浅谈渭北旱塬灌区渠道渡槽设计的几个关键环节

浅谈渭北旱塬灌区渠道渡槽设计的几个关键环节

发表时间：2018-06-07T11:31:16.303Z 来源：《基层建设》2018年第11期作者：刘建军王伟[导读] 摘要：渡槽是灌区渠道跨越沟壑地区实现输水的一种重要形式，尤其在渭北旱塬多沟壑地区比较常见。

陕西省渭南市洛惠渠管理局渭南大荔 715100 摘要：渡槽是灌区渠道跨越沟壑地区实现输水的一种重要形式，尤其在渭北旱塬多沟壑地区比较常见。本文通过对渠道渡槽设计中地质条件、输水结构形式、渡槽结构设计以及稳定验算等几个关键环节进行探讨，为灌区水利工程提供参考。关键词：水利工程渡槽设计环节探索 1、灌区渠道地质条件在渭北旱塬，沟壑纵横，又渭北旱塬多属Ⅳ级自重湿陷性黄土地基上，地质条件比较理想，从地质条件分析不存在不良地质现象，整体稳定性较高。多数渠道位于沟壑断裂带，断裂多呈NW方向延伸为区域活动性断裂，根据《中国地震动参数区划图》，工程区地震动峰值加速度和地震动反应普特征周期以及相应的地震基本烈度基本满足渡槽建设需要。

2、输水结构形式的选择 2.1输水形式选择。渭北旱塬灌区多数跨越沟壑，渡槽做为一种输水方式，是渠道跨越沟壑的明流输水建筑物。由于其水头损失小，受地形地质条件影响小，不易淤积，也方便南干渠所经沟壑的交通和通航。所以选择渡槽输水较为科学。在槽身支承结构形式选择上，目前渡槽支承结构形式有双排和单排，双排架是由两个单排架，中间以横梁连接而成，属空间结构受力较复杂。A字形排架是两片单排架的脚放宽，顶端连在一起而成的；单排架体积小，重量轻，现场浇筑和预制吊装方便，虽然双排架稳定性好，适应高度较大，但是其造价较高，施工较复杂。所以根据灌区地质和地形条件，多数渡槽采用单排架做为槽身支承结构。

2.2渡槽的位置选择.渡槽的位置选择是选定渡槽的中心线及槽身起止点的位置。在本渡槽中心线选定上，要考虑到以下几个因素：一是槽址应尽量选在地质良好、地形有利和便于施工的地方，以便缩短槽身长度、减少工程量、降低墩架高度；二是槽轴线最好成一直线，进口和出口避免急转弯，否则将恶化水流条件，影响正常输水；三是跨越河流的渡槽，槽轴线应与沟道方向尽量成正交，位于岸坡稳定、地段顺直，避免位于沟壑转弯处；四是为了在渡槽或上、下游填方渠道发生事故时停水检修，常常在进口段或进口前的适当位置设置节制闸，以便与泄水闸联合运用，使渠水泄入沟道。

2.3槽身横断面型式选择。槽身断面有矩形和半圆型上加直墙的U型断面，矩形槽身施工方便，耐久性、抗冻性好，结构简单，U型断面与矩形槽身相比有水力条件好、纵向刚度大，省钢材等优点，但抗冻性差、不耐久，施工工艺要求高，如果施工质量不高，容易引起表面剥落、钢丝网锈蚀、甚至有漏水现象产生。结合地段的实际情况，多数设计槽身断面采用矩形断面。

3、渡槽结构的选择 3.1槽身纵向计算。渭北旱塬灌区有时经过多座沟壑，需修建多座渡槽，用以解决该渠段输水问题，由于该段就其槽采用矩形过水断面，渡槽糙率取0.016，按照明渠均匀流计算槽内正常水深。淹没宽顶堰流公式计算渡槽进口水面降落值Z，进口水面降落为0.12m，渡槽出口水面抬升值Z，该值为0.04m，结合槽身水面降落等，确定渡槽进出口高程，连接段长度，完成槽身纵向设计。

3.2渡槽槽身断面设计。槽身设计每节长10m，净宽1.4m，净高0.88m，拉杆高0.12m，槽身壁厚0.2m，槽身底部两侧设置边纵梁，两端设置端肋。伸缩缝采用橡皮止水，沥青砂浆填缝。槽身顶部均铺设盖板，盖板为厚0.1m钢筋混凝土结构，无通行要求。

3.3渡槽进出口段设计。进出口段的连接应力求水流衔接良好，平顺的流入流出，下游渠道不发生冲刷，水头损失小，本设计采用长扭曲面使渠道与渡槽连接。渡槽上下游渠道均为弧底梯形渠道，渡槽槽身为矩形型式水力衔接较好，进出口段均不设置连接段，只设进出口过渡段。进出口渐变段均采用扭面，进口渐变段长度按确定为

4.5m，出口渐变段长度计算确定为

5.5m。渐变段扭面采用M7.5浆砌石结构，厚0.4m，与槽身衔接处进行设止水。

3.4渡槽支撑设计。根据渭北旱塬灌区规划方案中拟定渡槽的设计标准为3级，所以渡槽的安全级别Ⅱ级，则安全系数为γ0=1.0，混凝土重度为γ=25kN/m3，正常运行期为持久状况，其设计状况系数为ψ=1.0，荷载分项系数为：永久荷载分项系数γG=1.05，可变荷载分项系数γQ=1.20，结构系数为γd=1.2。纵向计算中的荷载一般按匀布荷载考虑，包括槽身重力（拉杆等小量集中荷载也换算为匀布的）、槽中水体的重力及人群荷载。其中槽身自重、水重为永久荷载，而人群荷载为可变荷载。槽身与两岸连接处下部采用为M7.5浆砌石重力式支撑；考虑渡槽无通行要求，荷载较小，槽身下部支撑采用现浇C30钢筋砼简支梁式单排架，排架下部基础采用梁板式条形基础，基础底部垫层为0.5m厚的砂砾石及厚0.1m的C10素混凝土。槽身的稳定验算

4.1槽身的计算简图及荷载计算。渡槽位于大风区，轻型壳体槽身可能被风荷掀下来。因此需验算槽身的整体稳定性。渡槽最不利荷载的情况为槽中无水，槽身竖向荷载仅有N1，水平向荷载为风荷P1.该设计渡槽槽身自重为 N1=1593/2=796.4，风压力 P1计算公式为：

式中：－风载体型系数，与建筑物体型、尺度等有关，槽身为矩形断面时，取，空槽无水时取小值，满槽水时取最大值；— 风压高度变化系数，本设计取— 基本风压（）。当地没有风速资料，参照《工业与民用建筑结构荷载规范》中全国基本风压分布图上的等压线进行插值酌定；经计算，该数据满足荷载数值要求。

4.2抗滑稳定验算。稳定分析作用于渡槽上的力尽管其类型、方向、大小各不相同，但根据它们在槽身沿支承结构顶端发生水平滑动时所起的作用看，可以归纳为两大类：一类是促使槽身滑动的力，如水平方向风压力、动水压力等，称为滑动力；另一类是维持槽身稳定、阻止渡槽滑动的力，主要是在铅直方向荷载作用下，槽身底部与支承结构顶端之间产生的摩擦力，称之为阻滑力。槽身是否会产生沿其支承结构顶端发生水平滑动，主要取决于这两种力的比值，这个比值反映了渡槽的水平抗滑稳定性，称之为稳定安全系数

其计算公式为：