贵水校水工建筑物课件08渠系建筑物认知

项目8渠系建筑物认知学习内容：1.认识渠系建筑物2.掌握渠道的布置与设计3.理解渡槽的布置与设计4.理解倒虹吸管的布置与设计5.了解其他渠系建筑物的构造教学方法：课堂教学、现场参观和分组讨论任务1认识渠系建筑物渠系建筑物则主要指的是农田水利工程中大量使用的建筑物，主要包括渠道、渡槽、倒虹吸管、涵洞、跌水等。一、渠系建筑物的种类和作用渠系建筑物按作用可分为：1.配水建筑物2.泄水建筑物3.交叉建筑物4.落差建筑物5.渠道防洪建筑物6.防沙建筑物7.专门建筑物8.便民建筑物二、渠系建筑物的布置原则1.布局合理，效益最佳。2.运行安全，保证需求。3.联合修建，形成枢纽。4.独立取水，便于管理。5.交通方便，便于生产。三、渠系建筑物的特点1.面广量大，总投资多2.同一类型建筑物的工作条件、结构型式、构造尺寸较为近似。四、渠系建筑物的定型设计直接采用定型设计图纸（手册），不再进行水力计算和结构计算。任务2掌握渠道的布置与设计渠道是灌溉、发电、航运、给水、排水等水利工程中广为采用的输水建筑物，分干、支、斗、农、毛五级。一、渠道选线1.地形条件：平原地区的渠道路线，最好是直线，并选在挖方与填方相差不多的地方，应尽量避免深挖高填，转弯也不应过急，对于衬砌的灌溉、动力渠道，转弯半径大于2.5B（B渠道的水面宽度）；对于不衬砌的渠道，转弯半径大于5B。山坡地区的渠道，应尽量沿等高线方向布置，以免过大的挖填方量。当渠道通过山谷、山脊时，应对高填、深挖、绕线、渡槽、穿洞等方案进行比较。2.地质条件渠道线路应尽量避开渗水严重、流砂、沼泽、滑坡以及开挖困难的岩石地带。3.施工条件施工时的交通运输、水和动力供应，机械施工场地以及取土和弃土的位置等条件均应加以考虑。二、渠道的纵、横断面1.渠道的横断面形状：主要有矩形、梯形、U形等，见图8-2。横断面结构：有挖方断面、填方断面、半挖半填断面三种，见图8-3。尺寸：通过水力计算，按明渠均匀流公式确定。渠道设计参数：（1）渠道流量：设计流量、最小流量、加大流量。（2）边坡系数m：一般1:1～1:2。（3）渠道的糙率n（4）渠道断面宽深比β见P218表8-2。（5）渠道不冲不淤积流速V不淤＜V设计＜V不冲

V设计要在不冲不淤的范围内。一般为1.0～1.5m/s，为了防止渠道丛草杂生，大型渠道的最小平均流速通常应大于0.5m/s，小型的渠道可以不小于0.2～0.3m/s。V不冲见P219表-3。2.渠道的纵断面（确定i）选用渠道纵坡时考虑：地面坡度、地质情况、流量大小、水源含砂量、水头大小。渠道的纵坡i→大，流速→高，水头损失→大，冲刷→大，但断面面积→小，渠道造价→低。可参考P220表8-4。渠堤顶宽度和安全超高：可参考P220表8-5。三、渠道的防渗措施1.混凝土衬砌防渗2.沥青护面防渗3.三合土护面防渗4.土料夯实护面防渗任务3理解渡槽的布置与设计一、渡槽的作用与组成渡槽是渠道跨越山谷、河流、道路等的架空输水建筑物。组成：槽身、支承结构、基础及进出口建筑物组成。二、类型1.梁式渡槽适用：跨度一般小于8～15m，最常用。优点：结构简单，吊装方便，接头止水容易解决。缺点：跨中弯距大，底板受拉，抗裂防渗不利。2.拱式渡槽槽身置于拱式支承结构上。其支承结构由槽墩、主拱圈、拱上结构组成，见图8-16等。由于主拱圈主要承受压力，故跨度较大，但拱圈对支座变形要求严格。任务4理解倒虹吸管的布置与设渡槽与倒虹吸相比的主要优点：水头损失小，且底部能过较大的山洪，易于管理维修。跨越建筑物多用渡槽，但以下情况下倒虹吸可能比渡槽经济合理：1.渠道流量小，水头充裕，且水流含砂量小2.渠道跨越宽深河谷.(倒虹吸与20～30m高的渡槽相比，约可节省造价30～50％，且施工方便)3.渠道与路河相交，高差小于2～5m时。(此时修建渡槽会妨碍交通或影响河道泄流)倒虹吸管原理从高位水箱到低位水箱，对1-1和2-2断面列伯努利方程两断面高差为H倒虹吸管有传统鞍座式圆管外，还有美国垦务局用柏氏变形仪实测系数法计算的三种管型，即内马蹄形、外城门形、内圆外城门形和内圆外马蹄形三种管型。倒虹吸的缺点是：

