水工建筑物交叉建筑物PPT課件

1、8.1 8.1 通航建筑物 第1頁/共78頁 通航建筑物一般在下列情況下修建： 通航的河道被攔河壩、閘截斷影響航運； 渠化的河道上形成了集中落差，妨礙航運。 通航建筑物分為：船閘和升船機。 船閘：利用水力將船只浮送過壩，通航能力大，應用最廣。 升船機：利用機械將船只升送過壩，耗水量少，一次提升的高度大。 22021-11-19第2頁/共78頁 一、船閘 組成：閘室、上下游閘首、引航道等。 船閘的工作原理 利用輸水設備使閘室內水位依次與上下游齊平，使船只順利通過。 船閘的類型 1、按船閘的級數(shù)分：單級和多級船閘。 2、按船閘的線數(shù)分：單線和多線船閘。 3、按閘室的形式分：廣廂式、井式、具有中間閘

2、首的船閘。32021-11-19第3頁/共78頁 福建水利電力職業(yè)技術學院福建水利電力職業(yè)技術學院 水工建筑物水工建筑物42021-11-19第4頁/共78頁 福建水利電力職業(yè)技術學院福建水利電力職業(yè)技術學院 水工建筑物水工建筑物三峽五級船閘52021-11-19第5頁/共78頁 福建水利電力職業(yè)技術學院福建水利電力職業(yè)技術學院 水工建筑物水工建筑物三峽五級船閘62021-11-19第6頁/共78頁 福建水利電力職業(yè)技術學院福建水利電力職業(yè)技術學院 水工建筑物水工建筑物72021-11-19第7頁/共78頁 福建水利電力職業(yè)技術學院福建水利電力職業(yè)技術學院 水工建筑物水工建筑物三峽五級船閘82

3、021-11-19第8頁/共78頁 福建水利電力職業(yè)技術學院福建水利電力職業(yè)技術學院 水工建筑物水工建筑物92021-11-19第9頁/共78頁 福建水利電力職業(yè)技術學院福建水利電力職業(yè)技術學院 水工建筑物水工建筑物102021-11-19第10頁/共78頁 二、升船機 組成 承船廂：用于裝載船舶。 垂直支架或斜坡道：用于運載承船廂。 控制裝置：驅動或制動，操縱升船機運行。 工作原理 將船只開進有水或無水的船廂內，利用水力或機械沿垂直或斜面的方向升降船廂，達到使船過壩的目的。 船只在有水的船廂內叫濕運，在無水的船廂內叫干運。 112021-11-19第11頁/共78頁 類型 1、垂直船機分為：

4、提升式，平衡重式，浮筒式。 2、斜面升船機 三、通航建筑物形式的選擇及布置 通航建筑物形式的選擇 一般根據(jù)水頭的大小、地形、地質條件、運輸量及運行管理條件并考慮技術經(jīng)濟情況而定。122021-11-19第12頁/共78頁 通航建筑物在水利樞紐中的布置 1、靠岸邊布置，與溢流壩、泄水壩、電站之間應有足夠的導水墻。 2、船閘應布置在穩(wěn)定、順直河段。 3、閘室一般布置在壩的軸線下游，這樣對閘室的受力條件較為有利。 4、對平原地區(qū)的低水頭樞紐，應當考慮河床變遷及泥沙淤積對航道進、出口影響。 5、過壩公路及鐵路跨越船閘時，將交通橋布置在下閘首易滿足橋下凈空的要求。 132021-11-19第13頁/共7

5、8頁8.2 8.2 渠系建筑物 第14頁/共78頁 水利樞紐中方便船只、魚類通過而設置的建筑物稱為過壩建筑物。 渠系建筑物： 為了安全合理地輸配水量以滿足農田海溉、水力發(fā)電、工業(yè)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。 一個灌區(qū)內的灌溉或排水渠道，一般分為干、支、斗、農四級，構成渠道系統(tǒng)，簡稱渠系。152021-11-19第15頁/共78頁 福建水利電力職業(yè)技術學院福建水利電力職業(yè)技術學院 水工建筑物水工建筑物渠系建筑物渠系建筑物162021-11-19第16頁/共78頁 福建水利電力職業(yè)技術學院福建水利電力職業(yè)技術學院 水工建筑物水工建筑物1

