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[摘 要]本文主要集中探讨了倒虹吸在渠道设计中的作用,探讨了如何更好的提升倒虹吸的技术水平,如何更好的利用该技术,希望能够为今后渠道设计工作提供借鉴。
[关键词]倒虹吸;渠道设计;作用
中图分类号:S274 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2016)03-0098-01
一、前言
渠道设计过程中,必须要采取有效的设计方法,倒虹吸在渠道设计中有重要的作用,可以提升渠道设计的水平,从而完善渠道设计的体系,保证设计的效果。
二、渠道的特点分析
1、投资资金的短缺。国家和各级政府对一个工程的投资也很少,水库枢纽这些特殊工程还好些,渠道的投资就更少了,投资的资金只能够购买部分原材料。主要还是靠群众投工投劳用原始的劳动来完成渠道建设。
2、施工技术水平低。设计人员需从实际出发,群众的集体施工使一些先进的水利科学技术无法运用到实际工程中,所以设计人员只能在群众施工的基础上进行设计。
3、建筑材料缺乏。首先是投资缺乏无钱购买建筑材料,其次是材料缺乏,钢材,水泥之类基本原材料都不能保证供应,有钱也买不到,再次是交通运输造成的建筑材料缺乏,山区渠道都无运输道路,只能就地取材,工地没有的,就不用了,在山坡上没有砂子,碎石等材料,也没有加工机械,也没有条件运入,人背马驮是解决不了施工需求的。
三、倒虹吸管的设计
倒虹吸管采用管流计算来确定倒虹吸管的过流能力。
“倒虹吸流”的计算目前尚未形成一系列理论体系,仍按重力流、压力流的计算公式进行计算。
本工程原渠道设计流量为7m3/s,倒虹吸管代替渡槽,进口底高程98.50m,出口底高程98.28m,进出口底部高差为0.22m,流程总长为520m。在倒虹吸管进口设沉砂池及拦污栅,在倒虹吸管埋设最低处设置冲砂孔,并设置检修井。
1、管路布置形式及特点
根据管路埋设情况及高差大小,倒虹吸管有下列几种布置形式:有竖井式、斜管式、曲线式和桥式四种。
(1)竖井多用于内压水头较低,流量较小,穿越道路的倒虹吸。这种形式的倒虹吸管结构简单,管路短,但水流条件差,一般用于规模较小的倒虹吸管。
(2)斜管式多用于内水头较小,穿越渠道或河流的倒虹吸。渠道或河流主槽底部设置水平管段,两端用斜管段与进、出口相连,水流条件好,且构造简单,施工方便,实际工程中应用较多。
(3)当河谷宽阔,岸坡较缓,地形较复杂时,倒虹吸管可随地形敷设成曲线形。曲线倒虹吸管开挖量小,施工方便,且水流条件好,但温度影响及地基不均匀沉陷易造成管身裂缝,引起渗漏甚至危机工程安全。
(4)当渠道通过较深的复式断面河道或窄深式河谷时,为降低管道内压水头,减少水头损失,缩短管长和减小施工难度,可在深槽部位建桥,将管道敷设于桥面上或者直接支撑于桥墩或排架上。管道在桥头山坡转弯处设镇墩,并在镇墩上设置虹吸管放水孔,兼作维修、清淤入孔,以便检查维修。
2、进出口渐变段的设计
对于按照渠系规划给出了一定水头的倒虹吸工程而言,渐变段消耗水头越多,管身允许消耗的水头将越少,这将使管身断面加大,增加建筑物投资,因此必须对进出口渐变段进行优化设计。渐变段长度不宜过长,当渐变段长度达到一定值时,再增加渐变段长度已对减少水头损失效果不大。同时,渐变段底坡不宜过大,当渐变段进出口底部高程相差较大时,宜适当增加渐变段长度,这样可减少渐变段底坡,从而减小水头损失。
3、管身形式及闸墩设计管身有圆管、方管等形式
