渠系建筑物市公开课一等奖省赛课获奖课件

第十章渠系建筑物旗岭渡槽渠系建筑物第1页渠系建筑物为了安全合理地输配水量以满足农田海溉、水力发电、工业及生活用水需要，在渠道(渠系)上修建水工建筑物，统称渠系建筑物。一个灌区内浇灌或排水渠道，普通分为干、支、斗、农四级，组成渠道系统，简称渠系。渠系建筑物第2页渠系建筑物分类配水建筑物:节制闸、分水闸

交叉建筑物:渡槽、倒虹吸管、涵洞

落差建筑物:跌水、陡坡

量水建筑物:量水堰、量水槽防洪冲砂建筑物:沉沙池、排沙闸泄水闸或退水闸

便民利民建筑物农桥林州红旗渠渠系建筑物分类与功用渠系建筑物第3页渠系建筑物特点量大面广、总投资多;同一类型建筑物工作条件、结构型式、结构尺寸较为近似。所以，对其体型结构合理设计含有十分主要经济意义

本章就渡槽、倒虹吸管、涵洞、跌水及陡坡作介绍渠系建筑物第4页第一节渡槽一、渡槽概念、作用渡槽：是输送渠道水流跨越河流、渠道、道路、山谷等障碍架空输水建筑物，是灌区水工建筑物中应用最广交叉建筑物之一。渡槽作用：用于输送渠道水流外，还能够供排洪和导流之用。渠系建筑物第5页险峰渡槽位于磁县白土镇张二庄东南，像一道天上彩虹横跨高家脑与跑马山之间，它是跃峰渠重点工程之一。横跨在都党河沟上。1975年11月开工，1976年9月底完工。该渡槽在当初是华北地域跨度最大砌石拱形渡槽。全长（包含上口渐变段）212米，主拱跨106米，地面距拱顶底部28.70米，为等截面悬链无铰拱，拱卷厚2米，用四层细料石砌成。主拱卷上有12个腹拱，为2.5米半圆拱，拱厚0.5米，槽深为矩形钢筋混凝土结构。净宽3.55米，高3.1米，纵坡1/610,设计水深2.7米，设计过水流量30立方米每秒。另外，槽身两侧顶部设有1米宽人行道。槽身共9节，每节长20米。

渠系建筑物第6页渠系建筑物第7页二、渡槽组成及类型

1、类型：（1）按施工方法：现浇整体式、预制装配式及预应力等；（2）按建筑材料分类：木渡槽、砌石、砼及钢筋砼等（3）按支承结构型式分：有梁式、拱式、桁架式、组合式及悬吊或斜拉式（4）按槽身断面形状分：矩形渡槽、U形渡槽等。建成中铺电灌工程干渠输水渡槽渠系建筑物第8页2、组成:由输水槽身、支承结构、基础及进出口建筑物等部分组成渠系建筑物第9页三、槽址位置选择及布置选择槽址关键是：确定渡槽轴线及槽身起止点位置。对地形、地质条件较复杂，长度较大大中型渡槽，应确定2～3个方案，从中选出较优方案渡槽总体布置工作包含：槽址位置选择，槽身支承结构选择，基础及进出口布置。渠系建筑物第10页进出口布置

渡槽进出口前后渠道应有一定长度直线段，且均需设置渐变段（图10-1）和护坡、护底。渐变段常采取扭曲面形式,渐变段长度普通采取以下经验公式确定：L=C（B1－B2）C—系数，进口取1.5～2.0，出口取2.5～3.0；B1——渠道水面宽度，m；B2——渡槽水面宽度，m。对于中小型渡槽，通常进口L≥4h1，出口L≥6h2。h1，h2分别为上、下游渠道水深。渠系建筑物第11页渡槽实例地处鹤山龙口南北渠，是鹤山上世纪六七十年代浩大水利工程。南北渠通水总长34.5公里，流经十多条村，浇灌3万多亩土地，是当地农民心血和汗水结晶。

由於建筑时间差异,南北渠形成了不一样建筑格调与特点。北渠浇灌设施较为完善,大部分土渠铺上混凝土表层；北渠三凤段和南渠大部分是土渠，杂草丛生，浇灌效率不高。然而令人费解是，地处青文与民龙交界处南渠末段架空渠却建造得雄伟壮丽，花费了不少人力物力，却仅仅浇灌几百亩耕地。广东江门南北渠上渡槽渠系建筑物第12页南渠最终一段架空渡槽，气势恢弘宛如巨龙，不论站在哪个角度，都能感受到她壮丽，每次走到这个地方，都能找到新感受、找到新审美视角。尤其是日出和日落时光，在浓重金黄色调子中，更能切身感受到她壮阔苍凉美。

