第九章倒洪吸管与涵洞

1、第九章第九章 倒虹吸管及涵洞倒虹吸管及涵洞 第一节第一节 倒虹吸管（地涵）倒虹吸管（地涵） 渠道与河谷谷地、道路山沟及渠道等其渠道与河谷谷地、道路山沟及渠道等其它建筑物相交时，为连接渠道而设置的压力它建筑物相交时，为连接渠道而设置的压力管道。管道。 水工建筑物讲稿水工建筑物讲稿 第九章倒洪吸管与涵洞第九章倒洪吸管与涵洞水工建筑物讲稿水工建筑物讲稿 第九章倒洪吸管与涵洞第九章倒洪吸管与涵洞一、倒虹吸管的布置与构造一、倒虹吸管的布置与构造 由进口、出口、管身所组成。由进口、出口、管身所组成。1 1、管路布置、管路布置 布置原则：布置原则：a.a.管路与所通过的建筑物、河道正交以缩短管长、节管路与所

2、通过的建筑物、河道正交以缩短管长、节省工程量；省工程量；b.b.管身及进出口在稳定地段，地形不宜陡、便于工；管身及进出口在稳定地段，地形不宜陡、便于工；c.c.进出口避免建于高填方上，如果不可避免，填方要进出口避免建于高填方上，如果不可避免，填方要夯实；夯实；d.d.对于山谷、管路一般沿地面坡度布置，转弯不宜多。对于山谷、管路一般沿地面坡度布置，转弯不宜多。水工建筑物讲稿水工建筑物讲稿 第九章倒洪吸管与涵洞第九章倒洪吸管与涵洞2.2.常见的布置形式常见的布置形式 对于高差不大的小对于高差不大的小倒虹吸，一般有两种倒虹吸，一般有两种布置布置: :斜管式和竖井斜管式和竖井式式. . (1) (1)

3、斜管式：斜管式： 应用较多，如图，应用较多，如图，其水流条件好，施工其水流条件好，施工简便，工程中应用较简便，工程中应用较多。其主要适用于穿多。其主要适用于穿越高差较小渠道或河越高差较小渠道或河流。流。 水工建筑物讲稿水工建筑物讲稿- - 第九章倒洪吸管与涵洞第九章倒洪吸管与涵洞（2）竖井式：压力水头竖井式：压力水头3 35m5m，施工容易，但水流，施工容易，但水流不如斜管流畅。其优点是构造简单、管路短、占地少、不如斜管流畅。其优点是构造简单、管路短、占地少、施工较易，而水流条件较差、水头损失大。井底一般施工较易，而水流条件较差、水头损失大。井底一般设设0.5m0.5m深的集沙坑，以便清除泥沙

4、及维修水平段时深的集沙坑，以便清除泥沙及维修水平段时排水之用。排水之用。 水工建筑物讲稿水工建筑物讲稿- - 第九章倒洪吸管与涵洞第九章倒洪吸管与涵洞（3 3）对于高差大或跨干谷、山谷时采用地埋）对于高差大或跨干谷、山谷时采用地埋式和桥式式和桥式. .管道可沿地面铺设，以减少开挖管道可沿地面铺设，以减少开挖工程量和便于检修，但气温影响大，为减工程量和便于检修，但气温影响大，为减少温度应力的影响。一般埋于地下少温度应力的影响。一般埋于地下0.8 m0.8 m水工建筑物讲稿水工建筑物讲稿- - 第九章倒洪吸管与涵洞第九章倒洪吸管与涵洞水工建筑物讲稿水工建筑物讲稿- - 第九章倒洪吸管与涵洞第九章倒

5、洪吸管与涵洞 埋深要求：埋深要求： 通过耕地时：埋于耕作层以下通过耕地时：埋于耕作层以下 在冰冻寒冷地区：埋于冻土层以下在冰冻寒冷地区：埋于冻土层以下 穿过河道埋于冲刷线以下穿过河道埋于冲刷线以下0.5 m 对于公路：管顶在路面对于公路：管顶在路面0.7 m以下。以下。 对于深谷：可把管铺在桥上过河对于深谷：可把管铺在桥上过河水工建筑物讲稿水工建筑物讲稿- - 第九章倒洪吸管与涵洞第九章倒洪吸管与涵洞3.进口段的布置与构造进口段的布置与构造 进水口由闸门、拦污栅、启闭台、进出进水口由闸门、拦污栅、启闭台、进出口、渐变段及沉沙池、铺盖等组成口、渐变段及沉沙池、铺盖等组成. (1)进口形式进口形式

6、:I 曲线型曲线型;II 斜口型斜口型水工建筑物讲稿水工建筑物讲稿- - 第九章倒洪吸管与涵洞第九章倒洪吸管与涵洞进口应满足倒虹吸管不同流量的要求、水流平顺、进口应满足倒虹吸管不同流量的要求、水流平顺、水头损失小。对于小型管可直接插入墙内或填墩水头损失小。对于小型管可直接插入墙内或填墩内；对于大型，常用圆弧衔接在四周用喇叭形。内；对于大型，常用圆弧衔接在四周用喇叭形。b. 进口应修建在较好的基础上，否则应进行防渗处进口应修建在较好的基础上，否则应进行防渗处理，铺盖长（理，铺盖长（35）h。进水口较渠底低时其方。进水口较渠底低时其方程应通过水力计算确定。程应通过水力计算确定。c. 进水口设置闸门

7、，以便检修、调整流速分布。双进水口设置闸门，以便检修、调整流速分布。双管必须设闸门。拦物栅：防止人畜、杂物等进入管必须设闸门。拦物栅：防止人畜、杂物等进入管内。管内。d. 在多泥沙河流取水是否设沉沙池应根据整个渠系在多泥沙河流取水是否设沉沙池应根据整个渠系规划考虑，通常在渠道进水口设置。如设沉沙池，规划考虑，通常在渠道进水口设置。如设沉沙池，其尺寸与泥沙颗粒、含量、流速分布有关，一般其尺寸与泥沙颗粒、含量、流速分布有关，一般Lp（45）h,B（12）b底宽底宽,有适当地形可有适当地形可用水力冲、无可用人工机械清淤。用水力冲、无可用人工机械清淤。 水工建筑物讲稿水工建筑物讲稿 第九章倒洪吸管与涵

