注冊土木工程師(水利水電工程)專業(yè)案例渠系輸水建筑物

1、,考 試 大 綱,第十三章 渠系（輸水）建筑物,熟練掌握渠線、管線選擇基本要求。 熟練掌握渠道橫斷面選擇、防滲、襯砌與護面結(jié)構(gòu)設計。 熟練掌握渠道比降、流速與滲漏計算。 掌握管道選（材）型及水力計算。 掌握渡槽、倒虹吸、涵洞的類型與一般設計要求。 了解渠道防凍脹基本要求。,一. 渠線選定基本要求,（一）一般渠道(1)渠道選線一般要求在滿足輸水任務的前提下，使工程量小而且造價低。對于灌溉渠道，應盡可能布置在灌區(qū)的脊

2、線，以爭取最大的自流灌溉面積。對于排水溝道，應盡可能布置在排水區(qū)的洼線，以爭取最大的排水效果。,第十三章 渠系（輸水）建筑物,(2)干渠穿過地形起伏較大的不平坦或丘陵地區(qū)，其線路大致沿等高線布置，盡量避免深挖和高填。(3)渠線穿越鐵路、公路、河流、溝渠應盡量正交，避免將彎線部分放在建筑物上。避免穿越較大的居民點，沼澤地及地形破碎地帶等。(4)在某些情況下，通過山地、丘陵，為了安全可靠和經(jīng)濟合理，可采用隧洞，以縮短渠道長度和建筑物的

3、數(shù)量。為了減低跨河(溝)建筑物的高度并使其具有適宜的過河位置，則可采用繞線的比較方案。,(5)要考慮工程遠近期規(guī)劃、行政區(qū)的結(jié)合，平整土地、機耕及道路等因素。(6)綜合利用渠道，應考慮灌溉、 航運、水能利用相結(jié)合，一水多用、一渠多利。(7)渠道需要采用彎道時，彎道半徑應在可能范圍內(nèi)選擇較大值。 未襯砌的灌溉、動力渠道的彎道半徑應不小于5倍水面寬度。灌溉、動力渠道的彎道半徑小于5倍水面寬時，凹岸應采取防沖措施。 襯砌渠

4、道的彎道半徑以不小于2.5倍水面寬為宜。,,渠 道 選 線,（二）傍山(塬邊)渠道 傍山渠線選定的原則是要確保安全，比較經(jīng)濟，容易施工，便于管理。要合理地考慮河流左右岸的具體地形、地質(zhì)條件，既注意渠線外側(cè)坡度安全，又要考慮渠線內(nèi)側(cè)人工開挖邊坡的安全。傍山渠道一般以明渠通過山麓、丘陵、塬邊。對于滑坡地區(qū)的渠線選擇，渠線應盡量避免通過滑坡地區(qū)；在無法避免時，應進行詳細的地質(zhì)勘探和資料分析，須采取確保安全的必要措施。,二

5、、渠道橫斷面選擇,（一）橫斷面形式 渠道橫斷面形式有梯形、矩形、多邊形、拋物線弧形、U型及復式斷面，見圖13.2.1所示。梯形斷面廣泛適用于大，中、小型渠道，其優(yōu)點是施工簡單，邊坡穩(wěn)定，便于應用混凝土薄板襯砌。,（二）橫斷面選擇 1 . 梯形渠道斷面的計算 當流量Q、比降i、糙率n及邊坡系數(shù)m為已定時，某一斷面與水力最佳斷面之間的關(guān)系式為(13.2.4-6) 計算時可查《灌溉與排水設計規(guī)范》附表

6、。,（二）橫斷面選擇 1 . 梯形渠道斷面的計算①梯形渠道水力最佳斷面寬深比依邊坡系數(shù)而變化的值見表13.2.1所列。②計算梯形渠道水力最佳斷面水深h0 ，計算公式為(13.2.2-3)③選擇梯形渠道實用經(jīng)濟斷面 ，過水斷面積較水力最佳斷面面積減小2%至增加4%，設計時即可在此范圍內(nèi)選擇出實用經(jīng)濟的斷面。,,,（三）渠道邊坡1 . 渠道內(nèi)邊坡系數(shù) 根據(jù)土質(zhì)穩(wěn)定條件來選擇。大型渠道水深大于3m時，渠道內(nèi)邊坡要考慮水面驟