南北渠是鹤山水利工程史上里程碑。尽管伴随工业发展，水库浇灌功效在逐步减弱，但南北渠是作为农业经济发展史上标志性建筑。广东江门南北渠上渡槽渠系建筑物第13页离市中心不远古渡槽是格雷塔罗标志性建筑。它始建于1726年，建成于1735年，全长1280米，有74个拱，最高处23米，是当初向全城供给饮水惟一设施，现在成为该城最主要古遗址和旅游景点。因为悠久历史和丰富文化遗存，格雷塔罗被联合国教科文组织列入世界文化遗产名目。

墨西哥格雷塔罗古渡槽渠系建筑物第14页红江湖是玉林大容山中一个湖，实名叫红江水库，是经过人工拓展一个中型人工湖泊。玉林有名红江渠就是从红江水库为起点，连绵几十公里长依山而建水渠，为沿途几个乡镇大批坡地提供浇灌，造福一方，处理了当初北市、蒲塘等乡镇大遍干旱坡地无水浇灌稻种难题，在建成七十年代，在广西曾经名澡一时，被誉为广西“红旗渠”。红江渠渠系建筑物第15页甘肃杨黄灌区工程渡槽洛河渡槽南阳山跨公路渡槽军都山渡槽桥渠系建筑物第16页四、渡槽水力设计

渡槽水力计算任务：是合理确定槽底纵坡、槽身断面尺寸、计算水头损失，依据水面衔接计算确定渡槽进出口高程，并验算水头损失是否满足渠系规划要求。土耳其引水渡槽渠系建筑物第17页渡槽水力设计步骤1、槽底纵坡经过水力设计确定槽底纵坡、槽身过水断面形状及尺寸、进出口高程，并验算水头损失是否满足渠系规划要求。初拟时，普通取i=l/500～l/1500或槽内流速v=1.5～2m/s（最大4m/s）；对于长渡槽，可按渠系规划允许水头损失[ΔZ]减去0.2m后，再除以槽身总长，做为i初拟值；对于有通航要求渡槽，v≤1.5m/s,i≤1/。

渠系建筑物第18页2、槽身过水断面形状及尺寸确实定普通按渠道最大流量来确定净宽b和净深h，按经过设计流量计算水流经过渡槽总水头损失值ΔZ，若ΔZ≤[ΔZ]，则可确定i、b和h值，进而确定相关高程。当槽身长度L≥（15～20）h（h为槽内设计水深）时，按明渠均匀流公式计算；当L＜（15～20）h时，按淹没宽顶堰公式计算。渠系建筑物第19页初拟b、h时，普通按h/b比值来确定，梁式渡槽矩形槽身：h/b=0.6～0.8，U形槽身：h/b=0.7～0.9;拱式渡槽：按水力最优要求确定h/b。渠系建筑物第20页1）经过渡槽总水头损失ΔZ

ΔZ=Z+Z1－Z2

ΔZ应等于或略小于规划中允许水头损失值。2）进口段水面降落值Z可采取淹没宽顶堰流公式计算：Z=

注：以2点高程作为基准面。

渠系建筑物第21页3）槽身沿程水面降落值Z1Z1=iL

式中：i——槽身纵坡；

L——槽身总长度，m。4）出口段水面回升值Z2依据实际观察和模型试验，当进出口布置形式相同时，近似取：

Z2≈（1/3）Z渠系建筑物第22页（4）进出口高程确定为确保渠道通过设计流量时为明渠均匀流，进出口底板高程按下列公式确定：进口槽底抬高值：y1=H1－Z－H

进口槽底高程：Δ1=Δ3+y1出口槽底高程：Δ2=Δ1－Z1

出口渠底降低值：y2=H2－Z2－H

出口渠底高程：Δ4=Δ2－y2渠系建筑物第23页四、渡槽结构上荷载及其组合

（1）荷载分类1）永久荷载：普通包含结构自重、土压力、预应力。2）可变荷载：普通包含静水压力、动水压力、风荷载、人群荷载、温度荷载、槽内水重、车辆荷载。（2）荷载组合1）基本组合2）偶然组合3）短期组合4）长久组合渠系建筑物第24页五、渡槽设计普通步骤（1）搜集整理基本资料，确定渡槽安全级别和相关设计标准。（2）选择槽址和槽型，并进行平面布置和纵剖面布置。（3）进行水力设计，确定槽底纵坡和槽身过水断面形状、尺寸及进出口高程。（4）进行纵剖面布置，选定各组成部分结构型式和材料、分跨，确定各部分布置尺寸及高程，绘制平面图、纵横剖面图。计算挖填工程量。（5）经过方案比较，选出较优总体布置方案。（6）进行结构计算及结构设计，绘制设计图，并计算工程概算和总投资。渠系建筑物第25页六、梁式渡槽结构

