浅谈渡槽设计

浅谈渡槽设计
摘要：本文主要通过乐滩水库引水灌区的渡槽设计计算展示了渡槽的一些设计
思路，供大家在灌区渡槽设计中进一步探讨。

关键词：灌区；渡槽
概述
乐滩水库引水灌区位于红水河流域中下游、著名的桂中旱片区内，灌区东至来宾市兴宾
区与象州县、武宣县县界，南至南宁市宾阳县洋桥镇和邹圩镇，西面在忻城县以宜州县界和
红水河为界，北面至忻城县城关镇尚宁村，涉及来宾市忻城县、兴宾区、合山市和南宁市的
宾阳县。

乐滩水库引水灌区工程开发任务是以农业灌溉为主，兼顾农村人畜饮水和城镇供水，并为改善区域生态环境创造条件。

乐滩水库引水灌区工程属大（2）型灌区，为Ⅱ等工程，灌溉总面积128.79 万亩。

灌区
分两期建设，其中二期工程灌溉面积74.11 万亩，南干渠渠首设计引水流量 34.02m3/s。

本文针对乐滩灌区二期工程线路特点，选取渡槽设计作为切入点，并通过设计条件选择、渡槽型式及跨度选择、渡槽设计、基础处理、结构计算等方面对渡槽的设计进行初步探究。

渡槽布置计算
（1）渡槽布置
渠道跨越河流、渠沟、洼地等，采用其它建筑物不适宜时，采用渡槽。

除南干渠的红水河渡槽、石陵分干渠的龙旺渡槽（跨清水河）、迁江分干渠的刘家村渡
槽（跨清水河）、杏村 1# 渡槽（跨凌口河）、大岭～止马河渡槽（跨止马河）为跨河渡槽外，其余渡槽均为跨越洼地（洼地地表主要种植甘蔗、按树林等经济农作物，局部为水田），除
填方明渠型式外，采用其他建筑物型式均不适宜，当渠道设计水位位于地面以上时，水位与
地面间的高差越大，越适宜采用渡槽。

一期工程初步设计阶段在填方明渠与渡槽建筑物型式
比较工作中得出以下结论：在设计流量 15m3/s 的情况下，当渠道底板高程与地面高差小于
2m 时，采用填方渠道较为经济；当高差大于2m 时，采用渡槽较为经济。

最终的布置成果为，南干渠段共布置有 4 座渡槽，总长 2.418km；石陵分干渠共布置有
11 座渡槽，总长 8.589km；迁江分干渠共布置有 33 座渡槽，总长 183.384km。

（2）设计条件
跨河渡槽布置主要受河流洪水位的影响，影响渡槽设计的地质条件主要为地基承载力。

以下从水文、地形及地质条件等方面对渡槽的设计条件加以论述。

①跨河渡槽
以清水河龙旺渡槽为例，其设计流量为 7.21m3/s，按 4 级建筑物设计，设计洪水标准为20 年一遇，其相应洪水位为 88.52m；校核洪水标准为 30 年一遇，其相应洪水位为 89.06m。

渡槽设计渠底高程约 93.2m，地面高程为 65 ～ 90m，渡槽对行洪没有影响。

渡槽建基面置于
弱风化带上限，基础承载力标准值 fk=2.5 ～ 3MPa。

②旱地渡槽
灌区内其他大部分为旱地渡槽，渡槽穿越低洼地带，渡槽沿线绝大部分基岩为弱～微风
化灰岩、含燧石结核灰岩，其承载力为3.0MPa ～ 4.0MPa；覆盖层主要为红粘土和次生红粘
土、粉质粘土等，水上一般呈硬塑状，承载力为 220kPa，水下一般为软塑状，承载力为
180kPa。

（3）渡槽型式与跨度选择
本工程渡槽拟采用矩形及 U 型两种断面形式。

为更经济、合理地确定渡槽的最佳断面与
跨度，综合分析不同渡槽的要素特点后，本阶
段选择了具有代表性的古道渡槽及崇山渡槽进行不同断面及不同跨度的每米投资比较，
其中矩形渡槽选择了 8m、12m、15m 三种跨度，U 型渡槽选择了 15m、18m、20m 三种跨度，典型渡槽断面型式与跨度比选参见表 1。

表 1 典型渡槽断面型式与跨度比选表
由表 1 得出以下结论：
①在相同流量条件下，U 型渡槽比矩形渡槽投资要省。

故一般情况下，采用U 型渡槽较
为合适。

②同一流量条件下，渡槽采用不同跨度其投资相差不大。

渡槽跨度主要受槽高和地基
的影响：在槽高较大、地基较好或基础施工较困难时选用较大的跨度，槽高不大或地基较差
时则选用较小的跨度。

③在相同跨度条件下，渡槽的每米投资随设计流量的增大而显著增大。

根据实践经验
及已建工程统计资料，简支梁式渡槽的常用跨度为 8 ～ 15m，渡槽输水流量大于 5m3/s 的跨
度一般取为 12 ～ 15m，小于 5m3/s 的跨度一般取为 8 ～ 10m。

（4）槽身设计
根据《灌溉与排水渠系建筑物设计规范》（SL482—2011）第 5.4 条相关规定，输水渡
槽纵坡应为缓坡，槽内流速宜控制在
1.0 ～
2.5m/s。

根据本工程的总体布置及水头分配情况，干渠渡槽纵坡为 1/1500 ～
1/4000，槽内流速为 1.05 ～ 2.09m/s。

干渠渡槽的设计流量在 6.91 ～ 34.01m3/s 之间，除红水河渡槽、龙旺渡槽、刘家村渡槽外，其他渡槽均采用简支梁式，单跨跨度根据地形地貌和地质条件分别采用 12m、15m、
24m，槽身结构采用U 型或矩形钢筋混凝土结构，其中跨度 12 ～ 15m 的采用普通混凝土结构，跨度 24m 采用预应力钢筋混凝土结构，槽身顶部设拉杆，并在槽身一侧布置 1.2m 宽人
行交通悬臂板，板端设有栏杆。

