倒虹吸建筑物

4．倒虹吸管

4．1倒虹吸管的布置

4．2倒虹吸管的水力計(jì)算

4．3倒虹吸管的結(jié)構(gòu)計(jì)算

4.1倒虹吸管的布置和構(gòu)造

倒虹吸管是渠道與河流、谷地、道路沖溝及其他渠道相交時，為連接渠道而設(shè)置的壓力輸水管道，是交叉建筑物之一。(1)當(dāng)渠道通過山谷、溪流，因谷道深邃難以修建渡槽，或需高填方、或用水部門對水頭要求不嚴(yán)格。(2)當(dāng)渠道與河流或道路相交，且渠道水位與河水位或路面接近同一標(biāo)高，不能采用渡槽、涵洞等倒虹吸管與渡槽相比，具有工程量少、施工方便、節(jié)約勞力及材料、造價低等優(yōu)點(diǎn)；其缺點(diǎn)是水頭損失大，維修管理不便。

倒虹吸管管路布置

倒虹吸管的管路布置需要結(jié)合地形、地質(zhì)、施工、流量大小、水頭高低、交通以及洪水影響等因素通過分析比較選定。一般應(yīng)滿足如下原則：（1）管路與通過的水道、溝谷或道路應(yīng)盡量成正交、管身及進(jìn)、出口軸線在平面上的投影應(yīng)布置成直線，以縮短管長。進(jìn)、出口應(yīng)與上、下游渠道平順連接。（2）管身及進(jìn)、出口宜布置在穩(wěn)定地段，應(yīng)避免通過可能產(chǎn)生滑坡、崩塌及其他地質(zhì)條件不良的地段。地形不應(yīng)過陡，以便于施工。

（3）盡可能將進(jìn)出口布置在挖方渠段，盡量避免建于高填方上，確實(shí)難以避免時，應(yīng)慎重采取夯實(shí)加固和防滲排水措施。（4）為減少開挖工程量，管路一般沿地面坡度敷設(shè)（露天或淺埋），但管坡不宜過陡，使管身及鎮(zhèn)墩易于維持穩(wěn)定，并便于施工。同時，應(yīng)避免轉(zhuǎn)彎（變坡）過多，以減少水頭損失和鎮(zhèn)墩數(shù)目。

根據(jù)管路埋設(shè)情況及高差大小，倒虹吸管可采用下列幾種布置型式：（1）斜管式和豎井式。對于高差不大的小虹吸管，管身常布置成斜管式和豎井式兩種。斜管式采用較多。豎井式多用于穿過道路且管內(nèi)流量不大、壓力水頭較?。℉<3～5m）的情況，井底常設(shè)0.5～0.8m深的集沙坑，以便清除泥沙及檢修水平段時作排水之用。豎井式水流不順暢，但便于施工。

斜管式倒虹吸管布置形式

豎井式倒虹吸管布置形式

（2）地埋式（露天或淺埋）。對于高差大的倒虹吸管，管道常隨自然起伏的地形露天或淺埋于地面之下。露天敷設(shè)的優(yōu)點(diǎn)是開挖工程量小、便于檢修，但在氣溫影響下，內(nèi)外壁將產(chǎn)生較大的溫差，易引起縱向裂縫而漏水。故除溫差較小地區(qū)的小型倒虹吸管可考慮露天布置外，多數(shù)倒虹吸管均淺埋于地面以下。

圖4-2沿地面露天敷設(shè)及淺埋的倒虹吸管（3）橋式。當(dāng)管道跨過河道或深的溝谷時，為降低管中段的壓力水頭，縮短管長和減少管道水頭損失，可在深槽部分建橋或斜拉結(jié)構(gòu)，而將這段管道布置成架空式，即橋式，其余兩岸部分仍沿地面敷設(shè)。橋式倒虹吸管的橋下凈空和橋面必要時應(yīng)滿足行洪、通航和車輛通行的要求。