由于圆管施工较复杂,不宜现浇制模,同时会增加管座的工程量,故采用矩形孔口多孔一联的形式。该形式施工较方便,亦不需对地基进行特殊处理。墩头形状对水头损失有一定的影响。流线形墩头在闸门全开时水头损失比半圆形墩头要略小,但闸门不全部开启时,流线形墩头对进水口水流影响较半圆形墩头要大水头,损失显著增加。通过对倒虹吸技术的认识和学习,了解了倒虹吸的一般工作原理和应用情况。由于倒虹吸管是一种渠道交叉建筑物,具有工程量少、造价低、施工安全方便和不影响河道洪水宣泄等优点,因此在引调水工程中得到广泛的应用,有利于在更广范围内进行水资源优化配置,改善生态环境,提高人民群众生活水平,增强综合国力,都具有十分重大的意义。
四、倒虹吸涵的设计应注意的问题
倒虹吸涵的设置一般是对水面高于路基边沟底面的水渠进行设置。但是,当水渠的底面高于路面5.5M时,应该考虑采用渡槽的形式过水。
倒虹吸涵的最大特点是:通过涵洞的水虽然流速不大,但都是压力水即对涵洞的周壁都有水压力;其大小和“水头”即水面与涵洞壁的高差有关。如果涵洞壁上有孔洞或裂缝,水就可以源源不断地从这些孔洞或裂缝中流出;如果处理不当,这些水会像泉水一样从路面冒出来。这种现象在以往的公路上屡见不鲜。对于水利渠来说,漏这点水不算一回事;但是对于公路来说,漏这点水可能就会坏大事:引起路基路面破坏、因路面打滑而引发车祸等,因此,这个问题必须解决。
解决这个问题的办法有两个:一个是封,一个是疏;如果两个办法同时采用则更完美。
所谓“封”,就是将整个洞身制成密不透水的结构。
所谓“疏”,就是万一洞身的某个地方有水漏出,也能将其从盲沟之类构造物中排走,不至于淤积在涵洞上面而浸泡路基路面。
目前的倒虹吸涵的设计一般为:基础为素混凝土基础,厚度不小于30㎝;然后在其上敷设预制钢筋混凝土圆管管节若干节,每节管节的长度一般为2M,采用离心法预制。管节与管节之间为平缝,内塞沥青麻絮。然后用素混凝土将其包裹成矩形截面,洞身即算完成。两端设混凝土竖井和沉砂池。在竖井顶部与原有水利渠连接,此倒虹吸涵即算大功告成。
这种设计在“封”方面的缺陷是:在施工完成后短时间内洞身可能不漏水,但时间一长,由于热胀冷缩、不均匀沉降、行车震动等因素,可能会使洞身在某个接头处断、裂甚至错位,水即可以从此处漏出。
在“疏”方面的缺陷是:没有在设计图上提出设置盲沟或其他措施的要求,更没有标明盲沟的具体位置和工程量及费用预算。 针对上述缺陷,本人提出:
1、将管节与管节之间的接头改为钢接头。具体做法是:
(1)先用厚10—12㎜、宽100—120㎜的钢板卷成一个短筒,然后,将外层钢筋的纵向筋双面焊接在短筒外侧。原设计的纵向筋为分布筋,较细,建议改成采用与环状筋同样直径的钢筋。(这里还建议取消内层钢筋,因为内层钢筋的环状筋受力后会将混凝土撕开。)
(2)按原来的工艺即离心法预制管节,注意留出焊缝位置。
(3)安装就位后,将两节管的接头对接焊。
(4)焊接好后,管外面仍然用素混凝土包裹成矩形,管内则用小石子混凝土或高标号砂浆填缝。这样,整个洞身就是一个整体,可以抵抗小范围的变形和不均匀沉降。
2、明确在平面图上示出盲沟的位置、长度、深度、结构形式以及与涵背填料的连接位置,并在工程数量表中列入盲沟的全部工程量。这里可能会遇到两个问题:一个是这种倒虹吸涵一般位于挖方路段,可能盲沟的长度会比较长。另一个是现在设计的高速公路在挖方段的路床上一般设有两条(纵向)盲沟或一条盲沟(超高段),倒虹吸涵的设置有可能切断它们。这就要求我们在浇筑基础混凝土之前,在基础下面的合适位置先做好联通涵洞两边填料的两条或多条盲沟。如果有这种情况,得到的好处是可以利用路床上的这两条盲沟而不必再另开盲沟。(注释:這里指的“涵背填料”都是透水性很好的材料如碎石、砾石等。)
五、结束语
综上所述,倒虹吸应用于渠道设计中,首先要知道渠道设计的方法和倒虹吸之间的关系,从而科学利用倒虹吸,明确其重要性和优势,将其应用于渠道设计中,完善设计的各项工作。
参考文献
[1] 朱智伟.南水水北调渠道倒虹吸工程的水力计算[J].河南水利与南水北调,2013(6):4.
