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关于渡槽的浅析

摘要:渡槽被作为输送渠道水流跨越河渠、溪谷、洼地和道路的架空水槽。普遍用于灌溉输水,也用于排洪、排沙等,大型渡槽还可以通航。从古代起渡槽就有了一定的发展,到了现代渡槽被大部分用到了水利工程中,为水利建设提供进一步的发展和创新。它见证了近代中国农业、水利发展的起承转合。在现代渡槽存在两种类型:梁式和拱式。其组成有着不同的作用。在其设计和施工上有着特定的要求和方法。

关键字:,发展历史,组成,类型,布置,施工。 一:渡槽的发展历史

公元前690年,在今苏联的戈梅利河向特比图河引水,曾架设一座拱形渡槽,长274.3m、高9.1m,并用砂浆勾缝防渗。公元前19年在今法国境内修建了蓬迪加尔渡槽。该渡槽长274m、高49m,为块石干砌拱形结构。中国最古老的渡槽,距今已有2000余年。早期修建的渡槽多为木石结构。世界上最早的渡槽诞生于中东和西亚地区。公元前700余年,亚美尼亚已有渡槽。公元前703年,亚述国一西拿基立下令建一条483公里长的渡槽引水到国都尼尼微。渡槽建在石墙上,跨越泽温的山谷。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。

古希腊的许多城市建有良好的渡槽,但古罗马人最为认真,把供水系统看作是公共卫生设施的重要部分。罗马第一条供水渡槽是建于公元前312年的阿庇渡槽;第十条也是最后一条则是公元226年建成的阿历山大渡槽;最长最壮观的是建于公元前114年的马西亚渡槽,虽然水源离罗马仅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,依地形蜿蜒曲折地修建。

现在许多水利工程、引水工程等大量地使用着渡槽,创造出很多富有特色的新式渡槽、现代化渡槽。20世纪30年代出现了钢筋混凝土渡槽。60年代以后,随着大型灌区工程的发展,各种轻型结构渡槽、大跨度拱式渡槽被广泛采用。结构形式优选理论、新型材料、电子计算机技术及先进施工技术等已开始应用。

二十世纪中期的中国,由于水利设施落后,直接影响了农村的发展。为了摆脱这种困境,引水灌溉就成为一项突出的民生工程。渡槽作为一种水利设施,就在这种背景下在全国各地开始大规模兴建,它见证了近代中国农业、水利发展的起承转合。

南水北调工程中,40余座引水跨越山谷和江河的渡槽,将成为世界最大的引水渡槽。

二、渡槽的作用与组成

渡槽由进出口段、槽身、支承结构和基础等部分组成。①进出口:包括进出口渐变段、与两岸渠道连接的槽台、挡土墙等。其作用是使槽内水流与渠道水流平顺衔接,减小水头损失并防止冲刷。②槽身:主要起输水作用,对于梁式、拱上结构为排架式的拱式渡槽,槽身还起纵向梁的作用。槽身横断面形式有矩形、梯形、U形、半椭圆形和抛物线形等,常用矩形与 U形。横断面的形式与尺寸主要

根据水力计算、材料、施工方法及支承结构形式等条件选定。也有的渡槽将槽身与支承结构结合为一体。③支承结构:其作用是将支承结构以上的荷载通过它传给基础,再传至地基。按支承结构形式的不同,可将渡槽分为梁式、拱式、梁型桁架式及桁架拱(或梁)式以及斜拉式等。梁式渡槽的支承结构有重力式槽墩、钢筋混凝土排架(图a)及桩柱式排架等。拱式渡槽的支承结构由墩台、主拱圈及拱上结构组成。槽身荷载通过拱上结构传给主拱圈,再由主拱圈传给墩台。根据拱上结构形式的不同,拱式渡槽又可分为实腹式及空腹式两类。桁架拱式渡槽按结构特征和槽身在桁架拱上位置的不同,可分为上承式、下承式、中承式和复拱式四种。斜拉式渡槽支承结构由塔架与塔墩(或承台)组成,并由固定在塔架上的斜拉索悬吊槽身。④基础:为渡槽下部结构,其作用是将渡槽全部重量传给地基。

三、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。 (一)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。