8、洞第九章倒洪吸管与涵洞水工建筑物讲稿水工建筑物讲稿- - 第九章倒洪吸管与涵洞第九章倒洪吸管与涵洞水工建筑物讲稿水工建筑物讲稿 第九章倒洪吸管与涵洞第九章倒洪吸管与涵洞 4.出口出口 出口流速一般较出口流速一般较渠道流速大，故渠道流速大，故出口一般设消力出口一般设消力池池,池深池深 T（0.5D+30）cm，池长池长 （34）h，出口，出口需设渐变段或设需设渐变段或设检修门检修门水工建筑物讲稿水工建筑物讲稿- - 第九章倒洪吸管与涵洞第九章倒洪吸管与涵洞5.管身及镇墩的形式和构造管身及镇墩的形式和构造（1）管身）管身a断面多采用圆形或箱形，材料：钢筋混断面多采用圆形或箱形，材料：钢筋混凝土、预

9、应力钢筋混凝土。箱形适用于凝土、预应力钢筋混凝土。箱形适用于地基不好的情况，低水头大流量，可采地基不好的情况，低水头大流量，可采用单孔和多箱形管。用单孔和多箱形管。水工建筑物讲稿水工建筑物讲稿- - 第九章倒洪吸管与涵洞第九章倒洪吸管与涵洞b为适应不均匀沉陷和温度引起的纵向收缩变形，为适应不均匀沉陷和温度引起的纵向收缩变形，管道应设置永久伸缩缝。管道应设置永久伸缩缝。 缝间距：缝间距：1530m，露天取小值，缝间设止水。缝，露天取小值，缝间设止水。缝接头有：接头有：1.平接平接,2.套节套节 3企口企口,4预制预制（2）镇墩）镇墩 位置：在管道变坡和转弯地方设置镇墩。位置：在管道变坡和转弯地方

10、设置镇墩。 荷载：镇墩主要受斜管传来荷载及水流所产生的荷载：镇墩主要受斜管传来荷载及水流所产生的力。镇墩要维持自身稳定和管身稳定，若地质条力。镇墩要维持自身稳定和管身稳定，若地质条件好一般件好一般2030m布置一个或在斜管中段。布置一个或在斜管中段。水工建筑物讲稿水工建筑物讲稿- - 第九章倒洪吸管与涵洞第九章倒洪吸管与涵洞水工建筑物讲稿水工建筑物讲稿- - 第九章倒洪吸管与涵洞第九章倒洪吸管与涵洞a.连接方式连接方式 刚性连接：浇筑完成便施工，适用于基础好，刚性连接：浇筑完成便施工，适用于基础好，不适用于地基沉陷、易裂缝。不适用于地基沉陷、易裂缝。 柔性连接：接缝用沥青填塞，设止水，施工复柔

11、性连接：接缝用沥青填塞，设止水，施工复杂，适应于不均匀沉陷和变形、温度的影响。杂，适应于不均匀沉陷和变形、温度的影响。 斜管布置也可以采用上刚下柔，使纵向受压。斜管布置也可以采用上刚下柔，使纵向受压。 平管布置：一端刚一端柔。平管布置：一端刚一端柔。 尺寸由稳定、地基应力构造来确定。尺寸由稳定、地基应力构造来确定。 Z=（23） ，L=（1.52.0）D T（1.52.0），），R=（2.54.0）D，T/（2.03.0）水工建筑物讲稿水工建筑物讲稿- - 第九章倒洪吸管与涵洞第九章倒洪吸管与涵洞水工建筑物讲稿水工建筑物讲稿- - 第九章倒洪吸管与涵洞第九章倒洪吸管与涵洞二、倒虹吸管水力计算二

12、、倒虹吸管水力计算 水力计算任务（断面计算）：选水力计算任务（断面计算）：选定断面尺寸、确定流速定断面尺寸、确定流速 在实际中，上下游水位未知，断在实际中，上下游水位未知，断面是未知的，一般是选取适当的流速面是未知的，一般是选取适当的流速1.51.52.5m/s2.5m/s，而后确定断面和上下，而后确定断面和上下游水位差。流速的选择很重要，过大游水位差。流速的选择很重要，过大水头损失大，过小易产生淤积。水头损失大，过小易产生淤积。水工建筑物讲稿水工建筑物讲稿- - 第九章倒洪吸管与涵洞第九章倒洪吸管与涵洞Qw ZZ为水位差，一般由渠系规划中定出为水位差，一般由渠系规划中定出ZZ，若，若计算在允

13、许范围内，即可定出断面尺寸，以及上计算在允许范围内，即可定出断面尺寸，以及上下游水位及渠底高程，否则重新调整断面，一直下游水位及渠底高程，否则重新调整断面，一直到满足要求。到满足要求。 当计算的管身断面较大或通过流量较小时，当计算的管身断面较大或通过流量较小时，可采用多管（可采用多管（2323）在小流量时，调整过水断面）在小流量时，调整过水断面和流速，保证不淤积。另外还要校核加大流动时，和流速，保证不淤积。另外还要校核加大流动时，进水口的超高是否满足要求。进水口的超高是否满足要求。水工建筑物讲稿水工建筑物讲稿 第九章倒洪吸管与涵洞第九章倒洪吸管与涵洞gzwQ2对于有压流 2进口段水面的连接进口

