水工建筑物交叉建筑物课件.pptx

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1、8.1 通航建筑物8.2 渠系建筑物,2023/3/11,第8章 过坝建筑物及渠系建筑物,1,8.1 通航建筑物,通航建筑物一般在下列情况下修建：通航的河道被拦河坝、闸截断影响航运；渠化的河道上形成了集中落差，妨碍航运。通航建筑物分为：船闸和升船机。船闸：利用水力将船只浮送过坝，通航能力大，应用最广。升船机：利用机械将船只升送过坝，耗水量少，一次提升的高度大。,第8章 过坝建筑物及渠系建筑物,3,2023/3/11,一、船闸组成：闸室、上下游闸首、引航道等。船闸的工作原理利用输水设备使闸室内水位依次与上下游齐平，使船只顺利通过。船闸的类型1、按船闸的级数分：单级和多级船闸。2、按船闸的线数分：

2、单线和多线船闸。3、按闸室的形式分：广厢式、井式、具有中间闸首的船闸。,第8章 过坝建筑物及渠系建筑物,4,2023/3/11,第8章 过坝建筑物及渠系建筑物,5,2023/3/11,三峡五级船闸,第8章 过坝建筑物及渠系建筑物,6,2023/3/11,三峡五级船闸,第8章 过坝建筑物及渠系建筑物,7,2023/3/11,第8章 过坝建筑物及渠系建筑物,8,2023/3/11,三峡五级船闸,第8章 过坝建筑物及渠系建筑物,9,2023/3/11,第8章 过坝建筑物及渠系建筑物,10,2023/3/11,第8章 过坝建筑物及渠系建筑物,11,2023/3/11,二、升船机组成承船厢：用于装载船舶

3、。垂直支架或斜坡道：用于运载承船厢。控制装置：驱动或制动，操纵升船机运行。工作原理将船只开进有水或无水的船厢内，利用水力或机械沿垂直或斜面的方向升降船厢，达到使船过坝的目的。船只在有水的船厢内叫湿运，在无水的船厢内叫干运。,第8章 过坝建筑物及渠系建筑物,12,2023/3/11,类型1、垂直船机分为：提升式，平衡重式，浮筒式。2、斜面升船机三、通航建筑物形式的选择及布置通航建筑物形式的选择一般根据水头的大小、地形、地质条件、运输量及运行管理条件并考虑技术经济情况而定。,第8章 过坝建筑物及渠系建筑物,13,2023/3/11,通航建筑物在水利枢纽中的布置1、靠岸边布置，与溢流坝、泄水坝、电站

4、之间应有足够的导水墙。2、船闸应布置在稳定、顺直河段。3、闸室一般布置在坝的轴线下游，这样对闸室的受力条件较为有利。4、对平原地区的低水头枢纽，应当考虑河床变迁及泥沙淤积对航道进、出口影响。5、过坝公路及铁路跨越船闸时，将交通桥布置在下闸首易满足桥下净空的要求。,第8章 过坝建筑物及渠系建筑物,14,2023/3/11,8.2 渠系建筑物,水利枢纽中方便船只、鱼类通过而设置的建筑物称为过坝建筑物。渠系建筑物：为了安全合理地输配水量以满足农田海溉、水力发电、工业及生活用水的需要，在渠系上修建的水工建筑物。主要包括渠道、渡槽、倒虹吸管、涵洞、跌水等。一个灌区内的灌溉或排水渠道，一般分为干、支、斗、

5、农四级，构成渠道系统，简称渠系。,第8章 过坝建筑物及渠系建筑物,16,2023/3/11,渠系建筑物,第8章 过坝建筑物及渠系建筑物,17,2023/3/11,林州红旗渠,第8章 过坝建筑物及渠系建筑物,18,2023/3/11,渠系建筑物的分类与功用配水建筑物：节制闸、分水闸。交叉建筑物：渡槽、倒虹吸管、涵洞。落差建筑物：跌水、陡坡。量水建筑物：量水堰、量水槽。防洪冲砂建筑物：沉沙池、排沙闸泄水闸或退水闸。便民利民建筑物：农桥、码头。,第8章 过坝建筑物及渠系建筑物,19,2023/3/11,渠系建筑物的特点量大面广、总投资多。同一类型建筑物的工作条件、结构型式、构造尺寸较为近似。因此，对