1、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。

2、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。

3、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。

(二)拱式渡槽: 拱上结构为排架式,上端搁置槽身,下段固结于主拱圈。排架与拱肋的连接:杯口式连接、预留插筋、型钢及钢板等连接。主拱圈:多采用肋拱。 四、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:

1、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。2、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。3、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。4、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。5、交通方便,水电供应条件较好,有利于管理维修。 (三)渡槽选型:

1、选型:地形、地质条件:地形平坦、槽高不大时,一般采用梁式渡槽,施工与吊装均比较方便;对于窄深的山谷地形,当两岸地质件较好,有足够的强度与稳定性时,宜建大跨度拱式渡槽,避免很高的中间墩架;地形、地质条件比较复杂时,应作具体分析。

2、建筑材料:建筑材料方面,应贯彻就地取材和因材设计的原则,结合地形地质及施工等其它条件,采用经济合理的结构型式。

3、施工条件:应尽可能采用预制构件进行装配的结构型式,以加快施工速度,节省劳力。同一渠系有几个渡槽时,应尽量采用同一种结构型式。 (四)进出口段布置:

1、平流段:进出口前后的渠道上应有一定长度的直线段。渡槽进出口渠道的直线段与槽身连接,在平面布置上要避免急剧转弯,防止水流条件恶化,影响正常输水,造成冲刷现象,对于流量较大、坡度较陡的渡槽,尤其要注意这一问题。

2、渐变段:渠道与渡槽的过水断面,在形状和尺寸上均不相同,为使水流平顺衔接,渡槽进出口均需设置渐变段。渐变段的形状以扭曲面形式水流条件较好,应用较多;八字墙式施工简单,小型渡槽使用较多。渐变段的长度Lj通常采用经验公式计算:对于中小型渡槽,出口渐变段长度也可取L1≥4h1,h1为上游渠道水深;出口渐变段长度取为L2≥6h2,h2为出口渠道水深。

3、护底与护坡:设置护底与护坡,防止冲刷 (五)基础布置: 渡槽基础的类型较多,根据埋置深度可分为浅基础及深基础,埋置深度小于5m时为深基础。应结合渡槽型式选定基础结构的型式,基础结构的布置尺寸须在槽墩或槽架布置的基础上确定。对于浅基础,基底面高程(或埋置深度)应根据地形、地质等条件选定。

1、冰冻地区:基底面埋入冰冻层以下不少于0.3m,以免因冰冻而降低地基承载力。

2、耕作区:耕作地内的基础,基顶面以上至少要留有0.5 - 0.8m的覆盖层,以利耕作。

3、软弱地基上:基础埋置深度一般在1.5-2.0米左右,如果地基的允许承载力较低时,可采取增加埋深或加大基底面尺寸的办法以满足地基承载力的要求。当上层地基土的承载能力大于下层时,宜利用上层土作持力层,但基底面以下的持力层厚度应不小于1.0米。

4、坡地上的基础:基底面应全部置于稳定坡线之下,并应削除不稳定的坡土和岩石以保证工程的安全。河槽中受到水流冲刷的基础,基顶面应埋入最大冲刷深度之下以免基底受到淘刷危及工程的安全。对于深基础,计算的入土深度应从稳定坡线、耕作层深、最大冲刷深度等处算起,以确保深基础的承载能力。最大冲刷深度的计算可参考有关书籍和资料。

五、渡槽施工:

完成基础开挖后,进行基础砼、排架及槽身施工。槽身采用C25钢筋混凝土现浇。槽身施工由进口向出口方向向前延伸的工序进行,脚手架采用满堂脚手架架至沟底。

(一)土方工程施工

1.1 开挖:根据施工现场条件,开挖以机械为主,部分由人工开挖,先期进行主沟道开挖,创造施工现场,以利于基础部分施工。进口承台基础开挖由挖掘机挖装,汽车运至弃渣场,主沟道开挖土方用于洪水季节围堰。开挖基本成型后,预留30cm,由人工进行边坡修理,达到设计和安全边坡。

