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        山區(qū)小型渠道及其建筑物設(shè)計淺議

        2012-10-18 08:22:14汪守先
        水利技術(shù)監(jiān)督 2012年2期
        關(guān)鍵詞:縱坡渡槽隧洞

        汪守先

        (貴州省遵義縣水利局,貴州遵義 563100)

        1 工程地質(zhì)基礎(chǔ)

        山區(qū)渠道和渠道建筑物不能建在堆積體、滑坡體和各種軟弱基礎(chǔ)上,必須建在非移動的巖基,不滑動、致密的土基上。

        (1)當(dāng)巖石傾向渠系外側(cè)時,渠道或建筑物不能以巖石的覆蓋層作基礎(chǔ),應(yīng)向內(nèi)側(cè)移至巖基上。如果實在無法避開堆積層,就只能改建渡槽或改道建隧洞。

        (2)渠道和渠道建筑物基礎(chǔ)以外遇到局部滑坡體,可利用擋土墻、挖除等措施進行工程處理。

        (3)渠道及其建筑物不得不通過軟弱基礎(chǔ)時,必須進行基礎(chǔ)處理。

        (4)在土基上的渠道及其建筑物,其進口段都應(yīng)設(shè)橫向伸縮縫,基礎(chǔ)底部在合適的地方需作排水設(shè)計。以免地基因山水入侵而發(fā)生不均勻沉陷。

        2 經(jīng)濟水力斷面的設(shè)計

        2.1 主要水力要素對工程經(jīng)濟的影響及其選取標準

        (1)縱坡和水頭損失。山區(qū)地形起伏大,地面落差大,所以渠道和渠道建筑物的縱坡或水頭損失可取得大些,一方面減少工程量,另一方面也能加大流速,對防止淤積也有利。

        山區(qū)傍山渠道縱坡取 1/1000為宜;垂直于等高線布置的渠道則大多變成陡坡或迭水,縱坡由地面坡度決定。渡槽縱坡在1/100~1/1000之間,一般取 1/500。渠道上的隧洞多數(shù)為無壓隧洞,縱坡在1/500~1/1000之間,取1/500的較多。對于倒虹吸,在減少自流灌溉面積不大的前提下,其水頭損失可盡量取大一些,以便減小管徑。

        (2)流速。 渠道及其建筑物的設(shè)計,應(yīng)在不沖不淤的條件下盡量加大流速。

        一般經(jīng)驗,渠道流速控制在0.5~2 m/s之間;無壓隧洞流速可控制在 1.0~2.0 m/s之間;渡槽流速在0.5~3 m/s間;倒虹吸的流速通常在2.5~3.2 m/s間,有時最大達4 m/s。

        (3)糙率n值。糙率n的大小是影響工程造價的一個重要因素。工程量的大小是與n值的大小成正比例的。選擇合適的n值至關(guān)重要。

        小型工程的施工質(zhì)量不是太好,n值不能選得太小,否則設(shè)計水力斷面將不能滿足過流要求。渠道兩個面為漿砌石一個面為混凝土,其 n值取0.022。兩個面為混凝土一個面為漿砌石,其 n值取0.020。施工質(zhì)量好的混凝土渡槽n取0.015。鋼筋混凝土現(xiàn)澆管和預(yù)制管 n值分別取 0.016和0.015。預(yù)應(yīng)力和自應(yīng)力管n值取0.014。

        2.2 經(jīng)濟斷面的確定

        從施工和工程經(jīng)濟考慮,山區(qū)小型工程的渠道都以矩形(凈高和凈寬相等)斷面為佳。隧洞為城門型斷面。渡槽有矩形和U型槽兩種。

        渠系上的明渠均勻流的經(jīng)濟水力斷面在山丘地區(qū)并非寬淺式的最佳水力斷面,而是寬深式斷面,寬深比b /h =1.15~1.5。

        經(jīng)筆者反復(fù)試算,設(shè)計經(jīng)濟水深按下列經(jīng)驗公式選取。

        式中h —設(shè)計水深(m);

        Q —設(shè)計流量(m3/s),一般取設(shè)計最大流量;

        n —糙率;

        k —穩(wěn)定系數(shù),由縱坡i的大小決定。

        k的確定:

        當(dāng)1/200≥i≥1/1000時:

        k =0.03(1/100i -5)+k′

        當(dāng)1/1000≥i≥1/2000時:

        k =0.075/500i + k′

        其中系數(shù)k′的確定:

        當(dāng)Q <1 m3/s時:

        對矩形、U型和城門形斷面:k′=0.85。

        當(dāng)5≥Q≥1m3/s時:

        對矩形渠道和渡槽:k′=0.85;

        對U型槽:k′=0.81;

        對城門形隧洞:k′=0.87。

        水力斷面經(jīng)濟寬度:

        對矩形渠道和渡槽B ≈h +(0.25~0.35);

        對U型渡槽Bu=10h/7;

        對隧洞B ≈h +(0.25~0.45);

        水深h和經(jīng)濟寬度均以m為單位。

        根據(jù)斷面的經(jīng)濟水深和經(jīng)濟寬度,用明渠均勻流公式求出此時的流量。若與實際不符,一般將凈寬或水深h調(diào)整5cm以下,再驗算一次即可。

        斷面的凈高:

        矩形渠道H = B;

        渡槽Hd=13h/12 + 0.05;

        隧洞H洞=h +0.4,若H洞<1.2m,需加大到1.2m,以滿足最小開挖斷面高1.8m的要求;

        水深h和凈高均以m為單位。

        3 防 滲

        從經(jīng)濟出發(fā)考慮渠道防滲。一般等流量的單位渠道總造價,使用混凝土防滲比使用漿砌石防滲降低30%左右,且防滲效果又比漿砌石提高一倍。

        在不影響渠床穩(wěn)定的前提下,盡量用混凝土護面;當(dāng)凈深大(一般大于 1.5m)的渠道處于土基和風(fēng)化巖基上,為解決渠床穩(wěn)定的問題,可先用石灰黃泥混合漿砌毛石使渠床成形,然后用混凝土護面。斷面防滲形式采用側(cè)墻等厚結(jié)構(gòu)為好。

        4 沉沙和泄退水建筑物的設(shè)置

        4.1 沉沙池

        渠道及其建筑物是按不沖不淤的原理設(shè)計的,但在建成后的運行中,不可能不發(fā)生淤積,這是山區(qū)自然地理條件決定的。對隧洞、暗渠、倒虹等建筑物依然沉積著大量由明渠流入的泥沙。特別是洪水期淤積最嚴重。為了防止建筑物的淤積,必須在其前設(shè)置沉沙池。

        4.2 渠道上的泄退水建筑物

        為了保證渠道及其建筑物的正常運行和安全,在渠道上比較大的沖溝和谷地處,在坡面水入渠較長的渠段尾部及渠系建筑物前,必須設(shè)置泄洪閘或溢洪側(cè)閘。為了渠道建筑物的檢修,必須在其前設(shè)置退水道。渠道上的泄退水建筑物一般與放水排沙側(cè)閘或放水底孔合并。渠道建筑物前的泄洪、排沙和退水建筑物宜聯(lián)合建。

        泄洪建筑物的設(shè)計,其流量可按5~10年一遇最大洪水計算。對退水道和小型溢流側(cè)堰可按渠道流量進行設(shè)計。

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