1.水头损失大；

2.运行管理不如渡槽方便。一、总体布置与构造型式倒虹吸由三部份组成：进口段，管身段，出口段。布置原则：进出口平顺，管身短直，岸坡稳定，管基密实。设计流速1.5～m/s，可采用单管或多管。(一)管路纵剖面布置型式1.竖井式：适用于低水头(H<3～5m)，小流量。2.斜管式：土基上管坡一般不陡于1:1.5～1:2，转弯处设镇墩；管顶埋深应低于路面、渠底、1m以下，或位于河谷冲刷线以下0.7～1m以下。(二)进口段布置

包括：渐变段，闸门(槽)，拦污栅，沉砂池(冲砂闸)，进水口。

要求：1.水流平顺，减少水头损失。

2.保证在不同流量时进口均处于淹没(例如为过小流量应将管首高程稍降低)。

进口渐变段一般为扭面，长3～4倍渠道水深h。

沉砂池：长4～6h，深T=0.5D+30(cm)。

宽B=(1～2)b，b为渠底宽。

(三)管身段：为减少温度应力，常将管身浅埋于地下，埋深一般为0.5～1m。

(四)出口段布置管内及出口流速一般为2m/s左右，一般不需消能。但为使水流平顺入渠，仍可设消力池，池深0.5D+40cm，池长3～4h(h为下游渠道水深)。出口渐变段长与消力池同。(五)管身段构造

1.管身结构

⑴钢筋砼管：适用于水头不大于50m，管径小于3m。现浇管：每15～25m长，应设永久性伸缩(沉降)缝，缝间设止水(露天管取小值)。管用量不多的小工程可考虑用现浇管。预制预应力管：壁厚6-13cm(当D=0.8～2m时)，水头可达100m。适用HD<100～300平方米。比现浇管可节省钢材60～80％。埋入地下时使用寿命可达80年以上。高水头倒虹吸应首先考虑预应力钢筋砼管。预应力管多采用悬辊法和立式振动法制管。管径较大，填土较高或土质较差的倒虹吸管宜采用管座(浆砌石或砼)，包角90或120度。

⑵钢管：适用高水头，大直径D<540或H>60m。

⑶浆砌石倒虹吸管：仅用于水头小于3m。当前在大中型输水工程中，对中、低水头较大流量的倒虹吸管，从经济、实用、耐久和方便施工等情况出发，仍以钢筋混凝土材料为主；对于水头较高的倒虹吸管正在推广使用各种新(轻)型管材，如预应力钢筒混凝土管(PCCP)、玻璃钢夹砂管(HOBAS、FWQPMP)、聚乙烯管(HDPE)等；而在中小型引水工程中，球墨铸铁管、聚氯乙烯管(UPVC)等轻型管材，随着其技术的不断完善大有取代钢管之势。2.构造要求