7、降對渠坡的影響，進行穩(wěn)定驗算。2 . 渠岸以上的邊坡 渠岸以上的邊坡分低邊坡和高邊坡，其界限為：小于15～20m的為低邊坡；大于15～20m的為高邊坡。3 . 填方渠道外邊坡系數(shù) 半挖半填及填方渠道外邊坡，與渠道內(nèi)邊坡一致或略緩一些。,（四）渠岸超高1 . 灌溉渠道 一般挖填方渠道，渠岸超高可根據(jù)加大水深確定。國內(nèi)大型灌溉渠道實際采用超高值為0.5～2.0m。 2 . 航運渠道 航運渠道挖方渠岸超高

8、一般應高出最高洪水位1.00～1.50m，填方渠岸超高一般應高出最高洪水位2.0~3.0m。3 . 動力渠道 動力渠道的一般渠岸超高為0.3～1.00m。,4 . 襯砌超高 1)灌溉渠道、動力渠道襯砌超高，一般采用0.15～0.65m。 2)航運渠道襯砌高度，應高出最高航行水面1.0～1.5m，其最大值可采用2m，而襯砌底部高度應低于最低水位1.0m。5 . 彎道的超高 當彎道半徑小于5倍水面寬度及平均流速大于2m

9、/s時，彎道凹岸頂端的超高應予增加。,（五）渠岸寬度 渠岸寬度一般為2～3m且兼作道路時，其寬度應根據(jù)公路工程技術(shù)標準確定。（六）棄土和取土 挖方渠段的棄土堆坡腳至開口線的距離，當挖深在10m以內(nèi)時，不少于2m；當挖深在10～15m時，不少于2.5m；當超過15m時，不少于3m。棄土要盡可能整平造地返耕。填方渠道的取土坑至渠堤坡腳的距離不小于2m，取土深度不超過1.5m，配水渠道的取土坑深度一般不超過0

10、.8m，以便于平整土地時填平。,三、渠道襯砌與護面結(jié)構(gòu)設計,（一）渠道襯砌與護面結(jié)構(gòu)的作用 (1)減少滲漏損失，提高渠道水的利用系數(shù)，并便于控制地下水位上升，防止土壤沼澤化和次生鹽堿化等； (2)減少渠道糙率，加大流速，增加輸水能力，防止渠道沖刷破壞，減少土方開挖量。,（二）混凝土襯砌 (1)結(jié)構(gòu)型式與尺寸 混凝土襯砌厚度與施工方法、氣候因素、渠道大小及混凝土標號有關(guān)。現(xiàn)澆混凝土襯砌厚度可參考表13.3.

11、2。預制板一般厚度為5～10cm。 (2)伸縮縫間距和接縫型式 混凝土襯砌設有橫向伸縮縫，一般不設縱向縫 。(3)防凍脹措施 礫石、渣油砂墊層、蓄水保溫。 (4)噴射混凝土優(yōu)點是施工速度快、質(zhì)量高，每1m3混凝土用水泥350kg，襯砌厚度一般為3～12cm。適應于大型渠道和U型渠道，是機械化襯砌渠道發(fā)展的方向。,（三）石襯砌(1)干砌卵石（掛淤） 干砌卵石適用于砂礫石基礎或沙漠地帶(坡度大滲

12、漏性強)的渠道。(2)漿砌石 漿砌石護面的防滲、防沖效果均較干砌石為優(yōu)。單層厚度一般為25～30cm，用50、100號水泥砂漿。伸縮縫間距為20～50m，縫寬為3cm左右，以瀝青砂漿灌注。糙率n值一般為0.0225～0.0275；單層襯砌允許流速為2.5～4.5m/s，雙層漿砌允許流速為3.5～5.0m/s。,（四）瀝青混凝土襯砌 瀝青混凝土襯砌渠道的斷面形式有梯形和弧形。一般采用就地澆筑，用機械振動壓

