽水面寬度差值的1.5～2倍和2.5～3倍。1、2級渡槽的進、出口漸變段布置，宜通過水工模型試驗確定。（4）渡槽槽身橫斷面宜采用矩形或U形。梁式渡槽滿槽時槽內水深與水面寬度的比值：矩形斷面可取用1.6～0.8；U形斷面可取用0.7～0.9；拱式渡槽可適當減小。槽身過水斷面的平均流速宜控制為1.0～2.0米/秒。`（5）渡槽過水能力及總水頭損失可按《灌溉與排水工程設計規(guī)范》（GB50288-99）中附錄M所列公式計算。通過加大流量時，進槽水位允許壅高值可取進槽水深的1％～3％。（6）矩形斷面渡槽槽身頂部超高可取槽內水深的1/12加5厘米；U形斷面渡槽可取槽身直徑的1/10。（7）現(xiàn)澆鋼筋混凝土渡槽槽身應根據(jù)其縱向支撐型式分節(jié)。在渡槽槽身與上、下游渠道連接處，梁式渡槽各節(jié)之間或拱式渡槽各跨槽墩（臺）頂部，均應設置伸縮縫。梁式渡槽槽身伸縮縫的間距宜取8～20米，拱式渡槽槽身伸縮縫應根據(jù)其跨度大小設在拱頂、三分點（或1/4拱跨）處。伸縮縫內應設防滲止水。止水型式可選用埋入式、壓板式或套環(huán)式。（8）渡槽的支承結構可根據(jù)地形、地質、跨度、高度、當?shù)夭牧虾褪┕l件等，選用墩式、排架式、拱式、懸吊式或斜拉式。（9）渡槽與公路橋結合時，槽身布置應滿足公路交通的要求；渡槽跨越通航河流、公路或鐵路時，槽下凈空應滿足航運和交通的要求。（10）渡槽可根據(jù)地質條件、上部荷載、水流沖刷影響等，選用剛性基礎、柔性基礎、樁基礎或沉井基礎。1.4倒虹吸（1）渠道穿越河流、渠溝、洼地、道路，采用其他類型建筑物不適宜時，可選用倒虹吸。（2）倒虹吸宜設在地形較緩處，應避免通過可能產生滑坡、崩塌及其他地質條件不良的地段。（3）倒虹吸軸線在平面上的投影宜為直線，并宜與河流、渠溝、道路中心線正交，進、出口應與上、下游渠道平順連接。（4）倒虹吸進、出口應設漸變段，其長度可分別取上、下游渠道設計水深的3～5倍和4～6倍。1～3級倒虹吸進口漸變段宜為封閉式，出口應設閘門控制，出口漸變段可結合設置消力池，其下游渠道應護砌3～5米長度。（5）倒虹吸可根據(jù)地形、地質條件和穿越河流、渠溝、道路的具體情況等，選用埋式或橋式。地埋式倒虹吸應埋入地面以下0.5～0.8米；穿越河流時，應埋入設計洪水沖刷線0.5米以下；穿越渠溝、道路時，應埋入渠溝底面或道路路面以下1米。橋式倒虹吸的橋下凈空和橋面，必要時應滿足行洪、通航和車輛通行的要求。（6）倒虹吸橫斷面宜采用圓形，流量大、水頭低時，也可采用矩形。（7）倒虹吸可根據(jù)流量、水頭、建筑材料及施工條件等，選用混凝土管、鋼筋混凝土管、鋼套筒混凝土管、玻璃鋼管或鋼管。高差較大或管段較長的情況下，也可分段采用不同管材。管壁厚度應根據(jù)水頭、管徑及管材許可應力等計算確定。（8）倒虹吸通過設計流量時，斷面平均流速應根據(jù)上、下游允許水頭損失，水流含沙量及顆粒組成，以及防止管內產生淤積等因素確定，且宜控制在1.5～2.5米/秒。（9）倒虹吸過水能力及總水頭損失可按《灌溉與排水工程設計規(guī)范》（GB50288-99）中附錄N所列公式計算。（10）現(xiàn)澆鋼筋混凝土倒虹吸的分節(jié)應根據(jù)地基、施工、溫度等條件確定、各節(jié)之間以及首、末節(jié)與進、出口連接處應設置伸縮沉降縫，土基上縫距宜取15米～20米，巖基上縫距可取10米～15米，縫內應設防滲止水。（11）倒虹吸管床可采用分層夯實的碎石、三合土或素土。1.5跌水與陡坡（1）渠道（排水溝）經(jīng)過陡峻的地段時，可設置跌水或陡坡。