⑴较长的管应设泄水排砂孔和进人孔，以便于检修。

⑵穿越公路时，管顶以上填土厚度应大于0.8～1m。

⑶地基承载力小于100kPa(10T/m2)时宜采用连续式管座，大于100kPa时可用砼或浆砌石支墩。二、倒虹吸管的水力计算任务：确定管径，并通过几种特征流量的水头损失计算，确定下游渠底高程和进出口的水面衔接(上下游水位差)。

(一)管径的确定

通过设计流量时，管内流速一般为2m/s左右，按此初拟管径。管内最大流速按允许水头损失控制，最小流速要大于挟砂流速(不淤流速)。通过小流量时的最小流速应大于1m/s。(根据初选的管径d及设计流速V计算总水头损失Z)。(二)水头损失计算及下游渠底高程的确定总水头损失Z=(Z1-Z3)+Z2(Z1-Z3)一般约为0.1~0.3m，计算同渡槽相同。管身段水头损失：Z2=(λL/d+∑ζ)V2/2g出口渠底高程=进口渠底高程-总水头损失Z。局部水头损失系数ζ：

进口(稍修圆)0.25，出口(流入明)0.25，45度弯头0.3。总局部水头损失糸数∑ζ：

竖井式进口2.5

斜管式1.8～2.1管身沿程水头损失糸数λ砼管可取1/45=0.02222。(三)过水能力计算1.设计输水能力验算Q=μω√2gZZ-设计上下游水位差Μ-流量糸数2.通过小流量，加大流量时的水头损失计算要求通小流量时进口仍应满足淹没要求，通过最大流量时进口不致壅水过高而漫顶。下游渠底高程的确定要选择一个适当的水头损失Z，使确定的下游渠底高程满足以下条件：⑴通过设计流量时，进口处于淹没状态，且基本上不产生壅水或降水。⑵通过加大流量时，进口段的壅水不宜超过30-50cm。⑶通过可能最小流量时(按最不利输水方式考虑)，管内流速大于或等于挟砂流速，并保证进口仍处于淹没状态。当上下游渠道水位差值Z1与管道通过小流量时的水头损失Z2比较：

Z1

-Z2

较大时，可降低进口高程，在进口设置消力池。

Z1

-Z2

不大时，可降低进口高程，在管道口前设斜坡段或曲线段。

Z1

-Z2

很大时，在进口设置消力池不经济或不方便，可考虑早出口设置闸门抬高水位。倒虹吸管布置：1.穿越渠道斜卧式倒虹吸管，水流进出管道比较平顺，这是最常见的形式。2.穿越公路的竖井式倒虹吸管，这种形式由于施工占地少，检修方便，便于在建筑物密集的地区采用，一般多用于跨越公路的小型排灌倒虹吸管上。竖井下设有沉沙坑，沉积的泥沙可用人工清除。3.横跨式倒虹吸管当河道或山谷比较宽阔，位置较低时采用。这种形式一般是水头高、流量大。管道转弯处应设镇墩，以保持管道稳定。任务5了解其他渠系建筑物的构造一、涵洞构造比较简单，是应用最广泛的一种交叉建筑物。大型涵洞多用混凝土或钢筋混凝土制造，亦可用预制涵管。因用途、工作特点及建筑材料的不同，涵洞通常具有下列各种断面形式：

圆形涵洞多用于压力涵洞，水力条件和静力工作条件都比较好。箱形涵洞多为四面封闭的钢筋混凝土结构，静力工作条件较好，适应地基不均匀沉陷性能强，适用于无压或低压的涵洞。盖板式涵洞为矩形或正方形断面，由两侧边墙、底板和盖板组成。侧墙及底板多用浆砌石或混凝土做成，盖板多为钢筋混凝土结构，简支在侧墙上。其底板结构有分离式和整体式两种。前者适用于地基较好，跨度小于2-3m的情况；后者适用于地基较差，跨度较大的情况。拱形涵洞由拱圈、侧墙（拱座）及底板组成。因受力条件较好，适用于填土高度及跨度大的隧洞。常用的拱圈有平拱和半圆拱。平拱拱圈受