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        倒虹吸管的分類與管材選擇

        2012-08-15 00:49:58李福貴
        黑龍江水利科技 2012年1期
        關(guān)鍵詞:混凝土

        李福貴,劉 佳

        (1. 呼瑪縣水務(wù)局,黑龍江 呼瑪165100;2. 黑龍江省水利水電勘測設(shè)計研究院,哈爾濱150080)

        1 倒虹吸管及其適用條件

        1.1 概念

        倒虹吸管是鋪設(shè)在地面或地下用以輸送渠道水流穿過河渠、溪谷、洼地、道路以下凹式壓力管道。在我國南方,它是一種常用的交叉建筑物。

        1.2 適用條件

        渠道穿越山谷等障礙物或其它渠道時,可用倒虹吸管、渡槽、填方渠道下的涵洞等交叉建筑物。這些建筑物各有其適用條件,選用時必須因地制宜,全面考慮。一般在以下情況可考慮采用倒虹吸管。

        當(dāng)輸水渠道與河流、山谷、洼地、道路等障礙物或其它渠道交叉,高差很小,只有3 ~5 m,做渡槽或填方渠道及涵洞均不能滿足洪水宣泄、或有礙船只、車輛通行時,應(yīng)修建倒虹吸管從障礙物底部通過。

        據(jù)湖南和貴州省的調(diào)查,倒虹吸管與20 ~30 m高的渡槽比,有用料少、省勞力、造價低、施工安全方便、不影響河道洪水宣泄等優(yōu)點(diǎn)( 倒虹吸管的工程量僅為渡槽的30%、勞動力相當(dāng)于40%、造價相當(dāng)于50%) 。所以,當(dāng)山谷、河流很深且寬,谷深超過30 m,修建渡槽支墩高,要高空作業(yè),施工吊裝困難且造價高;如做填方渠下涵洞,土方工程大,排水涵洞又長,需勞動力太多時,可采用倒虹吸管。

        由于倒虹吸管具有工程量少、施工方便、勞動力及三材、造價低、可以工廠化生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn),多年以來,在我國南方農(nóng)田水利工程中,修建了大量倒虹吸管,對建設(shè)旱澇保收、高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)農(nóng)田起了一定作用。在山區(qū),由于水頭充裕,倒虹吸管特別受歡迎。湖南省芷江縣梨溪口水庫灌區(qū)的交叉建筑物中,倒虹吸管占30%。在水量充裕的地方,還可利用倒虹吸管跌差修建小型水電站,發(fā)揮綜合利用效益。如貴州省在五里橋倒虹吸管修建了一座80kw 的小水電站。

        倒虹吸管的缺點(diǎn)是水頭損失大。在水頭寶貴的灌區(qū)工程中,它的使用受到一定的限制。此外,通航渠道上亦不能采用倒虹吸管。由于承受高壓水頭,倒虹吸管在運(yùn)用和管理方面亦不及渡槽等建筑物方便。

        2 倒虹吸管的分類和造型

        倒虹吸管按斷面形狀分,有圓形、箱形、拱形幾種; 按建筑材料分,有木質(zhì)、石質(zhì)、陶瓷、素混凝土、竹筋混凝土、鋼絲網(wǎng)水泥、鋼筋混凝土、預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土、鑄造鐵和鋼材等多種。選擇有什么斷面型式和材料,要根據(jù)地形地質(zhì)情況、管道流量大小、壓力水頭高低、建筑材料來源、施工設(shè)備能力、交通條件和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)來考慮。其中流量大小和水頭高低是決定的主要因素。

        2.1 倒虹吸管的斷面形式

        2.1.1 圓形管道

        圓形管道濕周小,與同樣大小過水面積的箱形、拱形管道比,水力摩阻小,水流條件好,過水能力最大。圓形管管壁所受的內(nèi)水壓力均勻,且具有拱的作用,抵抗外部荷載性能好,與通過同樣流量的箱形鋼筋混凝土管道比,可節(jié)約10%~15%鋼材。圓管能承受高水頭壓力,預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土圓管、小流量鋼箍木質(zhì)圓管和圓形鋼管都可承受150 ~200 m的水頭。圓管施工方便,且適宜于在工廠內(nèi)成批生產(chǎn),質(zhì)量較易掌握。因此,圓管是各種管道中應(yīng)用最多的一種,國內(nèi)現(xiàn)有倒虹吸管大都采用圓形斷面。