6、72021-11-19第17頁/共78頁 渠系建筑物的分類與功用渠系建筑物的分類與功用 配水建筑物：節(jié)制閘、分水閘。配水建筑物：節(jié)制閘、分水閘。 交叉建筑物：渡槽、倒虹吸管、涵洞。交叉建筑物：渡槽、倒虹吸管、涵洞。 落差建筑物：跌水、陡坡。落差建筑物：跌水、陡坡。 量水建筑物：量水堰、量水槽。量水建筑物：量水堰、量水槽。 防洪沖砂建筑物：沉沙池、排沙閘泄水閘或退水閘。防洪沖砂建筑物：沉沙池、排沙閘泄水閘或退水閘。 便民利民建筑物：農橋便民利民建筑物：農橋 、碼頭。、碼頭。182021-11-19第18頁/共78頁 渠系建筑物的特點 量大面廣、總投資多。 同一類型建筑物的工作條件、結構型式、構造

7、尺寸較為近似。 因此，對其體型結構的合理設計具有十分重要的經(jīng)濟意義。192021-11-19第19頁/共78頁 一、渠道 渠道是灌溉、發(fā)電、航運、給水、排水等水利工程中廣為采用的輸水建筑物。 渠道分為干、支、斗、農、毛五級 。202021-11-19第20頁/共78頁 福建水利電力職業(yè)技術學院福建水利電力職業(yè)技術學院 水工建筑物水工建筑物212021-11-19第21頁/共78頁 渠道選線 1、地形條件：平原地區(qū)的渠道路線，最好是直線，選在挖方與填方相差不多的地方，應盡量避免深挖高填，轉彎也不應過急，對于襯砌的灌溉、動力渠道，轉彎半徑大于2.5B；對于不襯砌的渠道，大于5B。 山坡地區(qū)的渠道，

8、應盡量沿等高線方向布置，以免過大的挖填方量。當渠道通過山谷、山脊時，應對高填、深挖、繞線、渡槽、穿洞等方案進行比較。 222021-11-19第22頁/共78頁 2、地質條件 渠道線路應盡量避開滲水嚴重、流砂、沼澤、滑坡以及開挖困難的巖石地帶。 3、施工條件 施工時的交通運輸、水和動力供應，機械施工場地以及取土和棄土的位置等條件均應加以考慮。232021-11-19第23頁/共78頁 渠道的縱橫斷面 1、渠道的縱斷面（確定i） 選用渠道縱坡時考慮： 地面坡度、土壤情況、流量大小、水源含砂量。 2、渠道的橫斷面 當渠道流量Q、比降 i、糙率n 及邊坡系數(shù)m為已定時，可按以下步驟計算渠道的實用經(jīng)濟

9、斷面。242021-11-19第24頁/共78頁 首先按水力最優(yōu)斷面計算水深hm。 然后根據(jù)具體情況，選取值。 值一般取1.011.04，（使得渠道斷面既與最優(yōu)水力斷面相近，又使水深和相應底寬有一選擇范圍）根據(jù)表格查出b，h，求v。252021-11-1983/189. 1immnQhm2/12mmvvm第25頁/共78頁 流速v 要在不沖不淤的范圍內。一般為1.0 1.5m/s ，為了防止渠道雜草叢生，大型渠道的最小平均流速通常應大于0.5m/s ，小型的渠道可以不小于0.2 0.3m/s 。262021-11-19第26頁/共78頁 渠道的防滲措施 1、混凝土襯砌防滲 2、瀝青護面防滲 3

10、、三合土護面防滲 4、土料夯實護面防滲 272021-11-19第27頁/共78頁 二、渡槽 形式與組成 1、型式 梁式渡槽 簡支式： 適用：跨度一般小于8 15m，最常用。 優(yōu)點：結構簡單，吊裝方便，接頭止水容易解決。 缺點：跨中彎距大，底板受拉，抗裂防滲不利。282021-11-19第28頁/共78頁 福建水利電力職業(yè)技術學院福建水利電力職業(yè)技術學院 水工建筑物水工建筑物292021-11-19第29頁/共78頁 福建水利電力職業(yè)技術學院福建水利電力職業(yè)技術學院 水工建筑物水工建筑物302021-11-19第30頁/共78頁 福建水利電力職業(yè)技術學院福建水利電力職業(yè)技術學院 水工建筑物水工

