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渠道和渠系建筑物论文

渡槽、梁式渡槽、拱式渡槽小结

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摘要：

渡槽作用：

渡槽是输送水流跨越渠道、河流、道路、山冲、谷口等的架空输水建筑物.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。

梁式渡槽由槽身、槽墩或槽架、基础、进口连接建筑物、出口连接建筑物五部分组成

拱式渡槽的支撑结构由墩台、主拱圈和拱上结构组成,槽身荷载通过拱上结构传给主拱圈，再由主拱圈传给墩台，其中主拱圈是主要承重构件

关键字：

渡槽、梁式渡槽、拱式渡槽、作用、特点、组成、布置、水头损失、支撑、类型、形式、构造.

正文：

一、渡槽

一、渡槽的作用与组成

作用：

渡槽是输送水流跨越渠道、河流、道路、山冲、谷口等的架空输水建筑物.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.

组成:

渡槽由槽身、支承结构、基础及进出口建筑物等部分组成。

槽身置于支承结构上，槽身重及槽中水重通过支承结构传给基础，再传至地基.

渡槽一般适用于渠道跨越深宽河谷且洪水流量较大、渠道跨越广阔滩地或洼地等情况.它比倒虹吸管水头损失小，便利通航，管理运用方便，是交叉建筑物中采用最多的一种型式。

二、渡槽的类型

渡槽根据其支承结构的情况，分为梁式渡槽和拱式渡槽两大类。

三、渡槽的总体布置

（一）渡槽总体布置的基本要求

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.

（二）槽址选择

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，减少基础程量，降低墩架高度。

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。

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.

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。

交通方便，水电供应条件较好,有利于管理维修.

四、渡槽的水力计算

渡槽水力计算的目的,就是确定渡槽底纵坡、横断面尺寸和进出口高程，校核水头损失是否满足渠系规划要求.

（一）槽身断面尺寸的确定

计算公式选用：

槽身过水断面尺寸,一般依据渡槽的设计流量按照水力学公式进行计算。

当槽身长度L大于15～20倍的水深h时,按明渠均匀流公式计算；当L小于是15～20倍水深时，按淹没宽顶堰公式计算。

参数的选定：

槽身糙率对过水断面积及水流状态影响较大,应根据施工条件和工艺水平参照工程实测资料分析选取，初步设计时可按手册查用；槽身过水断面的宽深比不同,槽身的工程量也不同,为使工程经济,应有适宜的宽深比。

从过水能力方面考虑，应取宽深比b/h=2。

0，但从受力条件考虑，梁式渡槽的槽身侧墙在纵向起着梁的作用，加高侧墙，可提高槽身的纵向承载能力，故宜适当降低宽深比，工程中采用b/h=1.25～1.67;确定纵坡时应满足渠系规划要求，同时不能引起出口渠道的冲刷.一般常采用i=1/500～1/1500，槽内流速1～2m/s,对于通航的渡槽,要求流速在1。

5m/s以内，底坡小于1/2000。

超高:

为了防止因风浪或其它原因而引起侧墙顶溢水，侧墙应有一定的超高。

按建筑物的等级和过水流量不同，超高Δh可选用0.2～0.6m，也可用经验公式计算：

矩形槽身Δh=h/12+5（㎝）

U形槽身Δh=D/12（㎝）

（二）水头损失计算

水流经过渡槽进口段时，随着过水断面的减小，流速逐渐加大,水流位能一部分转化为动能，另一部分因水流收缩而产生水头损失，因此进口段将产生水面降落Z；水流进入槽身后，基本保持均匀流，沿程水头损失值Z1=iL;水流经过出口段时，随着过水断面增大，流速逐渐减小，水流动能因扩散而损失一部分,另一部分则转化为位能,而使出口水面回升Z2，从而与下游渠道相衔接。

进口水面降落Z

或

槽身沿程水头损失Z1为：

Z1=IL

出口水面回升Z2

渡槽总水头损失

ΔZ=Z+Z1—Z2

如果按上式求得的ΔZ等于或略小于允许水头损失值时，则槽底纵坡和槽身断面即为所求；如果ΔZ大于允许值较多时,则应重新拟定槽底纵坡，重新计算，直到满足要求为止.如果I值已定得很小，若再减小将会过多增加渡槽工程量时，也可不改变I值，而降低下游渠底高程使渠水位与水面回升后的水位相等；或者由下游推算到上游,而将上游底抬高.