圖4-3橋式倒虹吸管進(jìn)、出口布置

倒虹吸管進(jìn)出口布置應(yīng)滿足水力條件良好、運(yùn)用可靠以及穩(wěn)定、防滲、防沖、防淤等要求。1.進(jìn)口段布置進(jìn)口段包括進(jìn)水口、閘門、啟閉臺、攔污柵、通氣管及漸變段，對于1～3級倒虹吸管，進(jìn)口前的渠道一側(cè)應(yīng)設(shè)泄洪閘（或溢流堰）。多泥沙渠道，尚應(yīng)設(shè)沉沙及沖沙設(shè)施。（1）漸變段與進(jìn)水口。倒虹吸管進(jìn)口前一般均設(shè)置漸變段與渠道連接，其長度可取上游渠道設(shè)計(jì)水深的3～5倍。進(jìn)水口形式應(yīng)滿足管道通過不同流量時，渠道水位與管道入口處水位的良好銜接。進(jìn)口輪廓應(yīng)使水流平順，以減少水頭損失。對于小型倒虹吸管進(jìn)口，為便于施工，可不做成喇叭形，也不設(shè)彎道，而將管身直接插入擋水墻[圖4-4(c)，這種形式水流條件較差。為改善水流條件，可將管身直接插入擋水墻內(nèi)0.5～1.0m與喇叭口連接[圖4-4(d)]，這樣不僅構(gòu)造簡單，施工方便，水頭損失也小。

圖4-4進(jìn)水口形式

圖4-5進(jìn)出口布置圖（a）進(jìn)口布置圖；（b）出口布置圖（2）閘門與攔污柵。進(jìn)口段一般應(yīng)設(shè)閘門，以便進(jìn)行管道清淤和檢修。不設(shè)閘門的小倒虹吸管，可在進(jìn)口側(cè)墻上留門槽，需要時用插板擋水。為攔擋漂浮物及保障人畜安全，進(jìn)口前一般應(yīng)設(shè)置攔污柵。

圖4-6沉沙池及沖沙閘布置圖（高程單位：m，尺寸單位：cm）（3）沉沙及沖沙設(shè)施。從多泥沙河流取水，應(yīng)在渠首及渠首后的適當(dāng)位置采取措施減除不能為渠道水流攜帶的泥沙。對于高含沙引水渠道上的倒虹吸管，應(yīng)使管中水流具有與渠水含沙量相應(yīng)的輸沙能力，以便將渠水中所含泥沙送過倒虹吸管并防止管道淤塞。對于含沙量大的渠道，最好采用水力沖淤，即在沉沙池末端的側(cè)面設(shè)退水沖水閘，當(dāng)池內(nèi)泥沙沉積到一定厚度時，關(guān)閉倒虹吸管并開啟沖水閘將淤沙沖走。沉沙池的長度、寬度和深度應(yīng)根據(jù)渠水的泥沙含量、顆粒大小、水流速度和一定期間內(nèi)的可能淤積量而定。缺乏這些資料時可按一般經(jīng)驗(yàn)尺寸決定。水平段長度（4-1）寬度（4-2）沉沙池低于渠底的深度（4-3）式中：h、b分別為渠道的水深與底寬，m；D為管內(nèi)徑，cm；為管壁厚度，cm。大斷面低水頭管道也可不設(shè)沉沙池，可定期停水直接進(jìn)管清淤。2.出口段布置倒虹吸管出口段的布置形式和進(jìn)口段基本相同。出口段常設(shè)置消力池（可結(jié)合漸變段布置），用以調(diào)整出口水流的流速分布，池長一般為渠道設(shè)計(jì)水深的3~4倍，低于下游渠底的池深（cm）可按經(jīng)驗(yàn)公式估算，即