[关键词]倒虹吸;渠道设计;作用
中图分类号:S274 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2016)03-0098-01
一、前言
渠道设计过程中,必须要采取有效的设计方法,倒虹吸在渠道设计中有重要的作用,可以提升渠道设计的水平,从而完善渠道设计的体系,保证设计的效果。
二、渠道的特点分析
1、投资资金的短缺。国家和各级政府对一个工程的投资也很少,水库枢纽这些特殊工程还好些,渠道的投资就更少了,投资的资金只能够购买部分原材料。主要还是靠群众投工投劳用原始的劳动来完成渠道建设。
2、施工技术水平低。设计人员需从实际出发,群众的集体施工使一些先进的水利科学技术无法运用到实际工程中,所以设计人员只能在群众施工的基础上进行设计。
3、建筑材料缺乏。首先是投资缺乏无钱购买建筑材料,其次是材料缺乏,钢材,水泥之类基本原材料都不能保证供应,有钱也买不到,再次是交通运输造成的建筑材料缺乏,山区渠道都无运输道路,只能就地取材,工地没有的,就不用了,在山坡上没有砂子,碎石等材料,也没有加工机械,也没有条件运入,人背马驮是解决不了施工需求的。
三、倒虹吸管的设计
倒虹吸管采用管流计算来确定倒虹吸管的过流能力。
“倒虹吸流”的计算目前尚未形成一系列理论体系,仍按重力流、压力流的计算公式进行计算。
本工程原渠道设计流量为7m3/s,倒虹吸管代替渡槽,进口底高程98.50m,出口底高程98.28m,进出口底部高差为0.22m,流程总长为520m。在倒虹吸管进口设沉砂池及拦污栅,在倒虹吸管埋设最低处设置冲砂孔,并设置检修井。
1、管路布置形式及特点
根据管路埋设情况及高差大小,倒虹吸管有下列几种布置形式:有竖井式、斜管式、曲线式和桥式四种。
(1)竖井多用于内压水头较低,流量较小,穿越道路的倒虹吸。这种形式的倒虹吸管结构简单,管路短,但水流条件差,一般用于规模较小的倒虹吸管。
(2)斜管式多用于内水头较小,穿越渠道或河流的倒虹吸。渠道或河流主槽底部设置水平管段,两端用斜管段与进、出口相连,水流条件好,且构造简单,施工方便,实际工程中应用较多。
(3)当河谷宽阔,岸坡较缓,地形较复杂时,倒虹吸管可随地形敷设成曲线形。曲线倒虹吸管开挖量小,施工方便,且水流条件好,但温度影响及地基不均匀沉陷易造成管身裂缝,引起渗漏甚至危机工程安全。
(4)当渠道通过较深的复式断面河道或窄深式河谷时,为降低管道内压水头,减少水头损失,缩短管长和减小施工难度,可在深槽部位建桥,将管道敷设于桥面上或者直接支撑于桥墩或排架上。管道在桥头山坡转弯处设镇墩,并在镇墩上设置虹吸管放水孔,兼作维修、清淤入孔,以便检查维修。
2、进出口渐变段的设计
对于按照渠系规划给出了一定水头的倒虹吸工程而言,渐变段消耗水头越多,管身允许消耗的水头将越少,这将使管身断面加大,增加建筑物投资,因此必须对进出口渐变段进行优化设计。渐变段长度不宜过长,当渐变段长度达到一定值时,再增加渐变段长度已对减少水头损失效果不大。同时,渐变段底坡不宜过大,当渐变段进出口底部高程相差较大时,宜适当增加渐变段长度,这样可减少渐变段底坡,从而减小水头损失。
3、管身形式及闸墩设计管身有圆管、方管等形式
由于圆管施工较复杂,不宜现浇制模,同时会增加管座的工程量,故采用矩形孔口多孔一联的形式。该形式施工较方便,亦不需对地基进行特殊处理。墩头形状对水头损失有一定的影响。流线形墩头在闸门全开时水头损失比半圆形墩头要略小,但闸门不全部开启时,流线形墩头对进水口水流影响较半圆形墩头要大水头,损失显著增加。通过对倒虹吸技术的认识和学习,了解了倒虹吸的一般工作原理和应用情况。由于倒虹吸管是一种渠道交叉建筑物,具有工程量少、造价低、施工安全方便和不影响河道洪水宣泄等优点,因此在引调水工程中得到广泛的应用,有利于在更广范围内进行水资源优化配置,改善生态环境,提高人民群众生活水平,增强综合国力,都具有十分重大的意义。
