现浇钢筋砼矩形渡槽的设计和施工

现浇钢筋砼矩形渡槽的设计和施工

黑龙滩灌区管理处

黄学清

摘要渡槽是输送渠道水流跨越河渠、道路、山谷等的架空输水建筑物，是灌区水工建筑物中应用最广的建筑物之一，除用于输送渠水外还可排洪和导流等之用。现浇钢筋砼矩形渡槽是渡槽的一种，由于它具有设计和施工上比较简单，架模容易，不易漏水等特点，因此广泛应用于丘陵灌区。黑龙滩灌区属丘陵灌区，现浇钢筋砼矩形渡槽运用较广。

关键词矩形渡槽运用设计施工

一、概述

渡槽是输送渠道水流跨越河渠、道路、山谷等的架空输水建筑物，是灌区水工建筑物中应用最广的交叉建筑物之一，除用于输送渠水外还可排洪和导流等之用。渡槽由槽身、支撑结构、基础及进出口建筑物等部分组成。矩形渡槽是渡槽的一类，分为现浇和预制两种。现浇钢筋砼矩形渡槽跨度一般为8-15m，由于它具有设计简单，施工方便，架模容易等特点，因此广泛应用于丘陵地区，黑龙滩灌区付加分干渠4+000公里处的曾家大塘渡槽，松树渡槽，南总干渠的石龙渡槽就是典型的例子，预制钢筋砼矩形渡槽由于它必须吊装，适用于开阔地段且必须交通方便，而在交通不方便，地形不开阔的地段，施工难度较大，而且预制块之间的缝如果处理不好将造成漏水，这就使得预制钢筋砼矩形渡槽在丘陵灌区得不到广泛运用。

二、设计

现浇钢筋砼矩形渡槽分为悬臂侧墙式和肋板式，悬臂侧墙式钢筋砼矩形渡槽，槽身结构简单，施工方便，在横向计算中，侧墙为悬臂梁，在纵向计算中侧墙当作纵梁考虑，当侧墙兼作纵梁时，矩形槽常用的深宽比h/B=0.6-0.8（h为水深，B为水面宽）侧墙由于水压力的作用，将产生侧向扭曲及位移，为控制其侧向稳定，对有拉杆的矩形槽，取t/H1=1/12-1/16（t为侧墙厚度，H1为侧墙高度），对肋板式槽身，取t/H1=1/18-1/21，常用侧墙厚度为12-25厘米。

（一）、水利计算

渡槽水利计算的目的是按照设计流量的要求选定经济合理的过水断面，在满足渡槽横向稳定的情况下，使渡槽总宽度最小；核定其水头损失，并要求其水流与上、下游渠道平顺的连接。

1、槽身过水流量的计算：

槽身过水流量一般按明渠均匀流计算，当选定渡槽纵比降i和糙率n，即可按下式计算过水流量：

Q=ωc Ri

式中：Q：槽身过水流量（米3/秒）

ω：槽身过水断面面积（米2）

c：谢才系数，可用曼宁公式C=(1/n)*R1/6计算，糙率系数n，对于砼及钢筋砼槽身n可取n=0.013-0.014

R：水利半径（米）

i:槽底纵坡，即渡槽比降

2、进出口渐变段长度的确定

水流通过渡槽时，由于槽身过水断面宽度和深度往往和相邻的渠道的过水断面不一致，为了使水流能够顺畅的通过，减少阻力和水头损失，所以渡槽进出口常用渐变段衔接。渐变

段长度通常用下面的经验公式确定：

较小槽渠用：L=B*h 2

较大槽渠用：L=C*(B 1-B 2)

式中L ——进出口渐变段长度（米）

B ——系数，进口B=4，出口B=6

h 2——槽内水深（米）

C ——系数，进口取C=1.5-2.0，出口取C=2.5-3.0

B 1——渠道水面宽（米）

B 2——渡槽水面宽（米）

（二）、结构计算(以黑龙滩灌区曾家大塘渡槽为例)

1、地形条件

曾家大塘渡槽位于付干渠4+188处，横跨国道213线，修建于70年代，为单孔石拱渡槽，净空8米，且为弯道转弯处，严重堵塞了213线上车辆的通行，是213线的瓶颈，多次发生交通事故，加上年代久远，槽身已变形漏水。渡槽已到了非整治不可的地步。在方案选择上，先选择U 型渡槽，由于U 型渡槽在设计和施工上较为复杂，因此考虑矩形渡槽，由于预制钢筋砼渡槽易漏水，且曾家大塘渡槽位于交通要道上，吊装时易阻塞交通，最后选择现浇钢筋砼矩形渡槽。