14、段水面的连接 在确定断面尺寸及下游渠底高程，还需在确定断面尺寸及下游渠底高程，还需进一步分析，管道在最小流动时，进口段水进一步分析，管道在最小流动时，进口段水面连接情况。面连接情况。水工建筑物讲稿水工建筑物讲稿 第九章倒洪吸管与涵洞第九章倒洪吸管与涵洞minQ最小流量最小流量的水位差的水位差Z11 12zgzwQ计算的若按若若z1z2，则说明实际水位大于所需要水位，则说明实际水位大于所需要水位z2，因，因而在时，进水口水流会产生跌落，从而产生水跃，而在时，进水口水流会产生跌落，从而产生水跃，引起管身的震动破坏，影响正常工作引起管身的震动破坏，影响正常工作。采取措施：采取措施： 对管中水平线与渠

15、道相差很大时，降低进水对管中水平线与渠道相差很大时，降低进水口，形成淹没。口，形成淹没。相差小时，利用斜坡连接相差小时，利用斜坡连接水工建筑物讲稿水工建筑物讲稿 第九章倒洪吸管与涵洞第九章倒洪吸管与涵洞水工建筑物讲稿水工建筑物讲稿 第九章倒洪吸管与涵洞第九章倒洪吸管与涵洞三、管身结构计算三、管身结构计算 进水口建筑物与水闸结构计算相似，管身进水口建筑物与水闸结构计算相似，管身结构计算，一般根据荷载大小分为若干段进结构计算，一般根据荷载大小分为若干段进行，对于大型：行，对于大型：50 m50 m水头以下，水头以下，10m10m水头高差水头高差为一级为一级 50 m50 m水头以上，水头以上，5m

16、5m水头高差为一级水头高差为一级 中小型：也可不分级，按最大受力的水平段中小型：也可不分级，按最大受力的水平段计算计算 。1 1。所受荷载：管重、内外水荷载、土压力、。所受荷载：管重、内外水荷载、土压力、温差应力温差应力对于埋于河道、河槽部分有下列荷载组合：对于埋于河道、河槽部分有下列荷载组合：水工建筑物讲稿水工建筑物讲稿 第九章倒洪吸管与涵洞第九章倒洪吸管与涵洞（1 1）河道枯水期管内正常输水）河道枯水期管内正常输水 荷载有：重力、土压力、内外水压力荷载有：重力、土压力、内外水压力（2 2）河道洪水期管内无水）河道洪水期管内无水 重力、土压力、外水压力、管内外温差等。重力、土压力、外水压力、

17、管内外温差等。（3 3）管内正常输水：管外无水、无土压力）管内正常输水：管外无水、无土压力 重力、内水压力、管内外温差等。重力、内水压力、管内外温差等。 工程中一般对管在横向及纵向分别计算。工程中一般对管在横向及纵向分别计算。 横向计算主要验算强度、裂缝，横向计算横向计算主要验算强度、裂缝，横向计算与坝下涵管相同，请参考与坝下涵管相同，请参考 纵向主要计算挠曲、轴向拉力、弯挠纵向主要计算挠曲、轴向拉力、弯挠 水工建筑物讲稿水工建筑物讲稿 第九章倒洪吸管与涵洞第九章倒洪吸管与涵洞 2.管身的纵向应力分析管身的纵向应力分析 影响纵向计算的因素很广，对大中型影响纵向计算的因素很广，对大中型倒虹吸管一

18、定要进行纵向应力分析。倒虹吸管一定要进行纵向应力分析。 纵向应力主要是在荷载作用下以及地纵向应力主要是在荷载作用下以及地基不均匀沉陷产生的纵向挠曲。对于刚基不均匀沉陷产生的纵向挠曲。对于刚性坐垫，管道接头及管身回填土阻止回性坐垫，管道接头及管身回填土阻止回缩、因温降、混凝土收缩和内水压力引缩、因温降、混凝土收缩和内水压力引起管道的缩短，也使管壁产生拉力。起管道的缩短，也使管壁产生拉力。 下面介绍一种近似计算下面介绍一种近似计算水工建筑物讲稿水工建筑物讲稿 第九章倒洪吸管与涵洞第九章倒洪吸管与涵洞（1）温差拉力：由管道不能自由收缩、由）温差拉力：由管道不能自由收缩、由温降产生的拉力。温降产生的拉

19、力。（2）内水压力作用）内水压力作用 管道环向将伸长，纵向将缩短，引起拉管道环向将伸长，纵向将缩短，引起拉应力：应力：水工建筑物讲稿水工建筑物讲稿 第九章倒洪吸管与涵洞第九章倒洪吸管与涵洞02ttt，hEdtrtdtErNchCT混凝土弹性模量混凝土膨胀系数管壁厚，平均半径，内半径平均内水压力泊松比BBBBcwr，prprN6/12（3 3）填土及座垫引起的摩擦力）填土及座垫引起的摩擦力 四周填土及座垫将约束管在纵向自由变形管四周填土及座垫将约束管在纵向自由变形管与填土及座垫之间的产生的摩擦力，并假定与填土及座垫之间的产生的摩擦力，并假定 均匀均匀分布，则管道截面由摩擦力产生的轴向拉力为分布，

20、则管道截面由摩擦力产生的轴向拉力为水工建筑物讲稿水工建筑物讲稿 第九章倒洪吸管与涵洞第九章倒洪吸管与涵洞321max0 . 25 . 121不均匀系数，取lTBHfq11 1 1由于铅直土压力作用产生的摩擦力由于铅直土压力作用产生的摩擦力(f(f摩擦系数摩擦系数 ) )，由均匀侧土压力产生。由均匀侧土压力产生。(et)水工建筑物讲稿水工建筑物讲稿 第九章倒洪吸管与涵洞第九章倒洪吸管与涵洞tHfe2fqH23HrGGq221Hr1G2Gr rH H管身外半径管身外半径,G,G1 1管内水重管内水重,G,G2 2管自重，管自重，q q由管身由管身水重产生，水重产生， Tmax也可以写成也可以写成：