1.2 回填:进出口连接段基础在全断面开挖成型,对原基夯实后,用砂砾石料进行分层分段夯填,其干容重达到设计要求,夯填20cm,将顶面修平后,进行上部的施工。

(二)基础、排架及槽身砼工程施工

1、 钢筋:钢筋加工厂设在主营地位置,加工的成品由机动车辆或人工运输至工作面,在现场安装。

1.1、 钢筋的制作:钢筋加工主要采用机械化作业,调直机调直、切断机下料。φ16mm以下绑扎,φ16mm以上焊接。弯曲机成型,人工现场绑扎。对于比较特殊的部位,在现场成型,确保钢筋设计尺寸,避免因加工误差而造成混凝土保护层过大或过小。对于原材料及中间品、成型品均挂牌标示堆放,以免造成规格型号的混淆。安装过程一般先底层后上层、先竖直后水平,必要时设立架立筋,而且要焊接牢固,不因混凝土浇筑而影响总体质量。

1.2、 钢筋的安装:钢筋的级别、直径、根数和间距均应符合设计要求。 2、 模板:基础模板,排架模板,槽壳模板。

2.1、 基础模板:基础为长方体,只需在四周支设立模,顶部收面,采用常规钢模组合模板,内支内拉支撑结构。全部采用钢模板,砼浇筑前,模板应涂刷

脱模剂,并采用同一品种。不得使用易粘在砼上或使砼变色的油料。模板和钢筋应配合进行,妨碍绑扎钢筋的模板应待钢筋安装完毕后安设。模板安装完毕要做到位置正确、尺寸合格、支护稳定。模板采用脚手架固定,浇筑时,发现模板有超过允许偏差变形值时,应立即纠正。还应对其平面位置、顶部高程、节点联系及纵向稳定性进行检查,经现场监理验收后方能浇筑砼。

2.2、 排架模板:排架均采用定型钢模板,模板内侧间距是靠内支撑杆和φ12对拉螺栓来保证,其整体稳定靠柱箍与脚手架联结固定,柱箍每隔1m设一个。梁底模用榔头柱作支撑,边侧采用内外撑固定。脚手架整体搭设牢固,在排架梁的位置应加密。

2.3、 槽壳模板:需搭设满堂脚手架作为槽身的承重支撑件,沟道两侧脚手架座落在原基上,对原基进行平整夯实,架杆底部设置枕木;沟道内对基础进行平整夯实,架杆座落在枕木上。脚手架顶设长80cm,可调节高度的带丝扣钢性支撑杆件,其上部焊有平槽,平槽内放置方木,用于支撑模板。槽壳采用整体支模,整体现浇的施工方法。模板采用定型模板。底模定位后,进行钢筋安装。侧模采用定型钢模,人工安装拼接,侧墙用φ12对拉螺栓,“3”型扣件同钢管脚手架固定,内撑采用钢管顶支螺栓交叉对拉,外撑采用木撑和钢管。

3、 砼浇筑:砼采用机械拌制,机械振捣。浇筑前对砂石骨料、水泥进行检验,严格按砼配合比施工。

3.1、 基础砼浇筑:砼的拌制和运输:搅拌机拌和,机动翻斗车人工上料的方法供给熟料,按规范频次要求取样检测砼的坍落度,控制在设计要求范围内。砼的运输时间不得超过20分钟;若发生离析、泌水或坍落度不符合要求时应进行废弃。

3.2、 排架浇筑:基础砼完成后,进行排架施工。排架浇筑依横梁位置分次进行,每次高度为1.5-2.8m。排架砼现场拌制,塔吊提运入仓。砼浇筑按50cm厚分层,插入式振捣器振捣,由于排架断面砼量小,故各排架浇筑依次交错进行。排架在杯口基础处浇筑,用泡沫板按尺寸塞填,浇完后取出,将C25细石砼浇筑其内。

3.3、 槽壳砼浇筑:槽壳单跨砼采用从右岸向左岸推进的施工方法,便于材料及砼运输,砼拌制在拌和厂拌制,塔吊提运入仓,人工平仓。正在浇筑槽壳内架只作过人要求,砼浇筑顺序为先底部后侧墙,两侧墙同时均匀入仓振捣上升,每层厚度不大于30cm,采用振捣棒分层振捣。槽壳拉梁与槽壳同时浇筑,依靠槽壳内架固定模板,拉梁要做到平顺美观,强度达到90%后,方可做通道要求。 六、参考文献:

1、网络资料 2、马文英,张继红 渠道和渠系建筑物 北京:中国水利水电出版社 2011.3 3、陈德亮 水工建筑物 北京:中国水利水电出版社 2008