2、配筋设计：（曾家大塘渡槽截面尺寸如下）

R W 为钢筋砼弯曲抗压强度，R g 为钢筋设计强度,γ水为水容重, γ钢筋砼为钢筋砼容重，

人行道板宽l 2米，厚t 1米，拉杆厚w 米，宽b 5米，槽身厚δ1米，高H 米，渡槽底板厚

δ2米，渡槽净跨L=16米，设计流量 12.0m 3/s ，设计水深2.6米。

（Ⅰ）荷载计算：

（1）人行道板：q 1=l 2*t 1*γ钢筋砼

（2）拉杆：q 2=W*b 5*γ钢筋砼

（3）槽身q 3=[w*b+b 1*b 1/2*2+δ1*（H-w ）+b 2*b 2/2+c*d+b 3*b 3/2+(t+δ2-d)*δ1]*γ钢筋砼

（4）槽底：q 4=l*δ1*γ钢筋砼

（5）水压力：q 5=1*γ水*H*l

（6）人行荷载：q 6=3KN/m

（Ⅰ）梁的配筋计算：

对于纵向梁（单根）

Σq=（1）+（2）/2+（3）+（4）/2+（5）/2+（6）

纵向梁受力如下图：

M=q*l 2/8

Q=q*l/2(l=1.05*L 或l=L+l a ，

二者取小值)

按矩形梁计算配筋：A 0=KM/bh 02R W （b=δ1）,K 为安全系数，h 0为截面有效高度h 0=H+δ

2+t-a s (a s 为钢筋保护层厚度)，判断A 0是否小于0.4，如小于，不配受压钢筋，如大于0.4，配受压钢筋，再根据A 0是否小于0.5判断是否设计成双筋截面。

由A 0查水工钢筋砼表得α，并判断是否超筋。

由u=α*R W /R g ,并判断是否大于最小配筋率，如小于最小配筋率，按最小配筋率计算。 所以A g =ubh 0,

最后根据A g 选择钢筋。

（Ⅱ）渡槽底板配筋算：(受力如图)

沿槽身方向取1m 长为计算单元：假设p 0为人行道板、人群荷载之和，则p 0=q 1+q 6 M 0为拉杆自重对1点产生的力矩：则M 0=q 2*（l/2 +δ1/2）,假设x 1为拉杆所受拉力，则

x 1由公式得：x 1=1/h*[(1/6*γ水H 3-M 0-(M 0/2+γ水H 3/15)u 23-(γ水H+γ钢筋砼*δ2)*l 02*u 21/3),其中

l 0=l/2+δ1/2,u 21=3j 21/H/(3j 21/H+j 23/l),u 23=j 23/H/(3j 21/H+j 23/l),j 21:侧墙截面惯性矩 j 21=δ13/12,j 23:底板截面惯性矩 j 23=δ23

/12,计算出X 1，假设拉杆间距为l 1,，拉杆拉力（N L ）为

N L =l 1*x 1,则由拉杆中心线到侧墙计算截面的距离y 处的弯矩为：M y =x*y+M 0-γ水y 3/6,最大弯

矩产生在y=y m 处，y m =水

y x 1*2,由此计算出侧墙最大弯矩。 离侧墙中线距离为x 处的底板弯矩按下式计算：

M X =x 1*H+M 0-γ水H 3/6+(γ水H+γ钢筋砼*δ2)*(l-x/2)*x,令x=0得

M 2=x 1H+M 0-γ水H 3/6,

令x=l 得板跨中弯矩M 3, M 3=M 2+1/2*(γH 水 +γ钢筋砼*δ2)*l 2

（Ⅲ）侧墙配筋计算：

A 0=KM y /(Hh 02R W )（h 0=δ1-a s ）,其中根据A 0选配钢筋。

底板配筋：

A 0=KM 3/（Bh 02R W ）(此处h 0=δ2-a s ),由A 0查水工钢筋砼表得α,则u=α* R W / R g ,并判断其是否

小于最小配筋率，如小于，则按最小配筋率计算，如不小于最小配筋率，则A g =u*b*h 0,根据A g 选配钢筋。

（Ⅳ）斜筋配筋计算：（取Ⅰ-Ⅰ，Ⅱ-Ⅱ截面计算）