21、 qeqfLrTtBH2241max 当有刚性支座时，当有刚性支座时， 土与管壁之间土与管壁之间的摩擦系数为的摩擦系数为f，管壁与座垫设有油毡摩擦，管壁与座垫设有油毡摩擦系数为系数为f0水工建筑物讲稿水工建筑物讲稿 第九章倒洪吸管与涵洞第九章倒洪吸管与涵洞1802qqfeqfLrTBtBH0max41管壁收缩因为计算否则按计算纵向拉力按计算中若wtwtwtNNTNNTNNTmaxmaxmax,（4 4）纵向弯矩的计算）纵向弯矩的计算,221nBHBGGGqG管顶回填土水重管重填土压力则单位荷载则单位荷载管中最大弯矩管中最大弯矩 水工建筑物讲稿水工建筑物讲稿 第九章倒洪吸管与涵洞第九章倒洪吸管与

22、涵洞nBGGGGW2150/1100/12max较差取保土质叫好取扰曲系数，CcWlM按受拉受弯配筋，箍筋在外层和内层。按受拉受弯配筋，箍筋在外层和内层。思考题思考题1 1倒虹吸管有哪几部分组成倒虹吸管有哪几部分组成2 2管路布置原则管路布置原则3 3如何布置进水口如何布置进水口4 4水位差是如何计算的水位差是如何计算的5 5管路结构计算时管道所受主要荷载有哪些？影管路结构计算时管道所受主要荷载有哪些？影响纵向计算的因素有哪些？响纵向计算的因素有哪些？第二节第二节 涵洞涵洞 在渠系中，当溪谷与交通道路相交时，在填方渠道或公在渠系中，当溪谷与交通道路相交时，在填方渠道或公路下设置输水式泄水建筑物

23、路下设置输水式泄水建筑物涵洞。组成：进口、洞身、涵洞。组成：进口、洞身、出口。出口。 涵洞一般不设闸门，涵洞进口部分上部建筑物与水闸结涵洞一般不设闸门，涵洞进口部分上部建筑物与水闸结构基本相同，洞身与涵管洞身基本一致。本节只介绍其布置构基本相同，洞身与涵管洞身基本一致。本节只介绍其布置与型式与型式水工建筑物讲稿水工建筑物讲稿 第九章倒洪吸管与涵洞第九章倒洪吸管与涵洞一涵洞的类型、构造、工作特点一涵洞的类型、构造、工作特点1 1类型与工作特点类型与工作特点 根据水流条件：有压、无压、半有压根据水流条件：有压、无压、半有压 根据任务分根据任务分: :输水涵洞输水涵洞, ,排洪、泄水涵洞排洪、泄水涵

24、洞a a输水涵洞，为减少水头损失常计成无压输水涵洞，为减少水头损失常计成无压 V=2.0 m/sV=2.0 m/s左右左右b. b. 水位差，对于上下游水位差不大，流速较小的输水位差，对于上下游水位差不大，流速较小的输水洞，可不考虑防渗及出口消能问题。水洞，可不考虑防渗及出口消能问题。c. c. 泄水排洪涵洞泄水排洪涵洞可设计成无压、有压、半有压，可设计成无压、有压、半有压，在排洪时可能出现明满流交替的情况，设计时在排洪时可能出现明满流交替的情况，设计时应于重视。应于重视。这种涵洞，水位差及流速较大，应这种涵洞，水位差及流速较大，应采取防冲措施。防渗应根据具体情况来确定。采取防冲措施。防渗应根

25、据具体情况来确定。水工建筑物讲稿水工建筑物讲稿 第九章倒洪吸管与涵洞第九章倒洪吸管与涵洞水工建筑物讲稿水工建筑物讲稿 第九章倒洪吸管与涵洞第九章倒洪吸管与涵洞2涵洞洞身结构型式涵洞洞身结构型式a圆形：水力条件、静力工作条件较好。常用：有圆形：水力条件、静力工作条件较好。常用：有压或无压压或无压b箱形：适用填土较厚、受力条件好，适应不均匀箱形：适用填土较厚、受力条件好，适应不均匀沉陷，沉陷， 可设成无压、低压。可直接铺设在可设成无压、低压。可直接铺设在砂石、素混凝土、垫层上。砂石、素混凝土、垫层上。水工建筑物讲稿水工建筑物讲稿 第九章倒洪吸管与涵洞第九章倒洪吸管与涵洞b10181c盖板式盖板式

26、洞宽洞宽25 m，板厚（，板厚（1/5-1/12）b。底板有：。底板有：分离式和整体式分离式和整体式 水工建筑物讲稿水工建筑物讲稿 第九章倒洪吸管与涵洞第九章倒洪吸管与涵洞d拱形涵洞拱形涵洞 受力条件好，适用于填土较高的无压涵洞受力条件好，适用于填土较高的无压涵洞f/L=1/5-1/10。 涵洞洞身受填土压力变化较涵洞洞身受填土压力变化较大时，沉陷缝间距应小于大时，沉陷缝间距应小于10 m，砂土，砂土23倍倍洞高。洞高。水工建筑物讲稿水工建筑物讲稿 第九章倒洪吸管与涵洞第九章倒洪吸管与涵洞3.3.进出口型式进出口型式连接洞身与填土土坡的建筑物连接洞身与填土土坡的建筑物要求：水流平顺、防止水流对

27、洞口附近的冲刷。要求：水流平顺、防止水流对洞口附近的冲刷。(1)(1)圆锥护坡式圆锥护坡式(a)(a)进、出口设圆锥形护坡与渠堤外坡进、出口设圆锥形护坡与渠堤外坡连接，构造简单，省材料，但进口水流收缩大，连接，构造简单，省材料，但进口水流收缩大，与其他类型进水口相比，在同样条件下，上游壅与其他类型进水口相比，在同样条件下，上游壅水时易封住洞顶，这种形式一般用于小型工程。水时易封住洞顶，这种形式一般用于小型工程。（2 2）一字型）一字型, ,结构简单，水流条件不好，在同样条件结构简单，水流条件不好，在同样条件下易封洞顶。下易封洞顶。 (3)(3)八字形斜降墙式八字形斜降墙式: :翼墙在平面上呈八