6、其体型结构的合理设计具有十分重要的经济意义。,第8章 过坝建筑物及渠系建筑物,20,2023/3/11,一、渠道渠道是灌溉、发电、航运、给水、排水等水利工程中广为采用的输水建筑物。渠道分为干、支、斗、农、毛五级。,第8章 过坝建筑物及渠系建筑物,21,2023/3/11,第8章 过坝建筑物及渠系建筑物,22,2023/3/11,渠道选线1、地形条件：平原地区的渠道路线，最好是直线，选在挖方与填方相差不多的地方，应尽量避免深挖高填，转弯也不应过急，对于衬砌的灌溉、动力渠道，转弯半径大于2.5B；对于不衬砌的渠道，大于5B。山坡地区的渠道，应尽量沿等高线方向布置，以免过大的挖填方量。当渠道通过山谷

7、、山脊时，应对高填、深挖、绕线、渡槽、穿洞等方案进行比较。,第8章 过坝建筑物及渠系建筑物,23,2023/3/11,2、地质条件渠道线路应尽量避开渗水严重、流砂、沼泽、滑坡以及开挖困难的岩石地带。3、施工条件施工时的交通运输、水和动力供应，机械施工场地以及取土和弃土的位置等条件均应加以考虑。,第8章 过坝建筑物及渠系建筑物,24,2023/3/11,渠道的纵横断面1、渠道的纵断面（确定i）选用渠道纵坡时考虑：地面坡度、土壤情况、流量大小、水源含砂量。2、渠道的横断面当渠道流量Q、比降 i、糙率n 及边坡系数m为已定时，可按以下步骤计算渠道的实用经济断面。,第8章 过坝建筑物及渠系建筑物,25

8、,2023/3/11,首先按水力最优断面计算水深hm。然后根据具体情况，选取值。值一般取1.011.04，（使得渠道断面既与最优水力断面相近，又使水深和相应底宽有一选择范围）根据表格查出b，h，求v。,第8章 过坝建筑物及渠系建筑物,26,2023/3/11,流速v 要在不冲不淤的范围内。一般为1.0 1.5m/s，为了防止渠道杂草丛生，大型渠道的最小平均流速通常应大于0.5m/s，小型的渠道可以不小于0.2 0.3m/s。,第8章 过坝建筑物及渠系建筑物,27,2023/3/11,渠道的防渗措施1、混凝土衬砌防渗2、沥青护面防渗3、三合土护面防渗4、土料夯实护面防渗,第8章 过坝建筑物及渠系

9、建筑物,28,2023/3/11,二、渡槽形式与组成1、型式梁式渡槽简支式：适用：跨度一般小于8 15m，最常用。优点：结构简单，吊装方便，接头止水容易解决。缺点：跨中弯距大，底板受拉，抗裂防渗不利。,第8章 过坝建筑物及渠系建筑物,29,2023/3/11,第8章 过坝建筑物及渠系建筑物,30,2023/3/11,第8章 过坝建筑物及渠系建筑物,31,2023/3/11,第8章 过坝建筑物及渠系建筑物,32,2023/3/11,第8章 过坝建筑物及渠系建筑物,33,2023/3/11,悬臂式：a、双悬臂：等弯距和等跨。b、单悬臂：跨度一般小于15 20m，每节槽身长25 40m。梁式渡槽的经

10、济跨度约为墩架高的0.8 1.2倍，一般当墩架高达15m以上时，采用梁式渡槽不一定经济。可考虑采用拱式渡槽，增大跨度，减少墩架个数。,第8章 过坝建筑物及渠系建筑物,34,2023/3/11,渡槽的侧墙兼作纵梁时,矩形槽常用过水断面的深宽比h/b常取0.6 0.8。槽身横断面的高宽比H/B一般也取0.6 0.8。拱式渡槽跨度可达30 100m或更大，可采用单跨拱或多跨拱。类型：按材料分为砌石、砼和钢筋混凝土。按主拱圈的结构型式分为板拱、肋拱和双曲拱。,第8章 过坝建筑物及渠系建筑物,35,2023/3/11,a、砌石板拱：净跨小于30m为宜；就地取材，结构简单，便于施工，但自重大，对地基要求高