小型倒虹吸管，流速不大時也可不做消力池，僅用1:2~1:4斜坡和八字墻漸變段與下游渠道銜接即可。消力池后的下游渠道應(yīng)護(hù)砌3~5m。管身企及鎮(zhèn)炕墩的潔形式攪和構(gòu)互造1.遵管身鏟的形斷式和慨構(gòu)造管身喬的斷勾面形沫式有紅圓形返、箱治形及工拱形隔。圓霉形管毫因水服力條原件、臭受力壯條件言和施少工安棟裝等絕方面勸均較快優(yōu)越曉，故裝應(yīng)用蛾最廣寬。對請于低里水頭兄、大斬流量籠倒虹忍吸管鞠，可斧采用距單孔浪或多叉孔箱褲形管豬。預(yù)應(yīng)樣力鋼往筋混毅凝土鳳管具粱有較佳高的菌抗裂剝性和霜抗?jié)B級性，捧能承醒高壓叫、省幕鋼材冷、造早價低哈且壽寄命長槽，并班能在源工廠猾成批貢生產(chǎn)伍，故趕發(fā)展我較快絹。為適怖應(yīng)地萌基不壁均勻千沉降擠而引責(zé)起的勺彎曲嶺變形逆和由煮于溫昌度降市低和劃混凝胞土凝野固而膨引起椅的縱確向收膊縮變鍋形，廁管道矮應(yīng)設(shè)旱置永拘久性企伸縮美縫，棵縫間寫設(shè)止劈燕水?？p的獻(xiàn)間距恩，土催基上葵宜取萬15博~2修0m陰；巖槐基上銜可取著10附~1眨5m墾。露濁天管燒取小邁值，欺完工是時及師時填渠土的灰埋置的管可牧取大洋值。對于預(yù)撲制安裝懇的管道轎，每節(jié)秒之間一聯(lián)般均采筍用柔性堵接頭，望分段長能度即為春管節(jié)長錦度。設(shè)申于剛性代管座或叼堅(jiān)實(shí)地命基上的跳預(yù)制管鐘，可采鵲用剛性鹽接頭，漲但每隔產(chǎn)一定長捏度仍需欲設(shè)一柔塞性接頭繭。伸縮縫嫩及預(yù)制棕管的柔礎(chǔ)性接頭賤的構(gòu)造內(nèi)形式一公般采用威套管式瓦[圖4汽-7(欄a)]箭、平接形式[停圖4-咐7(b斧)]爹。圖4-煤7綠管的接條縫止水帆構(gòu)造(仙單位：襪cm)1—死套管灰；悲2一粱瀝青暗油氈破；3木一瀝夕青油秒麻，趟4一求外環(huán)度筋；5一兵縱筋緒；6脆一內(nèi)罵環(huán)筋呀；走7一平金屬氣止水獎片；觀8溪—瀝現(xiàn)青杉毯板；9一拖防腐茂軟木喂圈；千10頁一固狗定鋼險筋；謙11敢一塑兔料止亡水帶轎；2．皮鎮(zhèn)墩魯?shù)男瓮硎胶头麡?gòu)造在管途道變菠坡和引轉(zhuǎn)彎彼的地或方應(yīng)庸設(shè)置語鎮(zhèn)墩棕，其傭作用害是連嫁接和辱固定衰兩端驚的管服道。蓬鎮(zhèn)墩聚主要嫂承受匹斜管級段傳覽來的摸荷載儉和轉(zhuǎn)剃彎段調(diào)水流歷所產(chǎn)自生的茄力。鎮(zhèn)墩仰間距雅根據(jù)扁地形版及地甲質(zhì)條堪件而秘定，軋地形滴陡峻化而地恢質(zhì)條郊件良茫好的想斜坡莊段一顛般為竿20含～3嘴0m塌，如博地質(zhì)仁條件慌不好撓，間峰距還皮應(yīng)減頑小。辱鎮(zhèn)墩砌材料度可用橫漿砌蛇石或氣混凝叼土。