28、字形，八字翼墙在平面上呈八字形，八字墙面与水流方向成墙面与水流方向成30300 040400 0交角，墙顶面随两侧交角，墙顶面随两侧土坡的降低而逐渐降低，进流条件较圆锥护坡式土坡的降低而逐渐降低，进流条件较圆锥护坡式有所改善。有所改善。 水工建筑物讲稿水工建筑物讲稿 第九章倒洪吸管与涵洞第九章倒洪吸管与涵洞（3 3）反翼墙走廊式）反翼墙走廊式: : 涵洞进口两侧翼墙高度不变，涵洞进口两侧翼墙高度不变，以形成廊道，水面降落产生在该段翼墙内，可降以形成廊道，水面降落产生在该段翼墙内，可降低洞顶高程，适用于无压涵洞的进口，但工程量低洞顶高程，适用于无压涵洞的进口，但工程量较大，采用较少。较大，采用较

29、少。(5) (5) 进口段洞顶抬高式进口段洞顶抬高式: :对于无压涵洞，为保证进口对于无压涵洞，为保证进口水流不封住洞顶，可将进口水流不封住洞顶，可将进口 1 12H2H（H H为洞高）长为洞高）长度范围内洞身高度适当加大，以使进口水面降落度范围内洞身高度适当加大，以使进口水面降落位于此段范围内。对于半有压涵洞，为使水流封位于此段范围内。对于半有压涵洞，为使水流封住进口洞顶后，洞内仍能保持稳定的无压流态，住进口洞顶后，洞内仍能保持稳定的无压流态，可将进口一小段洞身高度适当减小，并在其后设可将进口一小段洞身高度适当减小，并在其后设通气孔，以稳定洞内水面。对于有压涵洞，可将通气孔，以稳定洞内水面。

30、对于有压涵洞，可将进口段洞身的顶部（上唇）做成逐渐收缩的曲线进口段洞身的顶部（上唇）做成逐渐收缩的曲线形式，使进口有平顺的水流边界和必要的进流能形式，使进口有平顺的水流边界和必要的进流能力。力。水工建筑物讲稿水工建筑物讲稿 第九章倒洪吸管与涵洞第九章倒洪吸管与涵洞二洞身布置二洞身布置 任务：选定建筑物型式、布置尺寸和结构型式。任务：选定建筑物型式、布置尺寸和结构型式。 水力计算：确定进出口方程与尺寸、断面和纵坡水力计算：确定进出口方程与尺寸、断面和纵坡1 1资料：资料是多方面的主要有：资料：资料是多方面的主要有：（1 1）涵洞顶部填土高度和填方工程的重要性）涵洞顶部填土高度和填方工程的重要性（

31、2 2）涵洞所在水道原有地形、地质、流量和水位）涵洞所在水道原有地形、地质、流量和水位 一般排洪涵洞都缺乏其水位流量资料，这时可根据工程一般排洪涵洞都缺乏其水位流量资料，这时可根据工程的重要性，选定洪水位资料，配合洪水调查确定设计流量。的重要性，选定洪水位资料，配合洪水调查确定设计流量。 根据原水道及两岸情况，结合消能、防冲要求对原水道根据原水道及两岸情况，结合消能、防冲要求对原水道整治和护砌。对有短暂淹没的涵洞，要进行调蓄演算。整治和护砌。对有短暂淹没的涵洞，要进行调蓄演算。2 2布置规则布置规则a a应使水流顺畅，不产生淤积冲刷。应使水流顺畅，不产生淤积冲刷。b b水流方向与渠道道路正交、

32、洞底高程应等于或接近于原水流方向与渠道道路正交、洞底高程应等于或接近于原河道底部高程、坡度接近或稍陡于河道底部高程、坡度接近或稍陡于1 13%3%水工建筑物讲稿水工建筑物讲稿 第九章倒洪吸管与涵洞第九章倒洪吸管与涵洞c填方渠道下涵洞，管顶至少在渠底以下0.60.7 md 填 土 透 水 性 大 时 ， 应 做 好 防 渗 措 施e线路应造在本地基承载能力较大地段三水力计算三水力计算 在工作条件、进出口型式、洞身段确定后，在工作条件、进出口型式、洞身段确定后，可根据可根据Q、上下游水位拟定尺寸，进行水力、上下游水位拟定尺寸，进行水力计算。计算。1输水洞、洞长时，可按照明渠均匀流计算输水洞、洞长时

33、，可按照明渠均匀流计算所需要的断面和底坡，并校核加大流量，静所需要的断面和底坡，并校核加大流量，静空是否够，多采用无压流。空是否够，多采用无压流。 洞短时洞短时2.5L10H，可按宽顶堰计算。，可按宽顶堰计算。水工建筑物讲稿水工建筑物讲稿 第九章倒洪吸管与涵洞第九章倒洪吸管与涵洞 2 2泄水、排水涵洞泄水、排水涵洞 无压、半有压和有压无压、半有压和有压 半有压：进口水流封闭，但洞内为明流半有压：进口水流封闭，但洞内为明流 无压：尺寸大进口雍水小无压：尺寸大进口雍水小 对于上游水域面积大，洪水持续时长且涨落缓对于上游水域面积大，洪水持续时长且涨落缓慢，允许雍水高度小，按无压设计。无压、半有慢，允