11、建筑物312021-11-19第31頁/共78頁 福建水利電力職業(yè)技術學院福建水利電力職業(yè)技術學院 水工建筑物水工建筑物322021-11-19第32頁/共78頁 懸臂式： a、雙懸臂：等彎距和等跨。 b、單懸臂： 跨度一般小于15 20m，每節(jié)槽身長25 40m。 梁式渡槽的經(jīng)濟跨度約為墩架高的0.8 1.2倍，一般當墩架高達15m以上時，采用梁式渡槽不一定經(jīng)濟?？煽紤]采用拱式渡槽，增大跨度，減少墩架個數(shù)。332021-11-19第33頁/共78頁 渡槽的側墻兼作縱梁時,矩形槽常用過水斷面的深寬比h/b常取0.6 0.8。槽身橫斷面的高寬比H/B一般也取0.6 0.8。 拱式渡槽 跨度可達3

12、0 100m或更大，可采用單跨拱或多跨拱。 類型： 按材料分為砌石、砼和鋼筋混凝土。 按主拱圈的結構型式分為板拱、肋拱和雙曲拱。342021-11-19第34頁/共78頁 a、砌石板拱： 凈跨小于30m為宜；就地取材，結構簡單，便于施工，但自重大，對地基要求高，需搭設腳架。 b、肋拱： 主拱由2 4根拱肋組成，一般用鋼筋砼或少筋砼，也有用砌石，適用于缺乏石料或跨度較大的工程。 c、雙曲拱：組成部份：拱肋，預制拱波，現(xiàn)澆拱板，橫糸梁或隔板。352021-11-19第35頁/共78頁 2、渡槽由進口段、出口段、槽身和支承結構等部分組成。 進、出口段應與漸變段、渠道平順連接。 渠道與槽身以直線相連；

13、 設置漸變段； 漸變段長一般為4 6倍渠道水深，出口段略長于進口段。 槽身一般為矩形或U形。 下部支承結構：重力墩、排架、支承拱等。362021-11-19第36頁/共78頁 總體布置及型式選擇 1、渡槽宜布置在地質條件良好、地形有利地段。應盡量縮短槽身，降低槽墩高度。槽身短，墩架低，水流暢。 2、跨越河流時，應盡量正交，具有足夠的高度滿足通航要求； 3、盡量使進出口在挖方渠道上，槽身伸入渠道一段長度，以防滲。進出口應與渠道平順相連，槽址避免選在河流的急轉彎處。372021-11-19第37頁/共78頁 4、考慮支承結構。 地形地質條件；建筑材料情況；施工條件。 墩架高，跨度大的宜用拱式。 槽

14、身底坡一般比前后渠道更陡些，以避免淤積及減小斷面。常用1/200 1/1500。 槽內設計流速12.5m/s。382021-11-19第38頁/共78頁 渡槽的水力計算 1、槽身長大于15 20倍的槽內水深h時為長槽，按明渠均勻流計算；否則為短槽，按淹沒寬頂堰公式計算，但工程上一般均按明渠均勻流公式計算。 z：渡槽設計水頭差 b、h：槽凈寬、水深 、：側收縮糸數(shù)，流速糸數(shù)。392021-11-19gzbhQ2第39頁/共78頁 2、矩形槽水力最優(yōu)斷面水深h/底寬b=0.5；實用斷面h/b=0.6 0.8，側墻的超高0.2 0.6m；也可用經(jīng)驗公式計算。 3、水頭損失及水面銜接 進口水面降落Z1

15、原因： 局部水頭損失； 槽身流速大于上游渠道流速,部份位能轉化為動能。 Z=(1+K1)(V2-V02)/2g 扭面K1=0.1，八字墻為0.2，急變?yōu)?.4 V0、 V、 V1上游渠道、槽身、下游渠道流速402021-11-19第40頁/共78頁 槽身沿程水頭損失：Z1=iL 出口水面回升： Z2=0.041(V2-V12) K2：出口局部水頭損失系數(shù)。取0.2 V1 ：下游河道流速412021-11-19第41頁/共78頁 4、渡槽總水頭損失(渡槽上下游水面高差) Z=(Z-Z2)+Z1 一般(Z-Z2)約為0.10.3m，總水頭損失主要取決于Z1=iL。 進口渠底抬高y1=h1-z-h2

