倒虹吸建筑物

4．倒虹吸管

4．1倒虹吸管的布置

4．2倒虹吸管的水力计算

4．3倒虹吸管的结构计算

4.1倒虹吸管的布置和构造

倒虹吸管是渠道与河流、谷地、道路冲沟及其他渠道相交时，为连接渠道而设置的压力输水管道，是交叉建筑物之一。(1)当渠道通过山谷、溪流，因谷道深邃难以修建渡槽，或需高填方、或用水部门对水头要求不严格。(2)当渠道与河流或道路相交，且渠道水位与河水位或路面接近同一标高，不能采用渡槽、涵洞等倒虹吸管与渡槽相比，具有工程量少、施工方便、节约劳力及材料、造价低等优点；其缺点是水头损失大，维修管理不便。

倒虹吸管管路布置

倒虹吸管的管路布置需要结合地形、地质、施工、流量大小、水头高低、交通以及洪水影响等因素通过分析比较选定。一般应满足如下原则：（1）管路与通过的水道、沟谷或道路应尽量成正交、管身及进、出口轴线在平面上的投影应布置成直线，以缩短管长。进、出口应与上、下游渠道平顺连接。（2）管身及进、出口宜布置在稳定地段，应避免通过可能产生滑坡、崩塌及其他地质条件不良的地段。地形不应过陡，以便于施工。

（3）尽可能将进出口布置在挖方渠段，尽量避免建于高填方上，确实难以避免时，应慎重采取夯实加固和防渗排水措施。（4）为减少开挖工程量，管路一般沿地面坡度敷设（露天或浅埋），但管坡不宜过陡，使管身及镇墩易于维持稳定，并便于施工。同时，应避免转弯（变坡）过多，以减少水头损失和镇墩数目。

根据管路埋设情况及高差大小，倒虹吸管可采用下列几种布置型式：（1）斜管式和竖井式。对于高差不大的小虹吸管，管身常布置成斜管式和竖井式两种。斜管式采用较多。竖井式多用于穿过道路且管内流量不大、压力水头较小（H<3～5m）的情况，井底常设0.5～0.8m深的集沙坑，以便清除泥沙及检修水平段时作排水之用。竖井式水流不顺畅，但便于施工。

斜管式倒虹吸管布置形式

竖井式倒虹吸管布置形式

（2）地埋式（露天或浅埋）。对于高差大的倒虹吸管，管道常随自然起伏的地形露天或浅埋于地面之下。露天敷设的优点是开挖工程量小、便于检修，但在气温影响下，内外壁将产生较大的温差，易引起纵向裂缝而漏水。故除温差较小地区的小型倒虹吸管可考虑露天布置外，多数倒虹吸管均浅埋于地面以下。

图4-2沿地面露天敷设及浅埋的倒虹吸管（3）桥式。当管道跨过河道或深的沟谷时，为降低管中段的压力水头，缩短管长和减少管道水头损失，可在深槽部分建桥或斜拉结构，而将这段管道布置成架空式，即桥式，其余两岸部分仍沿地面敷设。桥式倒虹吸管的桥下净空和桥面必要时应满足行洪、通航和车辆通行的要求。

图4-3桥式倒虹吸管进、出口布置

倒虹吸管进出口布置应满足水力条件良好、运用可靠以及稳定、防渗、防冲、防淤等要求。1.进口段布置进口段包括进水口、闸门、启闭台、拦污栅、通气管及渐变段，对于1～3级倒虹吸管，进口前的渠道一侧应设泄洪闸（或溢流堰）。多泥沙渠道，尚应设沉沙及冲沙设施。（1）渐变段与进水口。倒虹吸管进口前一般均设置渐变段与渠道连接，其长度可取上游渠道设计水深的3～5倍。进水口形式应满足管道通过不同流量时，渠道水位与管道入口处水位的良好衔接。进口轮廓应使水流平顺，以减少水头损失。对于小型倒虹吸管进口，为便于施工，可不做成喇叭形，也不设弯道，而将管身直接插入挡水墙[图4-4(c)，这种形式水流条件较差。为改善水流条件，可将管身直接插入挡水墙内0.5～1.0m与喇叭口连接[图4-4(d)]，这样不仅构造简单，施工方便，水头损失也小。

图4-4进水口形式

图4-5进出口布置图（a）进口布置图；（b）出口布置图（2）闸门与拦污栅。进口段一般应设闸门，以便进行管道清淤和检修。不设闸门的小倒虹吸管，可在进口侧墙上留门槽，需要时用插板挡水。为拦挡漂浮物及保障人畜安全，进口前一般应设置拦污栅。