        2.1.2 箱形管道

        箱形管道有矩形和正方形兩種,可做成單孔或多孔,其結(jié)構(gòu)形式簡單。大斷面的鋼筋混凝土箱形管在現(xiàn)場立模澆制,比大直徑圓管方便,雖其受力性能不及圓管,三材用量比圓管略多,但對于大流量、低水頭的倒虹吸管道,采用箱形斷面還是經(jīng)濟(jì)合理,應(yīng)用較多的。多孔箱形管有利于調(diào)節(jié)水量、檢修和防淤。箱形管在我國黃河、長江下游、淮河、海河、珠江三角洲及其他平原地區(qū)的低水頭大流量倒虹吸管中應(yīng)用較多。如山東省的黃莊穿涵,壓力水頭6 m,通過 流量238 m3/s,共分7 孔,每孔為4 m、4.2 m的矩形斷面同。

        小型箱形管道常由磚石砌的側(cè)墻和底板與條石或鋼筋混凝土的蓋板構(gòu)成,僅適用于2 ~3 m以下水頭的小流量倒虹吸管。

        2.1.3 直墻連結(jié)的正反拱形管道

        這是從箱形管改革而成的管型,它的過水能力較箱形管大。由于頂板和底板做成正、反拱形,它更能適應(yīng)平原河網(wǎng)地區(qū)的低水頭、大流量和外水壓力大、地基軟弱的條件。江蘇宜陵地涵即采用此種型式。

        3 倒虹吸管的材料選擇

        倒虹吸管的建筑材料,國內(nèi)外應(yīng)用較廣泛的為鋼筋混凝土、預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土和鋼板3 種。國內(nèi)中小型工程也有用素混凝土和鋼絲網(wǎng)水泥的。至于竹筋混凝土、鑄鐵、木質(zhì)、石質(zhì)及陶瓷的,已很少采用。

        3.1 鋼筋混凝土管

        這種管具有耐久、價廉、變形小、節(jié)約金屬材料、制造簡便、糙率變化小,抗震性好等優(yōu)點(diǎn)。國內(nèi)外廣泛用水輸水、輸油。其缺點(diǎn)是管壁厚、自重大、鋼筋不能充分發(fā)揮作用,抗裂性能較差等。

        3.2 預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土管

        這種管除具有鋼筋混凝土管的優(yōu)點(diǎn)外,其抗裂、抗?jié)B和抗縱向彎曲的性能( 有縱向預(yù)應(yīng)力筋時) 都比鋼筋混凝土管強(qiáng)。預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土管由于充分利用高強(qiáng)度鋼筋,能節(jié)約大量鋼材,又能承受高水頭壓力。在同管徑、同水頭壓力條件下,預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土教官 的金屬用量僅為金屬管的10% ~40%,為鋼筋混凝土管低。預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土管重量輕,吊運(yùn)和施工安裝方便,比鋼筋混凝土管節(jié)省勞力約20%。預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土管不易銹蝕,使用壽命長。埋在地下的預(yù)制管( 預(yù)應(yīng)力和非預(yù)應(yīng)力的) 可使用80a 以上。另外,它還具有很好的抗震性能。

        3.3 鋼管

        鋼管由鋼板焊接而成。因為它具有很高的強(qiáng)度和不透水性,所以可用于任何水頭和較大的管徑。陜西省寶雞峽引渭灌溉工程的偉水倒虹吸管,鋼管段直徑2.9 m,是我國直徑較大的鋼制倒虹吸管,糙率小,水頭損失小。鋼管的缺點(diǎn)是剛度較小,常由于主管的環(huán)向變形使伸縮節(jié)內(nèi)填料擠壓不密實而在接頭漏水。鋼管的制造技術(shù)要求較高,要有熟練的電焊工人,且防銹與維護(hù)費(fèi)用高,耐久性也不及鋼筋混凝土管。故對高水頭倒虹吸管,應(yīng)首先考慮預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土管。

        其它諸如素混凝土管、鋼絲網(wǎng)水泥管等就不一一贅述了。

        總之,不同斷面、不同材料的倒虹吸管,各有其特點(diǎn)。在設(shè)計選型是,要本著因地制宜、因材設(shè)計的原則全面考慮。根據(jù)目前國內(nèi)倒虹吸管運(yùn)行實踐資料、管道受力情況及工程投資情況,各主要管型的使用范圍可用工作水頭和管內(nèi)徑的乘積HDB來表示;HDB≤25 可采用素混凝土管; HDB=40 ~50 可采用鋼絲網(wǎng)水泥管;HDB=20 ~120( 或150) ,視施工水平可采用鋼筋混凝土管;HDB=100 ~300 可采用預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土管;HDB≥200 可采用鋼管。

        [1]余際可,魏璟,羅尚生,鄧綏宇. 倒虹吸管[M]. 北京: 水利電力出版社,1983.

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