13、實，其厚度一般為10～15cm，防滲層下為反濾層，在反濾層上面涂一層瀝青膠或瀝青乳劑。當不設反濾層時，可設3~4cm的瀝青混凝土結(jié)合層，以便與瀝青混凝土防滲層結(jié)合。,（五）塑料薄膜襯砌 塑料薄膜具有造價低(運輸量少，施工簡單)和效果好(適用性強，耐腐蝕性強)等優(yōu)點。多采用埋藏式，可用于鋪設矩形、梯形、復式梯形、鋸齒形等斷面。為了施工方便，一般多采用梯形邊坡(可以較陡一些)，保護層可用素土夯實或加鋪防沖材料，其總厚度應不小

14、于30cm。在寒冷凍深較大的地區(qū)，保護層厚度常采用凍深的1/3～1/2。塑料薄膜防滲的關(guān)鍵是要鋪好保護層，以延長其使用年限。,（六）其他材料護面(1)水泥土護面 采用水泥土護面，可收到良好的防滲效果。在無凍融作用的地區(qū)，水泥土的配合比為1∶9～1∶7，在有凍融作用的地區(qū)，水泥土的配合比為1∶6～1∶5。(2)粘土護面(3)灰土護面防滲(4)人工掛淤防滲,四、渠道比降、流速與滲漏計算,（一）渠道比降1 . 灌溉渠

15、道1)輸水渠道盡可能采取較緩的比降，滿足自流灌溉的要求。2)渠道比降應盡量接近地面比降，避免挖、填方量過大。3)易沖刷的渠道，比降應緩，地質(zhì)條件較好，可陡一些。4)清水渠道應考慮防止沖刷，比降宜緩，1/10000～1/28000。 渾水渠道應考慮防止淤積，比降宜大，1/1000～1/6000。,（一）渠道比降1 . 灌溉渠道 對于清水渠道的比降，應根據(jù)土質(zhì)的耐沖流速決一般可用下式計算: i=v2

16、/c2/R (13.4.1-2)式中 v──耐沖流速(m/s)； R──水力半徑(m)； C──謝才系數(shù)。,,,,2 . 排水溝道1)主要取決于地面坡度以及滿足溝道不淤不沖的條件。2)溝道比降與容泄區(qū)的水位高程銜接有關(guān)。3)溝道比降接近地面比降可節(jié)約土方。4)使溝道下游的流速大于上游流速，以免排水不暢。5)選擇溝道比降應使實際流速介于不沖不淤流速之間。6)為保證在通過日常流

17、量的情況下溝道不發(fā)生壅水現(xiàn)象，在溝口匯流處應具有適當?shù)乃媛洳?一般為0.1～0.2m)。 3 . 航運渠道(運河),（二）渠道流速(1)設計流速 渠道的設計流速應滿足不沖和不淤的條件。 (2)平均流速 渠道平均流速應在最大的和最小的極限允許流速范圍以內(nèi)。 平均流速可按謝才公式計算， n值見表13.4.3。 V=C*(R*i)1/2 C=R1/6/n,(3)臨界不沖流速 設

18、計時多以臨界不沖條件為依據(jù)，用臨界不淤流速作為核驗。臨界不沖流速又稱最大容許流速，是設計渠道最大流速的限度。土質(zhì)為沙質(zhì)土、礫石土、砂卵石的渠道，可按有關(guān)經(jīng)驗公式計算。(4)臨界不淤流速 臨界不淤流速是渠道的最小平均流速，大型渠道應大于0.5m/s；小型渠道不得小于0.3m/s。(5)渠道設計流速的選擇對灌溉渠道，土渠設計流速0.6～1.0m/s。對航運渠道，一般不超過1.0m/s。對動力渠道，一般在1～2m/s。

19、,(6)冬季流冰問題 主要有兩種方法：一是在渠道內(nèi)造成冰蓋，流速不大于0.5m/s ；二是保持渠道內(nèi)不結(jié)冰的流速，通常不小于1.5m/s，當流速達到2~3m/s時，可防止渠道水面結(jié)冰。,（三）渠道滲漏計算1 . 自由滲漏情況下渠道 1)比擬法 2)實測法 3)經(jīng)驗公式法2 .頂托滲流情況下渠道3 .有襯砌及其他防滲措施的渠道,五、渠道防凍脹設計,（一） 渠道工程抗凍脹設計步驟 （二）