（三）渡槽进出口底部高程确定

为保证通过设计流量时,上下游渠道保持均匀流，而不致产生大的壅水或降水，进出口底板高程应按以下方法确定

进口抬高值y1=h1—Z—h2

出口降低值y2=h3-Z3-h2

进口槽底高程▽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，其纵向受力和梁相同,故称梁式渡槽.槽身在纵向均匀荷载作用下，一部分受压，一部分受拉，故常采用钢筋混凝土结构。

为了节约钢筋和水泥用量，还可采用预应力钢筋混凝土及钢丝网水泥结构，跨度较小的槽身也可用混凝土建造.

简支梁式：

优点是结构简单，施工吊装方便，接缝处止水构造简单.缺点是跨中弯矩较大,底板受拉,对抗裂防渗不利。

常用跨度是8～15m，其经济跨度大约为墩架高度的0.8～1。

2倍。

双悬臂梁式：

根据其悬臂长度的不同，又可分为等跨双悬臂式和等弯矩双悬臂式。

等跨双悬臂式，在纵向受力时,其跨中弯矩为零,底板承受压力，有利于抗渗。

等弯矩双悬臂式,跨中弯矩与支座弯矩相等，结构受力合理，但需上下配置受力筋及构造筋,总配筋量常大于等跨双悬臂式，不一定经济，且由于跨度不等，对墩架工作不利,故应用不多。

双悬臂梁式渡槽因跨中弯矩较简支梁小，每节槽身长度可为25～40m，但其重量大，整体预制吊装困难，当悬臂顶端变形或地基产生不均匀沉陷时，接缝处止水容易被拉裂.

单悬臂式：

一般用在靠近两岸的槽身或双悬臂梁式相简支梁式过渡时采用.

一、槽身横断面型式和尺寸确定

断面型式:

槽身横断面型式矩形和U形两种。

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。

矩形槽身常是钢筋混凝土或预应力钢筋混凝土结构，U形槽身还可采用钢网水泥或预应力钢丝网水泥结构。

拉杆：

一般中小流量无通航要求，槽顶设拉杆，其间距为1～2m以增加侧墙稳定并改善槽身横向受力条件;如有通航要求则不设拉杆，而适当加大侧墙厚度.

宽深比：

钢筋混凝土矩形及U形槽身横断面的造型，主要取决于槽身的宽深比。

由于水力条件与结构受力条件的矛盾，实际设计中一般根据结构受力条件及节省材料的原则来选择宽深比.

槽身侧墙通常都作纵梁考虑，由于侧墙薄而高，故在设计中除考虑强度外，还应考虑侧向稳定，一般以侧墙厚度t侧墙高H的比值t/H作为衡量指标。

二、槽身构造要求

变形缝：

梁式渡槽的槽身多采用钢筋混凝土结构.为了适应槽身因温度变化引起的伸缩变形，渡槽与进出口建筑物之间及各节槽身之间必须用变形缝分开，缝宽3~5厘米.变形缝需要用既能适应变形又能防止漏水的材料封堵。

特别是槽身与进出口建筑物之间的接缝止水必须严密可靠，否则不仅会造成大是漏水，还可能促使岸坡滑塌影响渡槽的安全。

止水：

渡槽槽身接缝止水所用材料和构造型式多种多样.