图4-6沉沙池及冲沙闸布置图（高程单位：m，尺寸单位：cm）（3）沉沙及冲沙设施。从多泥沙河流取水，应在渠首及渠首后的适当位置采取措施减除不能为渠道水流携带的泥沙。对于高含沙引水渠道上的倒虹吸管，应使管中水流具有与渠水含沙量相应的输沙能力，以便将渠水中所含泥沙送过倒虹吸管并防止管道淤塞。对于含沙量大的渠道，最好采用水力冲淤，即在沉沙池末端的侧面设退水冲水闸，当池内泥沙沉积到一定厚度时，关闭倒虹吸管并开启冲水闸将淤沙冲走。沉沙池的长度、宽度和深度应根据渠水的泥沙含量、颗粒大小、水流速度和一定期间内的可能淤积量而定。缺乏这些资料时可按一般经验尺寸决定。水平段长度（4-1）宽度（4-2）沉沙池低于渠底的深度（4-3）式中：h、b分别为渠道的水深与底宽，m；D为管内径，cm；为管壁厚度，cm。大断面低水头管道也可不设沉沙池，可定期停水直接进管清淤。2.出口段布置倒虹吸管出口段的布置形式和进口段基本相同。出口段常设置消力池（可结合渐变段布置），用以调整出口水流的流速分布，池长一般为渠道设计水深的3~4倍，低于下游渠底的池深（cm）可按经验公式估算，即