四、倒虹吸涵的设计应注意的问题
倒虹吸涵的设置一般是对水面高于路基边沟底面的水渠进行设置。但是,当水渠的底面高于路面5.5M时,应该考虑采用渡槽的形式过水。
倒虹吸涵的最大特点是:通过涵洞的水虽然流速不大,但都是压力水即对涵洞的周壁都有水压力;其大小和“水头”即水面与涵洞壁的高差有关。如果涵洞壁上有孔洞或裂缝,水就可以源源不断地从这些孔洞或裂缝中流出;如果处理不当,这些水会像泉水一样从路面冒出来。这种现象在以往的公路上屡见不鲜。对于水利渠来说,漏这点水不算一回事;但是对于公路来说,漏这点水可能就会坏大事:引起路基路面破坏、因路面打滑而引发车祸等,因此,这个问题必须解决。
解决这个问题的办法有两个:一个是封,一个是疏;如果两个办法同时采用则更完美。
所谓“封”,就是将整个洞身制成密不透水的结构。
所谓“疏”,就是万一洞身的某个地方有水漏出,也能将其从盲沟之类构造物中排走,不至于淤积在涵洞上面而浸泡路基路面。
目前的倒虹吸涵的设计一般为:基础为素混凝土基础,厚度不小于30㎝;然后在其上敷设预制钢筋混凝土圆管管节若干节,每节管节的长度一般为2M,采用离心法预制。管节与管节之间为平缝,内塞沥青麻絮。然后用素混凝土将其包裹成矩形截面,洞身即算完成。两端设混凝土竖井和沉砂池。在竖井顶部与原有水利渠连接,此倒虹吸涵即算大功告成。
这种设计在“封”方面的缺陷是:在施工完成后短时间内洞身可能不漏水,但时间一长,由于热胀冷缩、不均匀沉降、行车震动等因素,可能会使洞身在某个接头处断、裂甚至错位,水即可以从此处漏出。
在“疏”方面的缺陷是:没有在设计图上提出设置盲沟或其他措施的要求,更没有标明盲沟的具体位置和工程量及费用预算。 针对上述缺陷,本人提出:
1、将管节与管节之间的接头改为钢接头。具体做法是:
(1)先用厚10—12㎜、宽100—120㎜的钢板卷成一个短筒,然后,将外层钢筋的纵向筋双面焊接在短筒外侧。原设计的纵向筋为分布筋,较细,建议改成采用与环状筋同样直径的钢筋。(这里还建议取消内层钢筋,因为内层钢筋的环状筋受力后会将混凝土撕开。)
(2)按原来的工艺即离心法预制管节,注意留出焊缝位置。
(3)安装就位后,将两节管的接头对接焊。
(4)焊接好后,管外面仍然用素混凝土包裹成矩形,管内则用小石子混凝土或高标号砂浆填缝。这样,整个洞身就是一个整体,可以抵抗小范围的变形和不均匀沉降。
2、明确在平面图上示出盲沟的位置、长度、深度、结构形式以及与涵背填料的连接位置,并在工程数量表中列入盲沟的全部工程量。这里可能会遇到两个问题:一个是这种倒虹吸涵一般位于挖方路段,可能盲沟的长度会比较长。另一个是现在设计的高速公路在挖方段的路床上一般设有两条(纵向)盲沟或一条盲沟(超高段),倒虹吸涵的设置有可能切断它们。这就要求我们在浇筑基础混凝土之前,在基础下面的合适位置先做好联通涵洞两边填料的两条或多条盲沟。如果有这种情况,得到的好处是可以利用路床上的这两条盲沟而不必再另开盲沟。(注释:這里指的“涵背填料”都是透水性很好的材料如碎石、砾石等。)
五、结束语
综上所述,倒虹吸应用于渠道设计中,首先要知道渠道设计的方法和倒虹吸之间的关系,从而科学利用倒虹吸,明确其重要性和优势,将其应用于渠道设计中,完善设计的各项工作。
参考文献
[1] 朱智伟.南水水北调渠道倒虹吸工程的水力计算[J].河南水利与南水北调,2013(6):4.