鎮(zhèn)墩有釀開敞式其與封閉勞式兩種侍。開敞滾式管道心不被鎮(zhèn)揚(yáng)墩包圍政，多用山于固定研薄壁管畏(主要腹是鋼管斧)。封閉式斯按鎮(zhèn)墩恢與管的斃連接又診分為剛毅性和柔鈔性兩種燃形式。剛性壤連接監(jiān)是將露管端男與鎮(zhèn)絞墩澆輪筑成凱整體飾，剛借性連澆接適甜用于膠斜管臂坡度隸大且擇地基采為巖窯基或幟承載混能力摔大的匠土基滿。柔性連壓接是用占伸縮縫冊將管端免與鎮(zhèn)墩劇分開，屈這種連味接形式暴施工復(fù)雄雜，但挎適應(yīng)不飛均勻沉犧降及管煮身伸縮滔變形的請能力較艇好。圖4-葛8批鎮(zhèn)墩與烏管端的慨連接(a兔)剛咐性連天接；猴(b沿)柔宗性連求接4.蜂2倒饒虹吸叛管水銷力計(jì)睡算倒虹雀吸管乖的水批力計(jì)躍算是蓋根據(jù)閃已定閥的渠割道流鼓量、態(tài)流速懷、進(jìn)光口渠紐奉底高錘程，鉛在水岸頭損厲失許疫可范暮圍內(nèi)賺選定致合理睬的管伙徑，羊并進(jìn)譽(yù)行出部口渠獻(xiàn)底高濾程和握進(jìn)出虛口水耐面銜丈接計(jì)家算等撇。4.2削.1濟(jì)流速和釘管徑的袋確定倒虹吸稍管內(nèi)的嶺流速，眾應(yīng)根據(jù)閣技術(shù)經(jīng)姐濟(jì)比較飛和管內(nèi)謊不淤條蔽件選定洲。當(dāng)通備過設(shè)計(jì)塊流量時肢，管內(nèi)誦流速通癢常為1科.5~晝3.0往m/s樓，最大靜可達(dá)4液m/s跨。最大界流速一參般按允孕許水頭竿損失控功制，最旗小流速術(shù)按通過窯最小流拿量時管溉內(nèi)流速游應(yīng)大于略挾沙流窩速來確悔定。（1）蹄有壓管臭流挾沙型流速可膏按下式誘計(jì)算（4疊-5屠）式中遵—只挾沙方流速竟（m旅/s懼）；—泥心沙沉址降速西度（鋸m/亡s）動；—挾沙軌水流中辭含沙量崖（重量紡比）；—管內(nèi)膠通過的貍流量（鋤m3/s便）；—挾沙愁粒徑，待在泥沙逆級配曲昂線中小舊于該粒論徑的沙壤重占7杰5%。(2)室倒虹吸俊管管徑冶根據(jù)選牢定的流園速按下驅(qū)式計(jì)算桂確定（4-故6）式中洋—管徑掘（m）甜；—流富量（都m3/s）洞；—流闊速（產(chǎn)m/訂s）街（扎）蔽。4.蹈2.櫻2擁倒虹伍吸管噸輸水蘇能力刮計(jì)算倒虹吸等管的輸額水能力怠按壓力辭流計(jì)算繼，其計(jì)聰算公式?jīng)鰹椋?隊(duì)-7號）式中在—流量污（m3/s）追；—倒虹歲吸管的仔斷面積往（m2）；—上搞、下籠游水慣位差奶（m需）；—流丘量系藥數(shù)。(1比)水闖頭損念失計(jì)染算。爹倒虹贈吸管估總的獻(xiàn)水頭屯損失獄按下庭式計(jì)芬算式中吩-出心口損譜失系擔(dān)數(shù)礎(chǔ)；-局部秧損失系牲數(shù)總和泡；-沿程朝摩擦損羽失系數(shù)群；4.2寒.3慘倒虹吸哨管的水庫頭損失挑及下域游渠底寒高程的賓確定(2怨)下茶游渠僅底高茄程的拿確定圣。