16、 1=3+y1 出口渠底降低y2=h3-Z2-h2 2=1-Z1 4=2-y2 一般y1和y2均為正值，不希望y2出現(xiàn)負值。422021-11-19第42頁/共78頁 福建水利電力職業(yè)技術學院福建水利電力職業(yè)技術學院 水工建筑物水工建筑物3h1h2zv0/2g2z1y2h2z2y3y1124水面線v0432021-11-19第43頁/共78頁 三、倒虹吸管 渡槽與倒虹吸相比的主要優(yōu)點：水頭損失小，且底部能過較大的山洪，易于管理維修。 跨越建筑物多用渡槽，但以下情況下倒虹吸可能比渡槽經(jīng)濟合理：442021-11-19第44頁/共78頁 福建水利電力職業(yè)技術學院福建水利電力職業(yè)技術學院 水工建筑物

17、水工建筑物452021-11-19第45頁/共78頁 福建水利電力職業(yè)技術學院福建水利電力職業(yè)技術學院 水工建筑物水工建筑物462021-11-19第46頁/共78頁南水北調中線工程孟良河渠道倒虹吸2021-11-1947第47頁/共78頁 1、渠道流量小，水頭充裕，且水流含砂量小。 2、渠道跨越寬深河谷。(倒虹吸與2030m高的渡槽相比，約可節(jié)省造價3050，且施工方便) 3、渠道與路河相交，高差小于25m時。482021-11-19第48頁/共78頁 倒虹吸管有傳統(tǒng)鞍座式圓管外，還有美國墾務局用柏氏變形儀實測系數(shù)法計算的三種管型，即內馬蹄形外城門形、內圓外城門形和內圓外馬蹄形三種管型。 倒

18、虹吸的缺點是： 1、水頭損失大； 2、運行管理不如渡槽方便。492021-11-19第49頁/共78頁 總體布置與構造型式 倒虹吸由三部份組成：進口段，管身段，出口段。 布置原則：進出口平順，管身短直，岸坡穩(wěn)定，管基密實。 設計流速1.53m/s，可采用單管或多管。502021-11-19第50頁/共78頁 1、管路縱剖面布置型式 豎井式：適用于低水頭(H35m)，小流量。 斜管式：土基上管坡不陡于1：1.51:2，轉彎處設鎮(zhèn)墩；管頂埋深應低于路面、渠底、1m以下，或位于河谷沖刷線以下0.71m以下。512021-11-19第51頁/共78頁 福建水利電力職業(yè)技術學院福建水利電力職業(yè)技術學院

19、水工建筑物水工建筑物522021-11-19第52頁/共78頁 福建水利電力職業(yè)技術學院福建水利電力職業(yè)技術學院 水工建筑物水工建筑物532021-11-19第53頁/共78頁 福建水利電力職業(yè)技術學院福建水利電力職業(yè)技術學院 水工建筑物水工建筑物542021-11-19第54頁/共78頁 2、進口段布置 包括：漸變段，閘門，攔污柵，沉砂池，進水口。 要求：水流平順，減少水頭損失。保證在不同流量時進口均處于淹沒。 進口漸變段一般為扭面，長34倍水深h。 沉砂池：長46h，深T=0.5D+30(cm)。 寬B=(12)b b為渠底寬。552021-11-19第55頁/共78頁 3、管身段：為減少

20、溫度應力，常將管身淺埋于地下，埋深一般為0.51m。 4、出口段布置 管內及出口流速一般為2m/s左右，一般不需消能。但為使水流平順入渠，仍可設消力池，池深0.5D+40cm，池長34h(h為下游渠道水深)。出口漸變段長與消力池同。562021-11-19第56頁/共78頁 5、管身段構造 管身結構 鋼筋砼管： 適用于水頭不大于50m，管徑小于3m。 現(xiàn)澆管：每1525m長，應設永久性伸縮縫，縫間設止水。管用量不多的小工程可考慮用現(xiàn)澆管。 鋼管適用高水頭，大直徑H.D60m。 漿砌石管僅用于水頭小于3m。572021-11-19第57頁/共78頁 在大中型輸水工程中，對中、低水頭較大流量的倒虹