小型倒虹吸管，流速不大时也可不做消力池，仅用1:2~1:4斜坡和八字墙渐变段与下游渠道衔接即可。消力池后的下游渠道应护砌3~5m。管身企及镇炕墩的洁形式搅和构互造1.遵管身铲的形断式和慨构造管身乔的断勾面形沫式有红圆形返、箱治形及工拱形隔。圆霉形管毫因水服力条原件、臭受力壮条件言和施少工安栋装等绝方面劝均较快优越晓，故装应用蛾最广宽。对请于低里水头兄、大斩流量笼倒虹忍吸管鞠，可斧采用距单孔浪或多叉孔箱裤形管猪。预应样力钢往筋混毅凝土凤管具粱有较佳高的菌抗裂剥性和霜抗渗级性，捧能承醒高压叫、省幕钢材冷、造早价低哈且寿寄命长槽，并班能在源工厂猾成批贡生产伍，故赶发展我较快绢。为适怖应地萌基不壁均匀千沉降挤而引责起的勺弯曲岭变形逆和由煮于温昌度降市低和划混凝胞土凝野固而膨引起椅的纵确向收膊缩变锅形，厕管道矮应设旱置永拘久性企伸缩美缝，棵缝间写设止劈燕水。缝的献间距恩，土催基上葵宜取万15博~2修0m阴；岩槐基上衔可取着10附~1眨5m垦。露浊天管烧取小迈值，欺完工是时及师时填渠土的灰埋置的管可牧取大洋值。对于预扑制安装恳的管道轿，每节秒之间一联般均采笋用柔性堵接头，望分段长能度即为春管节长锦度。设申于刚性代管座或叼坚实地命基上的跳预制管钟，可采鹊用刚性盐接头，涨但每隔产一定长捏度仍需欲设一柔塞性接头茧。伸缩缝嫩及预制棕管的柔础性接头贱的构造内形式一公般采用威套管式瓦[图4汽-7(栏a)]箭、平接形式[停图4-咐7(b斧)]爹。图4-煤7绿管的接条缝止水帆构造(仙单位：袜cm)1—死套管灰；悲2一粱沥青暗油毡破；3木一沥夕青油秒麻，趟4一求外环度筋；5一兵纵筋绪；6脆一内骂环筋呀；走7一平金属气止水奖片；观8溪—沥现青杉毯板；9一拖防腐茂软木喂圈；千10页一固狗定钢险筋；谦11敢一塑兔料止亡水带轿；2．皮镇墩鲁的形晚式和符构造在管途道变菠坡和引转弯彼的地或方应庸设置语镇墩棕，其佣作用害是连嫁接和辱固定衰两端惊的管服道。蓬镇墩聚主要嫂承受匹斜管级段传览来的摸荷载俭和转剃弯段调水流历所产自生的茄力。镇墩仰间距雅根据扁地形版及地甲质条堪件而秘定，轧地形滴陡峻化而地恢质条郊件良茫好的想斜坡庄段一颠般为竿20含～3嘴0m塌，如博地质仁条件慌不好挠，间峰距还皮应减顽小。辱镇墩砌材料度可用横浆砌蛇石或气混凝叼土。镇墩有酿开敞式其与封闭劳式两种侍。开敞滚式管道心不被镇扬墩包围政，多用山于固定研薄壁管畏(主要腹是钢管斧)。封闭式斯按镇墩恢与管的毙连接又诊分为刚毅性和柔钞性两种燃形式。刚性壤连接监是将露管端男与镇绞墩浇轮筑成凯整体饰，刚借性连浇接适甜用于胶斜管臂坡度隶大且择地基采为岩窑基或帜承载混能力摔大的匠土基满。柔性连压接是用占伸缩缝册将管端免与镇墩剧分开，屈这种连味接形式暴施工复雄杂，但挎适应不飞均匀沉牺降及管煮身伸缩滔变形的请能力较艇好。图4-葛8批镇墩与乌管端的慨连接(a兔)刚咐性连天接；猴(b沿)柔宗性连求接4.蜂2倒饶虹吸叛管水销力计睡算倒虹雀吸管乖的水批力计跃算是盖根据闪已定阀的渠割道流鼓量、态流速怀、进光口渠纽奉底高锤程，铅在水岸头损厉失许疫可范暮围内赚选定致合理睬的管伙径，羊并进誉行出部口渠献底高滤程和握进出虚口水耐面衔丈接计家算等撇。4.2削.1济流速和钉管径的袋确定倒虹吸稍管内的岭流速，众应根据阁技术经姐济比较飞和管内谎不淤条蔽件选定洲。当通备过设计块流量时肢，管内诵流速通痒常为1科.5~昼3.0往m/s楼，最大静可达4液m/s跨。最大界流速一参般按允孕许水头竿损失控功制，最旗小流速术按通过窑最小流拿量时管溉内流速游应大于略挟沙流窝速来确悔定。（1）蹄有压管臭流挟沙型流速可膏按下式诱计算（4叠-5屠）式中遵—只挟沙方流速竟（m旅/s惧）；—泥心沙沉址降速西度（锯m/亡s）动；—挟沙轨水流中辞含沙量崖（重量纺比）；—管内胶通过的狸流量（锄m3/s便）；—挟沙愁粒径，待在泥沙逆级配曲昂线中小旧于该粒论径的沙壤重占7杰5%。(2)室倒虹吸俊管管径冶根据选牢定的流园速按下驱式计算桂确定（4-故6）式中洋—管径掘（m）甜；—流富量（都m3/s）洞；—流阔速（产m/订s）街（扎）蔽。4.蹈2.樱2拥倒虹伍吸管吨输水苏能力刮计算倒虹吸等管的输额水能力怠按压力辞流计算继，其计聪算公式凉为（4队-7号）式中在—流量污（m3/s）追；—倒虹岁吸管的仔断面积往（m2）；—上搞、下笼游水惯位差奶（m需）；—流丘量系药数。(1比)水闯头损念失计染算。爹倒虹赠吸管估总的献水头屯损失狱按下庭式计芬算式中吩-出心口损谱失系担数础；-局部秧损失系牲数总和泡；-沿程朝摩擦损羽失系数群；4.2寒.3惨倒虹吸哨管的水库头损失挑及下域游渠底寒高程的宾确定(2怨)下茶游渠仅底高茄程的拿确定圣。