20、 襯砌渠道安全凍脹的校核 （三） 抗凍脹結(jié)構(gòu)及工程措施,六、輸水管道管材選擇及水力計算,（一）管材選擇,1 .鑄鐵管2 .鋼管3 .預應力鋼筋混凝土管4 .普通鋼筋混凝土管,5.預應力鋼筒混凝土管 (PCCP)6.玻璃鋼管7.石棉水泥管8. PVC管,,2.水力計算(1)流速和管徑的確定 輸水管內(nèi)的流速，應根據(jù)技術(shù)經(jīng)濟比較和管內(nèi)不淤條件選定。當通過設計流量時，管內(nèi)流速通常為1.5～3.0m/s，最大可達

21、4m/s。最大流速一般按允許水頭損失控制，最小流速按通過最小流量時管內(nèi)流速應大于挾沙流速來確定。(2)輸水能力計算 輸水能力按有壓流計算(3)水頭損失的確定,七、渡槽、倒虹吸、涵洞的類型與主要設計方法,（一）渡槽 1 .位置選擇1) 渡槽宜置于地形、地質(zhì)條件較好的地段。2) 跨越河流的渡槽，應選在河床穩(wěn)定、水流順直的地段，渡槽軸線盡量與水流流向正交。3) 渠道與槽身在平面布置上應成一直線，切忌急劇轉(zhuǎn)彎。

22、,2 .型式選擇 1)梁式渡槽。 2)拱式渡槽。 3 . 縱橫斷面設計 先擬定適宜的槽身縱坡i和槽寬B，而后根據(jù)給定的設計流量進行水力計算。加大縱坡，有利于縮小渡槽橫斷面，減小工程量，但過大的縱坡，可能使上、下游渠道受到?jīng)_刷。槽身凈寬B應與水深h保持適宜的深寬比。,4. 渡槽水力計算5. 進口與渠道的連接 為使槽內(nèi)水流與渠道平順銜接，在渡槽的進、出口需要設置漸變段，漸變段長度 和 可分別

23、采用進、出口渠道水深的4倍和6倍。,東深供水改造工程現(xiàn)澆U形薄殼混凝土渡槽槽身采用機械化模架施工。,東深供水改造工程樟洋渡槽：該渡槽全長100m，槽身為“U”形薄殼、簡支式結(jié)構(gòu)、跨徑有24及12m兩種，其中24m跨徑的采用雙向預應力技術(shù)。,東深供水改造工程旗嶺渡槽：設計過水流量90m3/s,是目前世界上最大的預應力鋼筋混凝土 “U”形薄殼輸水建筑物。全長637m，肋拱跨徑為52.5m，槽身凈寬7m ,高5.4m，壁厚僅30m，采用后張無

24、粘結(jié)預應力技術(shù)。,（二）倒虹吸管 當渠道橫跨山谷、河流、道路時，可用渡槽，也可用倒虹吸管。當所穿越的山谷深而寬，采用渡槽不經(jīng)濟，或交叉高度不大，或高差雖大，但允許有較大的水頭損失時，一般說來采用倒虹吸管比渡槽工程量小，造價低，施工方便。但倒虹吸管水頭損失大，維修管理不如渡槽方便。 1 . 倒虹吸管的布置 2 . 倒虹吸管的水力計算 給定設計流量，允許的水位降落值，利用壓力流公式，選

25、定虹吸管的斷面尺寸，檢驗上、下游水面的銜接。,,最大工作水頭107m,2-2.65m鋼管,（三）輸水涵洞，排水涵洞 洞內(nèi)水流形態(tài)可以是無壓、有壓或半有壓。輸水涵洞為減小水頭損失，多是無壓的。排水涵洞可以是無壓的，也可設計成有壓或半有壓，但對有壓涵洞在泄洪時可能出現(xiàn)的明滿流交替而引起的振動應予注意。 涵洞軸線一般應與渠堤或道路正交，與來水流向一致。 防止遭受沖刷或淤積，洞底高程應等于 或接近于原水道的底部高