34、许雍水高度小，按无压设计。无压、半有压涵洞高程，可根据出口最大流量不被淹没来设压涵洞高程，可根据出口最大流量不被淹没来设计并一定静空来确定。计并一定静空来确定。 对于山溪性河谷洪水涨落迅速、原河床陡，一般对于山溪性河谷洪水涨落迅速、原河床陡，一般按半有压设计比较经济。按半有压设计比较经济。 对于实际情况，应选多种方案比较优化。对于实际情况，应选多种方案比较优化。水工建筑物讲稿水工建筑物讲稿 第九章倒洪吸管与涵洞第九章倒洪吸管与涵洞思考题思考题1.涵洞进出口主要哪些型式？涵洞进出口主要哪些型式？2.涵洞设计需要哪些资料涵洞设计需要哪些资料3.布置原则布置原则水工建筑物讲稿水工建筑物讲稿 第九章倒

35、洪吸管与涵洞第九章倒洪吸管与涵洞第十章第十章 渡渡 槽槽第一节第一节 渡槽的组成及作用、分类及布置渡槽的组成及作用、分类及布置一渡槽作用分类一渡槽作用分类 渡槽是输送渠道水流跨越河流、渠道、道渡槽是输送渠道水流跨越河流、渠道、道路、山谷等障碍的架空输水建筑物，是灌区路、山谷等障碍的架空输水建筑物，是灌区水工建筑物中应用最广的交叉建筑物之一。水工建筑物中应用最广的交叉建筑物之一。组成：槽身、支承结构、基础、进出口组成。组成：槽身、支承结构、基础、进出口组成。水工建筑物讲稿水工建筑物讲稿 第九章倒洪吸管与涵洞第九章倒洪吸管与涵洞分类：根据支承结构分为分类：根据支承结构分为按支承结构型式分：有梁式、

36、拱式、桁架式、组合按支承结构型式分：有梁式、拱式、桁架式、组合式及悬吊或斜拉式式及悬吊或斜拉式. .。按施工方法：现浇整体式、预制装配式及预应力等；按施工方法：现浇整体式、预制装配式及预应力等；按槽身断面形状分：矩形渡槽、按槽身断面形状分：矩形渡槽、U U形渡槽等。形渡槽等。按建筑材料分类：木渡槽、砌石、砼及钢筋砼等按建筑材料分类：木渡槽、砌石、砼及钢筋砼等按施工方法：现浇整体式、预制装配式及预应力等；按施工方法：现浇整体式、预制装配式及预应力等；水工建筑物讲稿水工建筑物讲稿 第九章倒洪吸管与涵洞第九章倒洪吸管与涵洞水工建筑物讲稿水工建筑物讲稿 第九章倒洪吸管与涵洞第九章倒洪吸管与涵洞二二渡槽

37、位置的选择渡槽位置的选择 在渠系规划时，已从全局考虑，决定渡槽位置一般无在渠系规划时，已从全局考虑，决定渡槽位置一般无多大选择余地，以渡槽布置上讲，我们主要考虑渡槽中心多大选择余地，以渡槽布置上讲，我们主要考虑渡槽中心线及槽身的位置。线及槽身的位置。1 1地质条件好、地形条件有利、降低墩槽架高度进出口最地质条件好、地形条件有利、降低墩槽架高度进出口最好在挖方段，在填方上，填方易控制在好在挖方段，在填方上，填方易控制在6 m6 m以下；以下；2 2跨越河流时，位于稳定河床，水流平顺，岸坡稳定，避跨越河流时，位于稳定河床，水流平顺，岸坡稳定，避免在河流处转弯处，满足通航所需静空。免在河流处转弯处，

38、满足通航所需静空。3 3进出口与槽身应在同一轴线上，避免转弯，使水流条件进出口与槽身应在同一轴线上，避免转弯，使水流条件复杂。复杂。4 4在进口段或前段设节制闸和退水闸，以利于检修和避免在进口段或前段设节制闸和退水闸，以利于检修和避免发生事故。发生事故。5 5应少占耕地，少拆迁房屋，有较宽的施工场地和建筑材应少占耕地，少拆迁房屋，有较宽的施工场地和建筑材料。料。水工建筑物讲稿水工建筑物讲稿 第九章倒洪吸管与涵洞第九章倒洪吸管与涵洞三渡槽水力计算三渡槽水力计算水工建筑物讲稿水工建筑物讲稿 第九章倒洪吸管与涵洞第九章倒洪吸管与涵洞任务：确定断面尺寸、纵坡和高程。任务：确定断面尺寸、纵坡和高程。 布

39、置型式、断面形式及进口型式一般根据工布置型式、断面形式及进口型式一般根据工程任务所确定。一般根据设计流量进行拟定尺寸，程任务所确定。一般根据设计流量进行拟定尺寸，在计算中、一般拟定、，常用断面为矩形和在计算中、一般拟定、，常用断面为矩形和U U形。形。1 1i i的确定的确定 i i大，大， v v增大，增大，B B、H H减小，节省材料，但水面降落减小，节省材料，但水面降落大，控制面积将减小，也可能引起河道的冲刷，因大，控制面积将减小，也可能引起河道的冲刷，因此要进行方案比较，一般取此要进行方案比较，一般取i=1/500-1/1500i=1/500-1/1500。2断面断面 可可 求出值求出

40、值 H/B3水位降落水位降落 水工建筑物讲稿水工建筑物讲稿 第九章倒洪吸管与涵洞第九章倒洪吸管与涵洞RiCAQ 222gAQzgvgAQz2)2(2022ilzzz2ilzzz2ilzzz232zz4.进出口高程进出口高程5h/B的比值影响其输水能力和结构可靠度，的比值影响其输水能力和结构可靠度，一般一般h/B多以结构角度考虑，多以结构角度考虑，h/B大纵向刚大纵向刚度大，但度大，但h/B过大对槽身横向稳定不利，过大对槽身横向稳定不利，因此应综合考虑。因此应综合考虑。水工建筑物讲稿水工建筑物讲稿 第九章倒洪吸管与涵洞第九章倒洪吸管与涵洞HzHyHzHyil221112,Hhh四荷载及荷载组合四