根增据在城设计俩流量以条件紧下的演总水举头损车失，苹再按挺下式纸确定超下游屑渠底练高程（4催-1怒0）式中兆—下游叼渠底高芽程（m袖）；—上还游渠解底高飞程（隐m）乳；—上游汽渠道水肝深（m辜）；—下悦游渠锅道水捷深（务m）棍；—总水共头损失缩慧（m）栋。根据音上式处确定起下游窑渠底友高程忍后，火尚应查校核土加大殖流量具时上源游的损壅水肠高度降，以腾验算阿上游敢渠堤慰及胸糠墙的馆超高买。4.沙3倒疮虹吸坦管结告构计冲算1.荷情载谈作用于咸倒虹吸拍管上的共荷载有驶：管身屯自重、崖管内水吓重、土鱼压力(言铅直土柳压力和嗽水平土找压力)滚，内水悠压力、债外水压绞力、管制道弯曲歉段水流妻离心力绩、地面肚荷载、需地基支棋承反力沸、由于养温度变倒化和混钱凝土干颠缩引起窄的内力石以及地乖震荷载饭等。4.3谎.1灯作用于兄管身的羽荷载及嚼其组合温度应铅力应根给据管道锦敷设方乏法不同饮而区别存对待。嫩外露式挎钢筋混吃凝土倒燃虹吸管握，由于阅管内外果温差较故大(最急大可达静20℃件～30期℃)，斯产生拉松应力较谜大，设虚计时应龟作为主幻玉要荷载夺。收缩应革力系混招凝土在灰固结时送发生收万缩、但忽受到钢熔筋阻止难而在混常凝土内衡产生的睛一种初最始拉应震力，对衔于钢筋怨则产生催一种初情始压应砖力。地基蚕支承挨反力猴随管禾道支绝承方区式及指地基宗条件耗不同表，可挣采用辆不同枝的方嘴法进府行计叔算。雪地基延支承羡反力泡的合施力等追于外家荷载动的总换和。地震力霜作为特婶殊荷载抓，在倒袄虹吸管争计算中晋一般可绕不考虑忘。对7祥度以上赢地震区败的大型夸倒虹吸除管，可级按水工鞠建筑物灶抗震设索计规范裁进行计排算。下面着促重介绍阿土压力狠的计算艺。作用在去单位长吩度埋管爱上的垂蔽直土压两力标准漠值可按依下式计阴算(4-恶11)式中腹：戚——伴埋管炕垂直达土压然力标厉准值撤（k朋N/植m）冬；——管套顶以上雄填土高据度（m幅）；——但埋管童外直膛径（淡m）奶；——埋芹管垂直粪土压力绍系数，深与地基敬刚度有盐关，可命根据地蜂基类别项按图4便-10堪查取。图4攀-1衡0固埋熄管垂殊直土鲁压力电系数1—宅岩基店；2凤—密裁实砂失类土虹，坚奏硬或酬硬塑联粘性女土；棉3—搜中密设砂类压土；可坦粘勾性土；攀4—松略散砂类粗土，流楼塑或软昌塑粘性育土作用在卵单位长小度埋管拦的侧向煮土压力俩标准值衡可按下寺式计算（4探-1持2）式中举：桐——滨埋管琴侧向础土压万力标丈准值楚（k系N/叹m）溉；——埋泄管中心参线以上梢填土高奋度（m眼）；——巷埋管拌凸出还地基盲的高部度（滚m）吹；——侧酿向土压赔力系数仁，；——勾填土赵内摩柄擦角盈。图4-溪11古埋管侧坦向土压烈力作用土压覆力除罢计算瓜铅直初土压世力及板水平狐土压旱力外绿，尚应计钓算管顶禁水平线蹈以下至磁管腹间舞的回填笔土重量2．扩荷载怠组合诱荷载匪组合麻应根宝据工捞程布客置型割式及誉运用何期间图可能畏出现木的最欣不利散的情苗况，斑进行觉全面冠考虑牲。(1鹅)埋禽于河袋底的使倒虹敏吸管劣，在但河道慕枯水游期或科断流哪时的膏荷载侵组合良为：根管身蝇自重虾、管棋内水右重、杰土压衡力，捉最大事内水劣压力其、外秤水压翅力、甩管内米外温疲差产习生的永应力垦(可呆忽略蛙不计隔)和假地基航反力美等。仿当河充道出挂现洪国水而悬管内榜无水芦时的宏荷载浇组合钱为：窃管身葡自重吉、土滚压力船、外纠水压歼力、哪内外换温差仅应力讨(可院忽略血不计馅)和收地基昨反力凭等。(2)走外露式兵、桥式费倒虹吸宣管，其弯荷载组暑合为：疲管身自皱重、管孕内水重事，内水透压力，御管道内浴外温差依应力及闲地基反滔力等。4.麦3.州2跑倒虹投吸管辰结构梁计算1．拍钢筋您混凝恋土管艺其应匹力分筛析属胆于弹拿性理闻论空欲间问桶题，败但由圈于计民算复匪杂，膜横向揉通常西按封差闭环织形结显构计煮算，剩而纵裂向按匠空心能断面术弹性祝地基奖梁计享算。2．预彼应力钢封筋混凝棵土管签一般抱都做成视一定长肚度的管钞节，当镇管芯纵诞向预压侄应力不帮低于2父MPa畏，且接仰头采用态柔性橡洗皮止水化时，仅腥需进行拜横向计迹算。3．钢元管辱管壁的严应力用前三向强主度理论雁平面应授力重叠瓣法计算碰。4．档其他醒各种谜预制匪管光一侨般是埋按照判设计基要求初，选胡用厂夏家生芒产的莫各种浅定型闹产品进而不丑单独毫进行腐结构环计算屈。4.夜3.静3任作用毅于镇考墩上碍的荷城载直接档作用欢于镇独墩上跪的荷延载有董：镇斩墩自货重、浪水管慢在转斗弯段臂由内膊水压较力引闲起的永轴向敞力、霜管道诊弯曲芬段水例流离结心力开及水垄重、兄土压辅力等旬。由嫩管道粱传