支座:

变形缝之间的每节槽身沿纵槽向和有两个支点.为使支点接触面的压力分布比较均匀并减小槽身磨擦时所产生的摩擦力，常在支点自设置支座钢板或油毡座垫.每个支点处的座钢板有两块。

三、渡槽的支承结构

梁式渡槽的支承型式有槽墩式和排架式两种。

1．槽墩

槽墩一般为重力墩,有实体墩和空心墩两种形式。

实体墩：

一般用浆砌石或混凝土建造,常用高度8～15米。

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。

空心墩：

体型及部分尺寸基本与实体墩相同。

槽台:

渡槽与两岸连接时，常用重力式边槽墩，亦称槽台。

槽台的作用是支承槽身和挡土.

2．槽架

槽架是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型式。

单排架:

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.单排架是由两根肢柱和横梁所组成的多层钢架结构。

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。

A字型排架：

常由两片A字单排架组成，其稳定性能好，适应高度大，但施工较复杂,造价较高.

组合式槽架：

适用于跨越河道主河槽部分，最高洪水位以下为重力式墩，其上为槽架，槽架可为单排架,也可为双排架。

排架与基础的连接：

可采用固接和铰接.

四、渡槽的基础

基础是渡槽的下部结构,它将渡槽的全部重量传给地基。

常用的渡槽基础的形式有刚性基础、整体板基础、钻孔桩和沉井基础等.

刚性基础:

常用于重力式实体墩和空心墩基础，一般用浆砌石或混凝土建造，基形状呈台阶形。

因其抗弯能力小而抗压能力大，基础在墩底面的悬臂挑出长度不能太大，设计时不考虑其抗弯作用。

整体板基础：

整体板基础为钢筋混凝土梁板结构,因设计时考虑其弯曲变形而按梁计算，故又称柔性基础。

其底面积大,可弹性变形，适应不均匀沉陷能力好，常用作排架基础。

钻孔桩基础:

适用于荷载大、承载能力低的地基.施工机具简单，建造速度快，造价低。

桩顶设承台以便与槽墩连接,并将桩柱向上延伸而成桩柱式槽架。

沉井基础：

沉井基础的适用条件与钻孔桩基础相似,在井顶作承台（盖板）以便修筑槽墩（架）。

井筒内可根据需要填砂石料或低标号混凝土.

五、渡槽与两岸的连接

1．槽身与填方渠道连接

槽身与填方渠道连接，常采用的方式有斜坡式和挡土墙式。

斜坡式:

将连接段伸入填方渠道末端的锥形土坡内。

按连接段的支承方式不同，又分为刚性连接和柔性连接.

刚性连接是将连接段支承在埋于锥形护坡内的槽墩或槽架上，支承墩建在岩基或老土上。

柔性连接段是将连接段直接搁置在填方渠道上。

挡土墙式：

将槽身的一端支承在重力式挡土墙上。

挡土墙应修建在岩基或老土上。

对于拱渡槽，应按槽台的要求进行布置.其两侧建造一字墙或八安墙以挡土。

为降低墙后地下水位,墙身应设置排水孔。

挡土墙式连接常用于填方高度不大的情况.

2．槽身与挖方渠道连接

槽身与挖方渠道连接时，一般将边跨槽身支承在地梁或高度不大的实体墩上.槽身与渐变段之间常设连接段。

有时为了缩短槽身长度,可将连接段向槽身方向延伸，并支承在用浆砌石建造的底座上。

三、拱式渡槽

1、特点

拱式渡槽的主要承重结构是拱圈。

槽身通过拱上结构将荷载传给拱圈，它的两端支承在槽墩或槽台上。

拱圈的受力特点是承受以压力为主的内力，故可应用石料或混凝土建造，并可用于较大的跨度。

但拱圈对支座的变形要求严格。

对于跨度较大的拱式渡槽应建筑在比较坚固的岩石地基上。

2、类型

石拱渡槽:

主拱圈为一实体的矩形截面的板拱，一般用粗料石砌筑。

其优点是就地取材,节省钢筋，结构简单，便于施工,缺点是自重大，对地基要求高，施工时需较多木料搭设拱架。

肋拱渡槽：

主拱圈是2～4根拱肋组成,拱肋间用横系梁连结以加强拱肋整体性，保证拱肋的横向稳定。

肋拱渡槽一般采用钢筋混凝土结构，对于大中跨径的肋拱结构可分段预制吊装拼接，无需支架施工.这种型式的渡槽外形轻巧美观，自重较轻,工程量小，但钢筋用量较多。

双曲拱渡槽：

主要拱圈由拱肋、拱波、拱板和横系梁（横隔板）等组成（如图8—15）。

因主拱圈沿纵向和横向都呈拱形，故称为双曲拱。

双曲拱能双充分发挥材料的抗压性能，造型美观，此外，主拱圈可分块预制,吊装施工，既节省搭设拱架所需的木料，又不需要较多的钢筋，适用于修建大跨径渡槽。

拱式渡槽的支承结构是由墩台、主拱圈和拱上结构组成的.槽身荷载通过拱上结构传给主拱圈再由主拱圈传给墩台。

与梁式渡槽相比，拱式渡槽的支承结构增加了主拱圈和拱上结构两部分，这就决定了拱式渡槽不同于梁式渡槽的型式、构造和特点。

一、主拱圈

1．主拱圈的型式和构造

主拱圈是拱式渡槽的主要承重结构，工程中常用的型式有板拱、肋拱和双曲拱等。

板拱：

多用于石拱渡槽.板拱在横截面的整个宽度内，砌筑成整体的矩形断面，除采用砌石外，也可用混凝土现浇或预制块砌筑，小型渡槽的拱圈可用砖砌筑。

拱圈的横向宽度一般与槽身宽度相同,且不宜小于拱圈跨度的1/20,以保证拱圈有足够的横向刚度和稳定性。

拱圈的拱顶厚度可以参考已建类似工程的尺寸初步拟定；拱圈净跨大于20米时,宜采用变截面拱圈。

肋拱:

为了节省材料和减轻自重，可采用肋拱式拱圈。

当槽宽不大时多采用双肋。

钢筋混凝土拱肋的混凝土强度等级不宜低于C20，无铰拱肋的纵向受力钢筋应伸入墩帽内,锚入深度应不小于拱脚厚度的1．5倍。

双曲拱：

主要是由拱肋、拱波和横向联系所组成。

为了加强拱波拱肋的连接，拱肋断面多采用凸形、L形和凹形等形状还常在拱肋顶面设置齿槽，并配置锚固钢筋。

拱波一般分预制和现浇两层.拱波预制块的一侧常做成具有削角的斜面，以便于砌缝填实,并使现浇层与之结合得更好。

双曲拱的横向联系，常采用横系梁和横隔板。

拱肋和拱波通过横向联系连接成整体，以加强拱圈的横向整体性和稳定性。

2．主拱圈的受力特点

承受压应力：

拱式渡槽的主拱圈，在支座的约束下，通过拱的作用将铅直荷载转变为轴向压力，故拱圈内力主要是压应力.因此，主拱圈是一种主要承受压应力的结构，可用抗拉强度小而抗压强度大的圬工材料建造，并且可以用于很大的跨度。

推力拱特点：

如果支座受到破坏而不能提供与水平推力相平衡的反力时，主拱圈就从拱的作用转变为梁的作用,便有能承受原有拱荷载而迅速破坏和失稳。

这是拱式渡槽的推力拱特点。

连拱特点：

对于多跨拱式渡槽，某跨的一个支座产生变位，还将引起该跨另一端的支座产生弯矩，而使相邻跨也将受到影响。

特别是一跨受到破坏时，相邻跨的拱脚水平推力便完全由拱墩承担，当拱墩承受不住这一推力时，便会倾倒，相邻跨也随之被破坏。

这是拱式渡槽的连拱特点。

主拱圈的稳定性：

主拱圈在铅直荷载作用下，将产生强大的轴向压力迫使拱轴变形，当铅直荷载达到一定数值,将会失去稳定而迅速破坏。

拱圈的失稳，有纵向和横向两种形式.纵向失稳,是拱圈在拱轴平面内迅速变形而失稳.横向失稳是拱圈翘离拱轴平面迅速变形而失稳。

3．主拱圈结构及拱式渡槽的基本尺寸

跨度l：

跨度l小于15m者为小跨度，等于15～50m者为中等跨度,大于60m者为大跨度。

对于槽高不大的拱式渡槽宜选用小跨度;对于跨越深谷、槽高很大且基础施工很困难的拱式渡槽，可采用大跨度；在一般情况下，如无特殊要求，则以采用40m左右的中等跨度较为经济合理。