梁式渡槽槽身支承于墩台或排架之上，槽身侧墙在纵向起梁作用梁式渡槽可分为简支梁式、悬臂梁式及连续梁式三种。悬臂梁式渡槽又可为双悬臂、单悬臂式。(a)双悬臂梁式；(b)单悬臂梁式渠系建筑物第26页1、简支梁特点结构简单，吊装施工方便，接缝止水易处理。但其跨中弯矩较大，底板全部受拉，反抗裂防渗不利。梁式渡槽跨度不宜过大，跨度普通在20m以下较经济2、槽身横断面型式

（1）矩形槽身 1）无拉杆矩形槽 2）有拉杆矩形槽3）箱式槽身结构（2）U形槽身钢丝网水泥或预应力钢丝网水泥结构渠系建筑物第27页补角15~25cm1/12~1/16侧墙高渠系建筑物第28页3、梁式渡槽支承结构支承结构型式有重力墩、排架、组合式墩架和桩柱式槽架等。重力墩：实体、空心墩排架：惯用形式有单排架、双排架及A字形排架等几个型式

渠系建筑物第29页组合式墩架：当渡槽高度超出30m或槽高较大,则应考虑采取组合式墩架；柱桩式槽架其支承柱是桩基础向上延伸而成渠系建筑物第30页4、渡槽基础可分为浅基础和深基础两种。埋置深度小于5m为浅基础，大于5m为深基础。浅基础常采取刚性基础或整体板式基础（柔性基础）；深基础普通采取桩基础或沉井基础。

渠系建筑物第31页渠系建筑物第32页(a)

(b)图10-24深基础（a）钻孔桩基础(b)沉井基础渠系建筑物第33页5、梁式渡槽常见故障及其处理方法1）渡槽与渠道连接部位产生漏水，这主要是渡槽与渠道不均匀沉降引发；处理方法为加强连接段防渗；2）空渡槽被风吹倒；3）止水断裂，处理方法只有修补；4）渡槽漫顶，冲坏渡槽基础。渠系建筑物第34页七、拱式渡槽

拱式渡槽与梁式渡槽主要区分在于槽身与墩台之间增设了主拱圈和拱上结构。主拱圈是主要承重结构，拱圈两端支承在槽墩或槽台上，拱上结构将上部荷载传递给主拱圈，主拱圈对墩台产生较大水平推力。按照主拱圈结构型式可分为：板拱、肋拱和双曲拱；按主拱圈设铰数目可分为无铰拱、双铰拱和三铰拱；按使用材料分为砌石、混凝土等拱式渡槽；依据拱上结构型式不一样，拱式渡槽可分为实腹式和空腹式两类渠系建筑物第35页八、进出口建筑物

1．槽身与填方渠道连接

斜坡式--依据连接段支承方式不一样，又可分为刚性连接和柔性连接两种。挡土墙式--将边跨槽身一端支承在重力挡土墙式边墩上，并与渐变段或连接段连接。2．槽身与挖方渠道连接图10-44槽身与挖方渠道连接1—槽身；2—渐变段；3—连接段；4—地梁；5—浆砌石底座渠系建筑物第36页

渡槽又称高架渠，是一组由桥梁，隧道或沟渠组成输水系统。用来把远处水引到水量不足城镇、农村以供饮用和浇灌。世界上最早渡槽诞生于中东和西亚地域。公元前700余年，亚美尼亚已经有渡槽。公元前7，亚述国王西拿基立下令建一条483公里长渡槽引水到国都尼尼微。渡槽建在石墙上，跨越泽温山谷。石墙宽21米，高9米，共用了200多万块石头。渡槽下有5个小桥拱，让溪水流过。渠系建筑物第37页古希腊许多城市建有良好渡槽，但古罗马人最为认真，把供水系统看作是公共卫生设施主要部分。罗马第一条供水渡槽是建于公元前3阿庇渡槽；第十条也是最终一条则是公元226年建成阿历山大渡槽；最长最壮观是建于公元前1马西亚渡槽，即使水源离罗马仅37公里，但渡槽本身长达92公里。这是因为渡槽要保持一定坡度，依地形蜿蜒波折地修建。渠系建筑物第38页中国浙江天台红旗渡槽