渡槽横断面尺寸根据设计纵坡及设计流量计算确定，渡槽槽壁厚度先按经验公式
t=(1/10 ～ 1/15)R 计算（R 为壳槽半径），再参考类似工程选取。

干渠渡槽壁厚取为 0.3m ～0.13m，槽底板均加厚处理，一般在 0.65m ～ 0.3m，在每跨渡槽的支座位置均设有端肋，考
虑到输水渡槽跨度在 10m 以上，且壁厚仅为 0.13 ～ 0.35m，槽身混凝土的抗裂防渗较为重要，其普通混凝土强度等级采用C30（28d 龄期），预应力混凝土强度等级拟采用C40（28d 龄期），均为一级配，并掺适量抗裂防水剂。

槽身接缝止水缝宽 40mm，采用橡胶止水带止水，闭孔泡沫板填缝，槽身端头内侧表面
各预留 100mm×60mm（宽 × 高）的止水槽，橡胶止水带安装于止水槽内，止水带两端采用
螺栓及螺母固定后填充聚氯乙烯胶泥及沥青砂浆，充聚氯乙烯胶泥及沥青砂浆填充厚度分别
为 40mm 及 20mm。

对 U 型槽身的渡槽进、出口均设置连接段，以便于与渐变段末端矩形断面连接，同时亦
为交通要求布置交通桥或人行桥，以及为停
止灌溉或检修等目的而设置节制闸等。

渡槽进、出口设渐变段与明渠连接，以保持水流
平顺衔接，其长度分别取渠道与渡槽水面宽度差值的2～3 倍。

（5）支承结构设计
根据《灌溉与排水渠系建筑物设计规范》（SL482—2011）第 5.3.7 条关于“排架高度小于20m 时宜采用单排架，20 ～ 35m 时宜采用双排架……；重力式槽墩 8 ～ 15m 时宜采用浆砌石
或混凝土实体墩，墩高为15m ～40m 时宜采用混凝土或钢筋混凝土空心重力墩”的相关规定，结合国内已建渡槽及本项目一期工程渡槽工程经验，一般情况下支承结构高度小于 8m 时采
用重力式槽墩，8m ～ 15m 时采用单排架，大于 15m 时采用A 型排架或薄壁空心墩。

本工程
渡槽槽墩最大高度为 25m，对槽墩高度小于 8m 时采用 C15（2）混凝土重力式槽墩， 8m ～
14m 时采用C25（2）混凝土单排架，15m 以上时采用钢筋混凝土C30（1）空心薄壁墩结构。

渡槽槽墩基础拟采用扩大基础，基础尺寸根据渡槽沿线地基承载力由计算确定。

基础埋深：跨河道的渡槽基础底面需埋设在洪水冲刷线 2m 以下，跨洼地段渡槽基础底面需埋设在
原状土 1.5m 以下。

（6）槽墩基础处理
根据地质勘察成果，部分渡槽槽墩基础存在下卧软弱层及基岩岩溶发育等问题。

对于基岩以下存在溶洞的基础，可考虑对基础下部溶洞进行充填处理，但要完全填充溶洞，一则存在工程量大的问题，二则可能会改变原有地下水环境，造成内涝或旱灾等问题，
给当地居民生产生活带来不利影响。

故当渡槽基础下卧较大溶洞时，采用钻孔灌注桩基础，
桩基穿越溶洞，桩端进入溶洞底较完整岩石 1.5m 以上深度。

对于基础存在下卧软弱土层的地基，经计算不能满足承载力或沉降变形要求的，又因埋
置太深无法挖除或挖除不经济，亦考虑采用钻孔灌注桩基础处理。

根据渡槽槽墩基础地质情况及结构稳定应力要求，钻孔灌注桩基础采用双桩结构，施工
工艺为冲孔灌注桩，单桩桩径 D=1m，按嵌岩桩设计，桩端嵌入较完整岩石不小于 1.5m，两
桩基顶部通过承台与上构连接。

（7）渡槽槽身结构计算
根据渡槽设计流量的情况，选择南干渠下山峨渡槽（设计流量33.37m3/s，单跨跨度
15m）进行结构计算，渡槽槽身采用C30（1）混凝土。

表 2 渡槽结构计算工况及荷载组合表
表 3 及表 4 计算成果表明，渡槽槽身各部位均能满足强度、挠度及抗裂要求，结构设计
合理。

（8）渡槽基础应力计算
表 5 渡槽基础基底应力计算工况及荷载组合表
以上计算成果表明，渡槽基础的基底压应力小于地基允许承载力180 ～ 220kPa，满足规范要求。

结语
乐滩灌区工程干渠渡槽众多，最长渡槽约 4km，干渠渡槽大多工程地质条件良好，部分渡槽基础存在软弱下卧层、溶洞、地下河、采煤松散填土等不良工程地质问题，部分渡槽覆盖层较薄且基岩面起伏，地下水位较高，在具体实施过程中会存在很多基础需要进行处理的情况，在实施过程中需要合理安排工序，对基坑进行及时处理，尽快完成基础浇筑。

参考文献 [1]《灌溉与排水渠系建筑物设计规范》（SL482—2011） [2]《渡槽》（取水输水建筑物丛书）
作者简介
邹韬（1986-2020），男，广西水利电力勘测设计研究院工程师，学士，主要从事水利水电工程设计工作。