宽跨比：

拱宽b常与槽身的结构总宽度相等，但宽跨比b／l对主拱圈的横向稳定影响很大，b／l越小则横向稳定性越低。

为了满足主拱圈的横向稳定，一般要求b／l大于1／20；对于大跨度的小流量渡槽，b／l一般较小，但也不应小于1／25。

由于拱式渡槽的槽身已不是主要承重结构，槽身的深宽h/b应较梁式渡槽小些，以便加大拱圈的宽度比进而加大宽跨比b／l，以满足主拱圈的横向稳定要求。

拱脚高程、矢高和矢跨比:

主拱圈的拱顶常与槽身底面相接触,所以拱脚高程一经选定，矢高f也基本上确定了。

对于槽高不大的拱式渡槽，拱脚高程一般选在最高洪水位附近，所以矢高f的选择余地不大，只有调整跨度l才能选定矢跨比f／l。

对于槽高较大的拱式渡槽，拱脚高程可以在较大范围内选定，所以矢高f的大小便有较大的选择余地。

设计时,可从以下几个方面考虑,以便定出比较合理的拱脚高程和矢高f值。

二、拱上结构及槽身

拱式渡槽的拱上结构,有实腹式和空腹式两种型式。

1．实腹式：

实腹式拱上结构一般只用于小跨度渡槽,其上的槽身一般都采用矩形断面，其下的主拱圈一般都采用板拱,也可采用双曲拱。

拱上结构:

按构造的不同可分为砌背式和填背式两种型式。

砌背式在槽宽不大时采用，拱背上砌筑成实体，其上再砌筑槽身的挡水侧墙和底板。

当槽宽较大时，则易采用填背式。

填背式是在拱背两侧砌筑挡土边墙。

防渗排水：

为了减小槽身糙率和防止槽身渗水对拱圈的浸蚀作用，在槽身侧墙和底板的迎水面可抹1～2厘米厚的水泥砂浆，或浇5～10厘米厚的混凝土。

对于填背式拱上结构，还应在拱背及边墙的内坡用水泥砂浆或石灰三合土等铺设防水层，将槽身渗水沿防水层引至埋设于拱圈内的排水管或槽台背面的排水暗沟排出。

2．空腹式

实腹式拱上结构用材多，重量大，故一般只用于小跨度渡槽。

当跨度较大时，须将拱上结构筑成空腹式的,以减小拱圈的荷载.空腹式拱上结构，有横墙腹拱式和排架式等形式。

横墙腹拱式：

在实腹式拱上结构中，对称地留出若干个城门洞形的孔洞,便成为横墙腹拱式结构.这些孔洞以叫腹孔。

腹孔顶部设腹拱，腹拱背上的腹腔常筑成实腹式的，上面的槽身则采用矩形断面,沿纵向支承于主拱圈上,主拱圈可采用板拱，也可采用双曲拱。

排架式：

槽身搁置于排架顶上、排架固接于主拱圈上，主拱圈多采用肋拱型式，排架与拱肋的接头，常采用杯口式连接，也可用预留插筋、型钢或钢板等连接。

排架对称布置于主拱圈上，间距视主拱圈的跨度大小而定。

三、墩台及其他建筑物

拱式渡槽的槽墩和槽台多采用实体的重力式结构用M10水泥砂浆砌块石或C10～C15强度等级混凝土建造.底部扩大便筑成刚性基础。

对于软弱地基,为了减小不均匀沉陷和限制墩台的变位，采用桩基础或沉井基础。