11、，需搭设脚架。b、肋拱：主拱由2 4根拱肋组成，一般用钢筋砼或少筋砼，也有用砌石，适用于缺乏石料或跨度较大的工程。c、双曲拱：组成部份：拱肋，预制拱波，现浇拱板，横糸梁或隔板。,第8章 过坝建筑物及渠系建筑物,36,2023/3/11,2、渡槽由进口段、出口段、槽身和支承结构等部分组成。进、出口段应与渐变段、渠道平顺连接。渠道与槽身以直线相连；设置渐变段；渐变段长一般为4 6倍渠道水深，出口段略长于进口段。槽身一般为矩形或U形。下部支承结构：重力墩、排架、支承拱等。,第8章 过坝建筑物及渠系建筑物,37,2023/3/11,总体布置及型式选择1、渡槽宜布置在地质条件良好、地形有利地段。应尽量缩

12、短槽身，降低槽墩高度。槽身短，墩架低，水流畅。2、跨越河流时，应尽量正交，具有足够的高度满足通航要求；3、尽量使进出口在挖方渠道上，槽身伸入渠道一段长度，以防渗。进出口应与渠道平顺相连，槽址避免选在河流的急转弯处。,第8章 过坝建筑物及渠系建筑物,38,2023/3/11,4、考虑支承结构。地形地质条件；建筑材料情况；施工条件。墩架高，跨度大的宜用拱式。槽身底坡一般比前后渠道更陡些，以避免淤积及减小断面。常用1/200 1/1500。槽内设计流速12.5m/s。,第8章 过坝建筑物及渠系建筑物,39,2023/3/11,渡槽的水力计算1、槽身长大于15 20倍的槽内水深h时为长槽，按明渠均匀流

13、计算；否则为短槽，按淹没宽顶堰公式计算，但工程上一般均按明渠均匀流公式计算。z：渡槽设计水头差b、h：槽净宽、水深、：侧收缩糸数，流速糸数。,第8章 过坝建筑物及渠系建筑物,40,2023/3/11,2、矩形槽水力最优断面水深h/底宽b=0.5；实用断面h/b=0.6 0.8，侧墙的超高0.2 0.6m；也可用经验公式计算。3、水头损失及水面衔接进口水面降落Z1原因：局部水头损失；槽身流速大于上游渠道流速,部份位能转化为动能。Z=(1+K1)(V2-V02)/2g扭面K1=0.1，八字墙为0.2，急变为0.4V0、V、V1上游渠道、槽身、下游渠道流速,第8章 过坝建筑物及渠系建筑物,41,20

14、23/3/11,槽身沿程水头损失：Z1=iL出口水面回升：Z2=0.041(V2-V12)K2：出口局部水头损失系数。取0.2V1：下游河道流速,第8章 过坝建筑物及渠系建筑物,42,2023/3/11,4、渡槽总水头损失(渡槽上下游水面高差)Z=(Z-Z2)+Z1一般(Z-Z2)约为0.10.3m，总水头损失主要取决于Z1=iL。进口渠底抬高y1=h1-z-h2 1=3+y1出口渠底降低y2=h3-Z2-h2 2=1-Z1 4=2-y2一般y1和y2均为正值，不希望y2出现负值。,第8章 过坝建筑物及渠系建筑物,43,2023/3/11,第8章 过坝建筑物及渠系建筑物,44,2023/3/1

15、1,三、倒虹吸管渡槽与倒虹吸相比的主要优点：水头损失小，且底部能过较大的山洪，易于管理维修。跨越建筑物多用渡槽，但以下情况下倒虹吸可能比渡槽经济合理：,第8章 过坝建筑物及渠系建筑物,45,2023/3/11,第8章 过坝建筑物及渠系建筑物,46,2023/3/11,第8章 过坝建筑物及渠系建筑物,47,2023/3/11,南水北调中线工程孟良河渠道倒虹吸,2023/3/11,48,第8章 过坝建筑物及渠系建筑物,1、渠道流量小，水头充裕，且水流含砂量小。2、渠道跨越宽深河谷。(倒虹吸与2030m高的渡槽相比，约可节省造价3050，且施工方便)3、渠道与路河相交，高差小于25m时。,第8章 过

