曾慶玲

(佳木斯市水務(wù)局，黑龍江佳木斯154000)

渡槽是常見的渠系輸水建筑物。主要出現(xiàn)在跨河、渠、溪谷、道路或為避免占用過多土地的地帶。本文著重介紹渡槽的總體布置、選型與水力計算。

1 渡槽的總體布置與結(jié)構(gòu)造型

1.1 總體布置的基本原則

渡槽的總體布置，應(yīng)在全面掌握地形、地質(zhì)和水文氣象、交通情況、建筑材料、施工條件等一手資料的基礎(chǔ)上，綜合考慮各項技術(shù)、經(jīng)濟指標、通過反復(fù)比較，最后選定最優(yōu)的方案。其基本原則是:①盡可能選擇最短的長度和較好的工程地質(zhì)基礎(chǔ);②有利渡槽的選型。地域條件、建筑材料在平面布置上，渡槽的進出口應(yīng)盡可能與渠道順直連接;③在我國南方還要考慮通航條件。

1.2 渡槽的選型

渡槽的結(jié)構(gòu)型式，直接關(guān)系到造價、施工條件、工期和運用。其選型在保證建筑物安全經(jīng)濟的前提下，還要考慮美觀大方。

1.2.1 常采用的渡槽基本結(jié)構(gòu)型式

型式Ⅰ:渡槽槽身既是輸水結(jié)構(gòu)，又是縱向的梁式(或拉桿)承重結(jié)構(gòu)，如圖1(a)、)(b)、(c)、(d)所示。

型式Ⅱ:渡槽槽身置于拱式支承結(jié)構(gòu)(包括實腹拱和空腹拱)之上，僅起輸水、擋水作用，槽身縱向不受力，如圖1(e)、(f)、(g)。

圖1 渡槽基本結(jié)構(gòu)的型式圖

型式Ⅲ:槽身支承于排架(或直墻)之上(其作用同型式Ⅰ的槽身，但跨徑較小)，而排架(直墻)又支承于拱圈之上，此多用于較輕型的拱圈結(jié)構(gòu)上，如圖1(h)、(i)、(j)。

1.2.2 渡槽槽身的型式

槽身橫斷面有矩形、梯形、U型(半圓形上加直墻)、半橢圓形、拋物線形等見圖2、圖3。一般常采用矩形和U型斷面，梯形斷面常用于砌石槽身。

圖2 槽身橫斷面的型式圖

圖3 懸臂側(cè)墻式矩形槽

在20世紀70年代，湖南省韶山灌區(qū)大部分渡槽采用了輕型結(jié)構(gòu)的鋼筋混凝土梁式渡槽，下部結(jié)構(gòu)也多用鋼筋混凝土排架和板式基礎(chǔ)，對架空高度大或跨越通航河流的情況，如地質(zhì)條件允許，基礎(chǔ)工程又不特殊困難，則采用拱式渡槽。如北千渠“飛漣灌萬頃”和南干渠“涓江飛漣”兩渡槽的跨河部分，均選用了鋼筋混凝土肋拱型式;至于附近有較豐富石料的地方，且就地取材優(yōu)先選用了當?shù)厥辖Y(jié)構(gòu)。如南干渠“建農(nóng)石渡”為砌石的拱式渡槽。在存在嚴重凍脹的寒區(qū)對此需慎重比選［1］。在我省樺川縣悅來灌區(qū)續(xù)建配套與節(jié)水改造工程中，選擇一個長達3 688 m，跨度為10 m的矩形簡支梁渡槽聯(lián)接悅來泵站和總干渠。設(shè)計流量達26.7 m3/s，成為我省之最，也為東北地區(qū)之最。

2 水力計算的任務(wù)與內(nèi)容

2.1 水力計算的任務(wù)

渡槽的水力計算除選擇適當?shù)目v坡和斷面外，還由于渡槽縱坡一般大于渠道的縱坡，其過水斷面也較渠道為小，水流自上游渠道經(jīng)過渡槽到下游渠道，水深和流速都將發(fā)生變化。進口因水流收縮，形成進口段水面降落;出口則由于水流擴散并有部分水流動能變?yōu)閯菽?，而形成水面回升。因此，在水力計算中還應(yīng)進行水頭損失及水面銜接計算，并調(diào)整渡槽進出口高程，確定進出口漸變段長度，使在通過設(shè)計流量時，渠道和渡槽中基本上按設(shè)計水位保持均勻流態(tài)，而將進出口收縮和擴散的非均勻流控制在漸變段范圍內(nèi)。

渡槽水力計算的任務(wù)是:①確定合理的比降;②確定槽身斷面尺寸;③通過水頭損失及水面銜接的計算，確定渡槽進出口高程與連接形式。

2.2 某工程水力計算實例

槽身過水斷面按照明渠均勻流公式計算，水頭損失及水面銜接計算則包括進口水面降落Δz1、槽身段水面降落Δz2及出口水面回升Δz3這3個部分，見圖4。

圖4 槽身過水斷面平面圖

1)進口水面降落計算公式:

式中:ξ為水頭損失系數(shù)，見表1;v1、v2分別代表上游渠道及渡槽的平均流速。

表1 不同漸變段水頭損失系數(shù)一覽表

2)槽身段水面降落計算公式:

3)出口水面回升:渡槽出口水面回升值Δz2與進口的水面降落值Δz1有關(guān)，由表2得，此表適用于渠道流速和槽內(nèi)流速之比v1/v2為1/5～1/4。

表2 出口斷面回升值對應(yīng)值

4)總水面降落計算公式:

上述各值求得后，即可確定渡槽的進出口高程。渡槽槽身進、出口底板高程22、23及出口渠底高程24，分別按下式計算:

式中:21為進口渠底高程，由推求的渠道水面線得出。

進出口漸變段長度，一般按控制漸變段平面擴散角度為1∶3～1∶4或取漸變段長度為渠道水深的4～6倍確定，出口段應(yīng)較進口段略長。也可按下述經(jīng)驗公式計算:

式中:L為漸變段長度;B1、B2分別為漸變段上下游水面寬;K為系數(shù)，進口取1.5～2.0，出口取2.5～3.0。

以上計算對于較短的渡槽并不適用，即當槽身長度小于(10～12)H時(H為上游渠道水位與渡槽進口底板高程之差，初算時可近似取為上游渠道水深)，應(yīng)將渡槽視為一寬頂堰，按淹沒堰流進行過流斷面和水頭損失計算。

以上水力計算僅供參考，具體工程設(shè)計中，請參考《水工設(shè)計手冊》［2］。

［1］湖南省革命委員會水利電力局.韶山灌區(qū)第二分冊:設(shè)計與施工［R］.北京:水利電力出版社，1976.

［2］華東水利學(xué)院.水工設(shè)計手冊(第八卷)［R］.北京:水利電力出版社，1984.