21、吸管，從經(jīng)濟、實用、耐久和方便施工等情況出發(fā)，仍以鋼筋混凝土為主； 對于水頭較高的倒虹吸管正在推廣使用各種新(輕)型管材，如預應力鋼筋混凝土管(PCCP)、玻璃鋼夾砂管(HOBAS、FWQPMP)、聚乙烯管(HDPE)等；而在中小型引水工程中，球墨鑄鐵管、聚氯乙烯管(UPVC)等輕型管材。582021-11-19第58頁/共78頁 構造要求 較長的管應設泄水排砂孔和進人孔，以便于檢修。 穿越公路時，管頂以上填土厚度應大于0.81m。 地基承載力小于100kPa(10T/m2)時宜采用連續(xù)式管座，大于100kPa時可用砼或漿砌石支墩。592021-11-19第59頁/共78頁 倒虹吸管的水力計算

22、 任務：確定管徑，并通過幾種特征流量的水頭損失計算，確定下游渠底高程和進出口的水面銜接。 1、管徑的確定 通過設計流量時，管內流速一般為2m/s左右，按此初擬管徑。管內最大流速按允許水頭損失控制，最小流速要大于挾砂流速。通過小流量時的最小流速應大于1m/s。602021-11-19第60頁/共78頁 2、水頭損失計算及下游渠底高程的確定 總水頭損失Z=(Z1-Z3)+Z2 (Z1-Z3) 約為0.10.3m，計算同渡槽相同。 管身段水頭損失： Z2 =(L/d+)V2/2g 出口渠底高程=進口渠底高程-總水頭損失Z。612021-11-19第61頁/共78頁 局部水頭損失系數(shù)： 進口(稍修圓)

23、0.25，出口(流入明渠)0.25，45度彎頭0.3。 總局部水頭損失糸數(shù)： 豎井式進口2.5 斜管式1.82.1 管身沿程水頭損失糸數(shù)砼管可取1/45=0.02222。622021-11-19第62頁/共78頁 3、過水能力計算 設計輸水能力驗算 Q=2gZ Z設計上下游水位差 流量糸數(shù) 通過小流量，加大流量時的水頭損失計算 要求通小流量時進口仍應滿足淹沒要求，通過最大流量時進口不致壅水過高而漫頂。632021-11-19第63頁/共78頁 下游渠底高程的確定 要選擇一個適當?shù)乃^損失Z，使確定的下游渠底高程滿足以下條件： 通過設計流量時，進口處于淹沒狀態(tài)，且基本上不產(chǎn)生壅水或降水。 通過加

24、大流量時，進口段的壅水不宜超過3050cm。 通過可能最小流量時，管內流速大于或等于挾砂流速，并保證進口仍處于淹沒狀態(tài)。642021-11-19第64頁/共78頁 當上下游渠道水位差值Z1與管道通過小流量時的水頭損失Z2比較： Z1 - Z2 較大時，可降低進口高程，在進口設置消力池。 Z1 - Z2 不大時，可降低進口高程，在管道口前設斜坡段或曲線段。 Z1 - Z2 很大時，在進口設置消力池不經(jīng)濟或不方便，可考慮早出口設置閘門抬高水位。652021-11-19第65頁/共78頁 倒虹吸管布置： 1、穿越渠道斜臥式倒虹吸管，水流進出管道比較平順，這是最常見的形式。 2、穿越公路的豎井式倒虹吸

25、管，這種形式由于施工占地少，檢修方便，便于在建筑物密集的地區(qū)采用，一般多用于跨越公路的小型排灌倒虹吸管上。 3、橫跨式倒虹吸管，當河道或山谷比較寬闊，位置較低時采用。這種形式一般是水頭高、流量大。 管道轉彎處應設鎮(zhèn)墩。662021-11-19第66頁/共78頁 四、涵洞 特點：構造比較簡單，是應用最廣泛的一種交叉建筑物。 材料：大型涵洞多用混凝土或鋼筋混凝土制造，亦可用預制涵管。 斷面形式： 圓形涵洞：多用于壓力涵洞，水力條件和靜力工作條件都比較好。箱形涵洞：多為四面封閉的鋼筋混凝土結構，靜力工作條件較好，適應地基不均勻沉陷性能強，適用于無壓或低壓的涵洞。672021-11-19第67頁/共78頁 福建水利電力職業(yè)技術學院福建水利電力職業(yè)技術學院 水工建筑物水工建筑物682021-11-19第68頁/共78頁 福建水利電力職