16、坝建筑物及渠系建筑物,49,2023/3/11,倒虹吸管有传统鞍座式圆管外，还有美国垦务局用柏氏变形仪实测系数法计算的三种管型，即内马蹄形外城门形、内圆外城门形和内圆外马蹄形三种管型。倒虹吸的缺点是：1、水头损失大；2、运行管理不如渡槽方便。,第8章 过坝建筑物及渠系建筑物,50,2023/3/11,总体布置与构造型式倒虹吸由三部份组成：进口段，管身段，出口段。布置原则：进出口平顺，管身短直，岸坡稳定，管基密实。设计流速1.53m/s，可采用单管或多管。,第8章 过坝建筑物及渠系建筑物,51,2023/3/11,1、管路纵剖面布置型式竖井式：适用于低水头(H35m)，小流量。斜管式：土基上管坡

17、不陡于1：1.51:2，转弯处设镇墩；管顶埋深应低于路面、渠底、1m以下，或位于河谷冲刷线以下0.71m以下。,第8章 过坝建筑物及渠系建筑物,52,2023/3/11,第8章 过坝建筑物及渠系建筑物,53,2023/3/11,第8章 过坝建筑物及渠系建筑物,54,2023/3/11,第8章 过坝建筑物及渠系建筑物,55,2023/3/11,2、进口段布置包括：渐变段，闸门，拦污栅，沉砂池，进水口。要求：水流平顺，减少水头损失。保证在不同流量时进口均处于淹没。进口渐变段一般为扭面，长34倍水深h。沉砂池：长46h，深T=0.5D+30(cm)。宽B=(12)b b为渠底宽。,第8章 过坝建筑物

18、及渠系建筑物,56,2023/3/11,3、管身段：为减少温度应力，常将管身浅埋于地下，埋深一般为0.51m。4、出口段布置管内及出口流速一般为2m/s左右，一般不需消能。但为使水流平顺入渠，仍可设消力池，池深0.5D+40cm，池长34h(h为下游渠道水深)。出口渐变段长与消力池同。,第8章 过坝建筑物及渠系建筑物,57,2023/3/11,5、管身段构造管身结构钢筋砼管：适用于水头不大于50m，管径小于3m。现浇管：每1525m长，应设永久性伸缩缝，缝间设止水。管用量不多的小工程可考虑用现浇管。钢管适用高水头，大直径H.D60m。浆砌石管仅用于水头小于3m。,第8章 过坝建筑物及渠系建筑物

19、,58,2023/3/11,在大中型输水工程中，对中、低水头较大流量的倒虹吸管，从经济、实用、耐久和方便施工等情况出发，仍以钢筋混凝土为主；对于水头较高的倒虹吸管正在推广使用各种新(轻)型管材，如预应力钢筋混凝土管(PCCP)、玻璃钢夹砂管(HOBAS、FWQPMP)、聚乙烯管(HDPE)等；而在中小型引水工程中，球墨铸铁管、聚氯乙烯管(UPVC)等轻型管材。,第8章 过坝建筑物及渠系建筑物,59,2023/3/11,构造要求较长的管应设泄水排砂孔和进人孔，以便于检修。穿越公路时，管顶以上填土厚度应大于0.81m。地基承载力小于100kPa(10T/m2)时宜采用连续式管座，大于100kPa时

20、可用砼或浆砌石支墩。,第8章 过坝建筑物及渠系建筑物,60,2023/3/11,倒虹吸管的水力计算任务：确定管径，并通过几种特征流量的水头损失计算，确定下游渠底高程和进出口的水面衔接。1、管径的确定通过设计流量时，管内流速一般为2m/s左右，按此初拟管径。管内最大流速按允许水头损失控制，最小流速要大于挟砂流速。通过小流量时的最小流速应大于1m/s。,第8章 过坝建筑物及渠系建筑物,61,2023/3/11,2、水头损失计算及下游渠底高程的确定总水头损失Z=(Z1-Z3)+Z2(Z1-Z3)约为0.10.3m，计算同渡槽相同。管身段水头损失：Z2=(L/d+)V2/2g出口渠底高程=进口渠底高程