（2）跌水或陡坡的型式應根據(jù)跌差和地形、地質等條件確定、跌差小于或等于5米時，可采用單級跌水或單級陡坡；跌差大于5米，采用單級跌水或單級陡坡不經(jīng)濟時，可采用多級跌水或多級陡坡。（3）跌口前應設與上游渠道（排水溝）連接的收縮段或擴散段，其長度Le應根據(jù)上游渠道（排水溝）底寬B和水深h的比值確定。B/h小于2時，Le可取2.5h；B/h等于2～2.5時，Le可取3h；B/h大于2.5時，Le可取3.5h。收縮段或擴散段底部邊線與渠道（排水溝）中心線的夾角不宜大于45°。（4）跌口可采用矩形、梯形或臺堰形。渠道流量變化很小或必須設閘門控制時，可采用矩形跌口，清水渠道上也可采用臺堰形跌口；渠道流量變化較大或者變化頻繁時，宜采用梯形跌口。跌水墻宜采用重力式。跌水消力池橫斷面可采用矩形、梯形或折線形。（5）單級跌水過水能力級消能可按《灌溉與排水工程設計規(guī)范》（GB50288-99）中附錄Q所列公式計算。（6）多級跌水可按水面落差相等或臺階跌差相等的原則分級，每級高度不宜大于5米。（7）陡坡宜采用等底寬式；受地質或其他條件限制時，可采用陡槽末端底部擴散或收縮的變底寬式；跌差為2.5米～5米、采用變底寬式陡坡消能效果不佳時，也可采用陡槽上段底部擴散、下段底部收縮的菱形陡坡。陡槽底部擴散角宜取5°～7°，收縮角宜取10°～15°。（8）陡槽槽底坡降可取1/2.5～1/5，但陡坡傾角必須小于或等于地基土壤的內摩擦角。（9）陡槽橫斷面宜采用矩形，陡槽邊墻較高時可采用梯形。梯形很斷面邊坡坡度應陡于1:1。陡坡消力池可采用等底寬式或逐漸擴散的變底寬式，橫斷面可采用矩形、梯形或折線形。（10）單級等底寬陡坡的過水能力及消能可按《灌溉與排水工程設計規(guī)范》（GB50288-99）中附錄Q的規(guī)定進行計算。（11）陡槽應每隔5米～50米設一道伸縮縫，伸縮縫處底板下應設齒墻，縫內應設防滲止水。（12）跌水消力池、陡坡陡槽和消力池的側墻（邊墻）后以及底板下有較大的滲透壓力時，在底板下和側墻（邊墻）的后半部位均應設排水設施。（13）跌水和陡坡的消力池出口處均應設1:3～1:5的仰坡，并采用連接段和整流段與下游渠道（排水溝）連接。連接段邊墻的收縮角宜為20°～40°；整流段長度不應小于下游渠道（排水溝）水深的3倍，其斷面應與下游渠道（排水溝）斷面一致。1.6引水水陂工程水陂（擋水型重力式低壩）在水利水電工程中使用很普遍，硬殼陂是低水頭的水利工程中廣泛采用的陂型之一。水陂的類型，按砌筑材料分漿砌石陂及砼陂。陂身內部可用砂、石料堆筑或砼澆筑而成。壩頭形狀，可分實用堰型或寬頂堰型。由于山區(qū)河道、交通不便，有時陂頂亦兼作交通道，因而在條件允許的情況下盡可能做得寬一些。水陂規(guī)劃設計的特點：一是水文資料短缺；二是地質資料不全，往往只憑集雨面積的大小和看得著的河床覆蓋而定，除明顯的露頭巖基外，均作為軟基礎考慮。水陂構造一般由上游粘土鋪蓋（防滲）—陂（壩）身—下游消力坎或護坦（防沖）及兩岸翼墻、放水閘等組成。上游設置粘土鋪蓋，其長度不少于3～5倍陂高，以防止此類型硬殼陂滲徑短而引起“管流”導致陂身流空。陂（壩）身由穩(wěn)定分析計算定。下游消力坎或護坦及護岸長度是按設計面流的條件而選定。其他各數(shù)據(jù)可參照漿砌石壩或砼壩的有關設計規(guī)范計算定。排水孔的進口必須有可靠的反濾，以保證排水暢通。水陂的水文計算及水力計算等一般較粗略，此因設計要有一定安全系數(shù)及足夠的過流能力，以免造成上游淹沒或其它不必要的損失。水陂設計以實用為主，選址要結合地形地質條件，既要滿足山洪暴發(fā)時的過流能力，又要盡量節(jié)約投資。對于淤積嚴重的河段，要設沖砂閘。一般有條件的應設放空閘，以便今后水陂維修。