41、荷载及荷载组合1荷载：槽身及水体重、土压力（两进出口、台墩）风压荷载：槽身及水体重、土压力（两进出口、台墩）风压力、动水压力及漂浮物的撞击力、地震力、人群荷载、温力、动水压力及漂浮物的撞击力、地震力、人群荷载、温度应力、混凝土收缩引起的力。根据实际运行情况选择力度应力、混凝土收缩引起的力。根据实际运行情况选择力的组合，由于渡槽较高受风荷载影响大，所以要计算风荷的组合，由于渡槽较高受风荷载影响大，所以要计算风荷载。载。 水工建筑物讲稿水工建筑物讲稿 第九章倒洪吸管与涵洞第九章倒洪吸管与涵洞0_wgkkwzk风载系数，与建筑物体型有关，对于矩形满载取风载系数，与建筑物体型有关，对于矩形满载取1.3

42、、空、空载，载， kz风压高度变化系数选用表风压高度变化系数选用表101，m/s2w0基本风压，基本风压， ， 一般，一般， 沿海，沿海， 高高山山 v是在地面是在地面10 m处，处，30年一遇年一遇10min平均最大风平均最大风速。速。)1 (3 . 1k)(),1 (3 . 1BHfk22vgrwo22vgrwo1612gr191181171171温度应力、封拱（对于超静定结构）温度应力、封拱（对于超静定结构）T3升温升温 T3封拱时温度封拱时温度降温降温2荷载组合荷载组合基本组合（设计组合）特殊组合（校核条件、基本组合（设计组合）特殊组合（校核条件、施工检修）施工检修）水工建筑物讲稿水工

43、建筑物讲稿 第九章倒洪吸管与涵洞第九章倒洪吸管与涵洞3T31TTT32TTT第二节第二节 梁式渡槽梁式渡槽一渡槽型式与结构一渡槽型式与结构1 1支承型式：简支、双悬臂、单悬臂支承型式：简支、双悬臂、单悬臂a a简支梁式的优点是结构简单、施工、吊装方便、简支梁式的优点是结构简单、施工、吊装方便、跨度小、跨中弯矩大、底板受拉，对防渗不利跨度小、跨中弯矩大、底板受拉，对防渗不利b b双悬臂：等跨双悬臂双悬臂：等跨双悬臂c=0.25lc=0.25l，跨中弯矩为零，跨中弯矩为零，负弯矩大。等弯矩负弯矩大。等弯矩c=0.207lc=0.207l，中间等于支座负弯，中间等于支座负弯矩。双悬臂跨度大，能造简支

44、的矩。双悬臂跨度大，能造简支的2 2倍，底部受拉小，倍，底部受拉小，对抗裂有利，但重量大，吊装困难，对地基沉陷对抗裂有利，但重量大，吊装困难，对地基沉陷敏感。敏感。c c单悬臂：一般只在向简支梁过度或进出口时采用，单悬臂：一般只在向简支梁过度或进出口时采用，悬臂不能太大，以保证另一端有一定的压力，不悬臂不能太大，以保证另一端有一定的压力，不允许出现拉力允许出现拉力水工建筑物讲稿水工建筑物讲稿 第九章倒洪吸管与涵洞第九章倒洪吸管与涵洞2 2尺寸尺寸 当槽高较大，地基较好，基础施工困难，宜选用较大当槽高较大，地基较好，基础施工困难，宜选用较大跨度。当高度小时，地基差采用小跨度。简支常用跨度跨度。当

45、高度小时，地基差采用小跨度。简支常用跨度8 815m15m，经济跨度约为槽高的，经济跨度约为槽高的0.20.21.21.2倍。双悬臂梁式槽身跨倍。双悬臂梁式槽身跨度可增大到度可增大到303040 m40 m，为节省钢材水泥及重量，渡槽工程，为节省钢材水泥及重量，渡槽工程中可采用预应力钢筋混凝土。中可采用预应力钢筋混凝土。水工建筑物讲稿水工建筑物讲稿 第九章倒洪吸管与涵洞第九章倒洪吸管与涵洞 4.槽身横断面型式和构造槽身横断面型式和构造 槽身断面常采用矩形和槽身断面常采用矩形和U形，大流量通形，大流量通常采用矩形，中小流量可采用矩形或常采用矩形，中小流量可采用矩形或U形形水工建筑物讲稿水工建筑物

46、讲稿 第九章倒洪吸管与涵洞第九章倒洪吸管与涵洞（1）矩形断面）矩形断面（2）U形形 轻型经济结构，水力条件好，纵向刚度大，轻型经济结构，水力条件好，纵向刚度大，横向内力小的特点。横向内力小的特点。 材料：钢筋混凝土或预应力混凝土。材料：钢筋混凝土或预应力混凝土。 矩形及矩形及U形横断面主要取决于形横断面主要取决于H/B,从过水能从过水能力看矩形水力最佳断面力看矩形水力最佳断面H/B=0.5,从结构上看从结构上看大些为好大些为好. 实际应用实际应用:矩形矩形H/B=0.60.8,U形形H/B=0.70.8水工建筑物讲稿水工建筑物讲稿 第九章倒洪吸管与涵洞第九章倒洪吸管与涵洞 对于有通航要求对于有

47、通航要求,大流量可不受上述限制。侧墙一般为梁，大流量可不受上述限制。侧墙一般为梁，梁除强度外，还要考虑侧向稳定。梁除强度外，还要考虑侧向稳定。 对于有拉杆矩形槽厚对于有拉杆矩形槽厚 t/H=1/12-16, =12-15cm 为改善应力条件，常作为改善应力条件，常作3060，边长，边长2030cm贴角，贴角，对于加肋有以下要求：对于加肋有以下要求： 肋宽可等于侧墙厚，肋厚一般为（肋宽可等于侧墙厚，肋厚一般为（2-2.5）t 水工建筑物讲稿水工建筑物讲稿 第九章倒洪吸管与涵洞第九章倒洪吸管与涵洞212ll212ll21lly对于有拉杆对于有拉杆U形槽形槽 水工建筑物讲稿水工建筑物讲稿 第九章倒洪