21、-总水头损失Z。,第8章 过坝建筑物及渠系建筑物,62,2023/3/11,局部水头损失系数：进口(稍修圆)0.25，出口(流入明渠)0.25，45度弯头0.3。总局部水头损失糸数：竖井式进口2.5斜管式1.82.1管身沿程水头损失糸数砼管可取1/45=0.02222。,第8章 过坝建筑物及渠系建筑物,63,2023/3/11,3、过水能力计算设计输水能力验算Q=2gZZ设计上下游水位差流量糸数通过小流量，加大流量时的水头损失计算要求通小流量时进口仍应满足淹没要求，通过最大流量时进口不致壅水过高而漫顶。,第8章 过坝建筑物及渠系建筑物,64,2023/3/11,下游渠底高程的确定要选择一个适当

22、的水头损失Z，使确定的下游渠底高程满足以下条件：通过设计流量时，进口处于淹没状态，且基本上不产生壅水或降水。通过加大流量时，进口段的壅水不宜超过3050cm。通过可能最小流量时，管内流速大于或等于挟砂流速，并保证进口仍处于淹没状态。,第8章 过坝建筑物及渠系建筑物,65,2023/3/11,当上下游渠道水位差值Z1与管道通过小流量时的水头损失Z2比较：Z1-Z2 较大时，可降低进口高程，在进口设置消力池。Z1-Z2 不大时，可降低进口高程，在管道口前设斜坡段或曲线段。Z1-Z2 很大时，在进口设置消力池不经济或不方便，可考虑早出口设置闸门抬高水位。,第8章 过坝建筑物及渠系建筑物,66,202

23、3/3/11,倒虹吸管布置：1、穿越渠道斜卧式倒虹吸管，水流进出管道比较平顺，这是最常见的形式。2、穿越公路的竖井式倒虹吸管，这种形式由于施工占地少，检修方便，便于在建筑物密集的地区采用，一般多用于跨越公路的小型排灌倒虹吸管上。3、横跨式倒虹吸管，当河道或山谷比较宽阔，位置较低时采用。这种形式一般是水头高、流量大。管道转弯处应设镇墩。,第8章 过坝建筑物及渠系建筑物,67,2023/3/11,四、涵洞特点：构造比较简单，是应用最广泛的一种交叉建筑物。材料：大型涵洞多用混凝土或钢筋混凝土制造，亦可用预制涵管。断面形式：圆形涵洞：多用于压力涵洞，水力条件和静力工作条件都比较好。箱形涵洞：多为四面封

24、闭的钢筋混凝土结构，静力工作条件较好，适应地基不均匀沉陷性能强，适用于无压或低压的涵洞。,第8章 过坝建筑物及渠系建筑物,68,2023/3/11,第8章 过坝建筑物及渠系建筑物,69,2023/3/11,青藏铁路路基下的涵洞,第8章 过坝建筑物及渠系建筑物,70,2023/3/11,第8章 过坝建筑物及渠系建筑物,71,2023/3/11,盖板式涵洞：为矩形或正方形断面，由两侧边墙、底板和盖板组成。侧墙及底板多用浆砌石或混凝土做成，盖板多为钢筋混凝土结构，简支在侧墙上。底板结构有分离式和整体式两种。前者适用于地基较好，跨度小于23m的情况；后者适用于地基较差，跨度较大的情况。,第8章 过坝建

25、筑物及渠系建筑物,72,2023/3/11,第8章 过坝建筑物及渠系建筑物,73,2023/3/11,拱形涵洞：由拱圈、侧墙（拱座）及底板组成。适用于填土高度及跨度大的隧洞。常用的拱圈有平拱和半圆拱。平拱拱圈受力条件好，需要材料较少，但拱脚产生较大的水平推力，要求侧墙较厚。半圆拱的水平推力小，但拱圈受力条件不如平拱优越。,第8章 过坝建筑物及渠系建筑物,74,2023/3/11,第8章 过坝建筑物及渠系建筑物,75,2023/3/11,五：落差建筑物主要有跌水和陡坡两种。当渠道垂直于地面等高线布置时，往往会遇到地面坡度大于渠道纵坡的情况。可将渠道分段，使相邻段之间形成一集中落差，把上下两段渠道联接起来的建筑物，叫连接建筑物。跌水：使渠水铅直下落的建筑物。陡坡：当渠道经过地形急剧变化的地段时，也可利用地形变陡处修建连接建筑物。,第8章 过坝建筑物及渠系建筑物,76,2023/3/11,第8章 过坝建筑物及渠系建筑物,77,2023/3/11,第8章 过坝建筑物及渠系建筑物,78,2023/3/11,