兩岸上下游翼墻及護坡護岸，一般為漿砌石擋墻或砌石護坡，長度及型式根據(jù)實際情況定，一般不小于15米。1.7量水設施21世紀灌溉農業(yè)發(fā)展的趨勢是灌溉管理走向現(xiàn)代化、自動化和智能化。量水是管理的重要內容之一，目前自動量水技術的研究開發(fā)尚處于發(fā)展階段。渠道量水設施安量水建筑物的結構形式與水流的特點，一般可分為量水堰、量水槽、量水計和涵閘量水四大類。本指南只介紹渠道較多采用的量水槽。其他量水類型可參考有關水力學文獻。量水槽是一種由明渠收縮段構成的量水設備。收縮段的作用是使水流通過量水槽時形成臨界流，并具有不受下游水流條件影響的單一水位流量關系。U形渠道拋物線形喉口式量水堰量水槽結構形式及選型設計計算公式。拋物線喉口式量水槽其測流原理是使水流在量水槽拋物形喉口斷面形成收縮，產生臨界流，從而在槽前構成穩(wěn)定的水位流量關系。量水槽的基本結構如圖如圖8-2所示，由拋物線形喉口斷面、上下游漸變段和水尺組成，喉口斷面、上下游漸變段和水尺組成，喉口斷面底部與渠底齊平，為無底坎型。量水槽上下游由原U形渠道斷面形狀漸變?yōu)閽佄锞€形喉口形狀，再從拋物線喉口漸變?yōu)榕c下游U形渠道斷面形狀吻合。量水槽的主要參數(shù)及結構尺寸有喉口斷面拋物線方程的形狀參數(shù)p、決定喉口斷面大小的收縮比ε和上下游漸變段長度L（米）。設計前須確定U形渠道底弧半徑r（米）、側壁直線段外傾角α或底弧圓心角θ、渠道糙率n和底坡i、渠道設計流量Q（立方米/秒）及正常水深h0（米），計算公式分述如下。喉口斷面拋物線方程拋物形狀系數(shù)拋物線形喉口斷面面積漸變段長度（上下游相等）；當計算的L小于30厘米時，取30厘米喉口斷面頂寬渠口寬水頭測量斷面即水尺距喉口距離L1＝L+（1～2）H式中y、x———以槽底為原點的縱橫坐標，米；P—————拋物線形狀系數(shù)，m-1；H—————U形渠道襯砌深度，米；ε—————量水槽喉口斷面收縮比（喉口全斷面面積Ap與渠道全斷面At之比），其值由表8-1確定；Bp—————量水槽拋物線喉口斷面頂寬，米；B1—————U形渠道渠口寬，米；T—————U形渠道底弧弓高，米；θ—————U形渠道底弧圓心角（°）；其余符號含義同前。標準U形渠道量水槽選型時，可根據(jù)實測的U形渠道斷面尺寸（渠深H、底弧半徑r、底弧中心角θ）及渠道比降，參照表8-1初選喉口斷面收縮比ε。表8-1中收縮比ε系指糙率n＝0.015的渠道，當糙率≤0.013時，所選ε值增加0.05；當n≥0.017時，ε值減少0.05；量水槽下游有跌水或陡坡時，選取的ε值與底坡和渠道型號無關，可取0.60～0.65.ε選定后，即可根據(jù)式上述介紹的公式確定量水槽各部分的結構尺寸。初選的收縮比ε值必須量水槽在通過加大流量時自由出流，即淹沒度（量水槽下游渠道正常水深與上游水尺水深之比）小于0.88，否則應加大ε值5%，再重新計算量水槽尺寸，檢驗淹沒度，直至滿足淹沒深度要求。量水槽下游水深可根據(jù)流量、渠道糙率、過水斷面尺寸按明渠均勻流正常水深計算確定。圖8-1U形渠道拋物線形喉口式量水槽結構表8-1中未列出的U形渠道可比照與該表中相近的渠道型號擬定ε進行量水槽設計。表8-1U形渠道型號與量水槽喉口收縮比ε關系（n＝0.015）型號比降D30H40D40H50D50H55D60H60D70H70D80H801/3000.650.700.700.701/4000.600.650.700.700.701/5000.550.550.600.650.650.651/6000.500.500.550.600.600.601/7000.450.500.500.550.550.5