aqueduct渠系建筑物第39页宝马渡槽渠系建筑物第40页第二节倒虹吸管

倒虹吸管是输送渠水经过河渠、山谷、道路等障碍物压力输水建筑物。渠系建筑物第41页渠系建筑物第42页唐河倒虹吸工程

交叉型式为渠穿河倒虹吸。设计流量为135立方米／秒；加大流量为160立方米／秒倒虹吸枢纽由退水闸、倒虹吸、节制闸和导流堤等部分组成倒虹吸管身采取三孔一联钢筋混凝土箱型结构，单孔断面5.5×5.7米。交叉断面以上控制流域面积4578平方千米，1一遇洪水设计，3一遇洪水校核。工程等别为I等，主体建筑物为1级，地震基本烈度为6度渠系建筑物第43页昆明市掌鸠河引水供水工程倒虹吸

倒虹吸输水管道全部为钢管，钢管设计内径2.2米。钢管壁厚依据承压水头从上而下逐层递增，两端顶部钢管壁厚14毫米，最低处钢管壁厚32毫米。渠系建筑物第44页

1、倒虹吸特点及使用条件

倒虹吸管与渡槽相比，可省去支承部分，造价低廉，施工较方便；当埋于地下时，受外界温度改变影响小；属压力管流，水头损失较大；利于河道泄洪。在小型工程中应用较多。当渠道与障碍物间相对高差较小，不宜修建渡槽或涵洞时，或当渠道穿越河谷宽而深，采取渡槽或填方渠道不经济时，可采取倒虹吸管。渠系建筑物第45页南水北调中线工程孟良河渠道倒虹吸渠系建筑物第46页2、倒虹吸管类型 按管身断面形状：圆形、箱形、拱形； 按使用材料：木质、砌石、陶瓷、素混凝土、钢筋混凝土、预应力钢筋混凝土、铸铁和钢板等。圆形管含有水流条件好、受力条件好优点，在工程实际中应用较广，其主要用于高水头、小流量情况。箱形管分矩形和正方形两种，可做成单孔或多孔。其适合用于低水头、大流量情况。直墙正反拱形管过流能力比箱形管大，主要用于平原河网地域低水头、大流量和外水压力大、地基条件差情况，其缺点是施工较麻烦。渠系建筑物第47页3、倒虹吸管布置与结构

倒虹吸管普通由进口、管身、出口三部分组成进口：(1)竖井式普通惯用于压力水头小（小于3～5m）及流量较小过路倒虹吸管（图10-45），其优点是结构简单、管路短、占地少、施工较易，而水流条件较差、水头损失大。井底普通设0.5m深集沙坑，方便去除泥沙及维修水平段时排水之用。图10-45竖井式倒虹吸管渠系建筑物第48页（2）斜管式（图10-46）为改进竖井式水流条件,将竖井变为斜管。其水流条件好，施工简便，工程中应用较多。其主要适合用于穿越高差较小渠道或河流。

图10-46斜管式倒虹吸管渠系建筑物第49页图10-50进口前沉沙池渠系建筑物第50页图10-51出口段布置渠系建筑物第51页4、倒虹吸管水力计算倒虹吸管为压力流，其流量按有压管流公式进行计算。倒虹吸管水力计算是在渠系规划和总体布置基础上进行，其上下游渠道水力要素、上游渠底高程及允许水头损失均为已知。水力计算主要任务：确定管道横断面尺寸与管数、水头损失、下游渠底高程及进行进出口水面衔接计算。渠系建筑物第52页1）确定横断面形状及管数2）横断面尺寸

管内最大流速由允许水头损失控制，最小流速则按挟沙流速确定。 初选流速后，可按设计流量由公式A=计算所需过水断面积A。渠系建筑物第53页3)水头损失计算及过流能力校核倒虹吸管水头损失包含沿程水头损失和局部水头损失两种。按经过设计流量计算水头损失Z后，与允许[Z]值进行比较，若Z等于或略小于[Z]时，则说明初拟V适当，不然，另选V，重新计算，直到Z≈[Z]。渠系建筑物第54页4．下游渠底高程确实定参考类似工程运行经验，选定一个适当水头损失Z，据此确定下游渠底设计高程。确定下游渠底高程应尽可能满足：①经过设计流量时，进口处于淹没状态，且基本不产生雍水或降水现象；②经过加大流量时，进口允许产生一定雍水，但普通不宜超出30～50㎝；③经过最小流量时（按最小不利情况输水），管内流速满足不淤流速要求，且进口不产生跌落水跃渠系建筑物第55页5．进口水面衔接计算（1）验算经过加大流量时，进口雍水高度是否超出挡水墙顶和上游渠顶。（2）验算经过最小流量时，进