48、吸管与涵洞第九章倒洪吸管与涵洞ttRdtctbtaRhRt）（，）（）（，）（）（5 . 116 . 05 . 021215 . 25 . 1)6 . 04 . 0(151101000005.5.墩槽墩槽（1 1）重力墩：实体、空心）重力墩：实体、空心6m6m 墩顶一般不小于墩顶一般不小于0.80.81.0 1.0 m m，墩帽厚度不小于，墩帽厚度不小于0.3 m0.3 m，外伸外伸5 510cm10cm，墩坡，墩坡1515：1 14040：1 1，基础再增大。，基础再增大。水工建筑物讲稿水工建筑物讲稿 第九章倒洪吸管与涵洞第九章倒洪吸管与涵洞（2）槽架）槽架 a型式：单排、型式：单排、15

49、m以下，双排以下，双排1525 m，A型型b双排适用双排适用1525 mcA字型常由两片字型常由两片A字形刚架组成，一般布置在横向或顺槽字形刚架组成，一般布置在横向或顺槽向布置向布置A字形。字形。 对于高度较小的大流量槽，槽宽较大，故为增加稳定，则对于高度较小的大流量槽，槽宽较大，故为增加稳定，则将将A字型垂直渡槽水流方向，对于小流量的高渡槽，横向字型垂直渡槽水流方向，对于小流量的高渡槽，横向稳定突出，则将稳定突出，则将A字架、横槽向，垂直水流方向。字架、横槽向，垂直水流方向。水工建筑物讲稿水工建筑物讲稿 第九章倒洪吸管与涵洞第九章倒洪吸管与涵洞phbmbhhbLhmL3012015 . 03

50、 . 0215 . 11215 . 1181610 . 45 . 2111222）（）（水工建筑物讲稿水工建筑物讲稿 第九章倒洪吸管与涵洞第九章倒洪吸管与涵洞mtmHHbhHp3 . 015. 005. 005. 01311HbmbhhbLhL3012015 . 03 . 0215 . 11215 . 1181610 . 45 . 2111222）（）（3）排架与基础连接）排架与基础连接连接方式：固结、铰接连接方式：固结、铰接.另外还有桩基槽架另外还有桩基槽架H6m要设横梁。要设横梁。水工建筑物讲稿水工建筑物讲稿 第九章倒洪吸管与涵洞第九章倒洪吸管与涵洞二槽身稳定计算及地基应力计算二槽身稳定计

51、算及地基应力计算1槽身稳定计算槽身稳定计算2地基稳定计算地基稳定计算 一方面计算地基应力，另一方面要计算在荷载一方面计算地基应力，另一方面要计算在荷载作用下可能产生的深层滑动，对于中小型一般作用下可能产生的深层滑动，对于中小型一般仅计算地基应力，地基应力仅计算地基应力，地基应力 水工建筑物讲稿水工建筑物讲稿 第九章倒洪吸管与涵洞第九章倒洪吸管与涵洞 22112112kMMkkPfNkPN抗滑计算抗滑计算 抗倾覆抗倾覆 R2maxmin四四.槽身结构计算槽身结构计算梁式渡槽因跨度与宽度比值一般大于梁式渡槽因跨度与宽度比值一般大于4，故，故可以按梁计算。可以按梁计算。1.纵向计算纵向计算 满槽情况

52、下，按简支或双悬，按受弯构件满槽情况下，按简支或双悬，按受弯构件计算内力及应力及抗裂计算，进行配筋计计算内力及应力及抗裂计算，进行配筋计算，预制还应计算吊装时的强度。算，预制还应计算吊装时的强度。水工建筑物讲稿水工建筑物讲稿 第九章倒洪吸管与涵洞第九章倒洪吸管与涵洞2横向计算横向计算 按平面问题，取按平面问题，取1m。对横向除满槽情况下，对横向除满槽情况下，还应计算半槽情况还应计算半槽情况水工建筑物讲稿水工建筑物讲稿 第九章倒洪吸管与涵洞第九章倒洪吸管与涵洞qQQQ21Q 呈抛物线分布。呈抛物线分布。（1）无拉杆）无拉杆剪力主要由侧墙承担，简化计剪力主要由侧墙承担，简化计算如图算如图（2）有拉

53、杆）有拉杆 对对于小型或无通航于小型或无通航要求沿槽要求沿槽21设设一拉杆，简化计一拉杆，简化计算时首先将拉杆算时首先将拉杆均化，然后根据均化，然后根据简化图计算内力。简化图计算内力。 水工建筑物讲稿水工建筑物讲稿 第九章倒洪吸管与涵洞第九章倒洪吸管与涵洞（3）U形断面形断面 由于由于 t与自重、水重产生的弯矩相反，因而与自重、水重产生的弯矩相反，因而可减小厚度。由于是一次超静定，拉杆力是可减小厚度。由于是一次超静定，拉杆力是未知的，用力法未知的，用力法水工建筑物讲稿水工建筑物讲稿 第九章倒洪吸管与涵洞第九章倒洪吸管与涵洞水平位移111111101Pxx剪水自弯集中111111P水工建筑物讲稿水工建筑物讲稿 第九章倒洪吸管与涵洞第九章倒洪吸管与涵洞水工建筑物讲稿水工建筑物讲稿 第九章倒洪吸管与涵洞第九章倒洪吸管与涵洞五、槽架结构计算五、槽架结构计算 对于双排架和对于双排架和 A字形排架，其结构在横槽字形排架，其结构在横槽向及顺槽向均呈对称布置，而水平向荷载一向及顺槽向均呈对称布置，而水平向荷载一般按垂直于槽中水流方向计算。因此，在水般按垂直于槽中水流方向计算。因此，在水平向荷载作用条件下，双排架可以分解为两平向荷