根增據(jù)在城設(shè)計(jì)倆流量以條件緊下的演總水舉頭損車失，蘋再按挺下式紙確定超下游屑渠底練高程（4催-1怒0）式中兆—下游叼渠底高芽程（m袖）；—上還游渠解底高飛程（隱m）乳；—上游汽渠道水肝深（m辜）；—下悅游渠鍋道水捷深（務(wù)m）棍；—總水共頭損失縮慧（m）棟。根據(jù)音上式處確定起下游窯渠底友高程忍后，火尚應(yīng)查校核土加大殖流量具時上源游的損壅水腸高度降，以騰驗(yàn)算阿上游敢渠堤慰及胸糠墻的館超高買。4.沙3倒瘡虹吸坦管結(jié)告構(gòu)計(jì)沖算1.荷情載談作用于咸倒虹吸拍管上的共荷載有駛：管身屯自重、崖管內(nèi)水嚇重、土魚壓力(言鉛直土柳壓力和嗽水平土找壓力)滾，內(nèi)水悠壓力、債外水壓絞力、管制道彎曲歉段水流妻離心力績、地面肚荷載、需地基支棋承反力沸、由于養(yǎng)溫度變倒化和混錢凝土干顛縮引起窄的內(nèi)力石以及地乖震荷載飯等。4.3謊.1燈作用于兄管身的羽荷載及嚼其組合溫度應(yīng)鉛力應(yīng)根給據(jù)管道錦敷設(shè)方乏法不同飲而區(qū)別存對待。嫩外露式挎鋼筋混吃凝土倒燃虹吸管握，由于閱管內(nèi)外果溫差較故大(最急大可達(dá)靜20℃件～30期℃)，斯產(chǎn)生拉松應(yīng)力較謎大，設(shè)虛計(jì)時應(yīng)龜作為主幻玉要荷載奪。收縮應(yīng)革力系混招凝土在灰固結(jié)時送發(fā)生收萬縮、但忽受到鋼熔筋阻止難而在混常凝土內(nèi)衡產(chǎn)生的睛一種初最始拉應(yīng)震力，對銜于鋼筋怨則產(chǎn)生催一種初情始壓應(yīng)磚力。地基蠶支承挨反力猴隨管禾道支絕承方區(qū)式及指地基宗條件耗不同表，可掙采用輛不同枝的方嘴法進(jìn)府行計(jì)叔算。雪地基延支承羨反力泡的合施力等追于外家荷載動的總換和。地震力霜作為特嬸殊荷載抓，在倒襖虹吸管爭計(jì)算中晉一般可繞不考慮忘。對7祥度以上贏地震區(qū)敗的大型夸倒虹吸除管，可級按水工鞠建筑物灶抗震設(shè)索計(jì)規(guī)范裁進(jìn)行計(jì)排算。下面著促重介紹阿土壓力狠的計(jì)算藝。作用在去單位長吩度埋管愛上的垂蔽直土壓兩力標(biāo)準(zhǔn)漠值可按依下式計(jì)陰算(4-惡11)式中腹：戚——伴埋管炕垂直達(dá)土壓然力標(biāo)厲準(zhǔn)值撤（k朋N/植m）冬；——管套頂以上雄填土高據(jù)度（m幅）；——但埋管童外直膛徑（淡m）奶；——埋芹管垂直糞土壓力紹系數(shù)，深與地基敬剛度有鹽關(guān)，可命根據(jù)地蜂基類別項(xiàng)按圖4便-10堪查取。圖4攀-1衡0固埋熄管垂殊直土魯壓力電系數(shù)1—宅巖基店；2鳳—密裁實(shí)砂失類土虹，堅(jiān)奏硬或酬硬塑聯(lián)粘性女土；棉3—搜中密設(shè)砂類壓土；可坦粘勾性土；攀4—松略散砂類粗土，流樓塑或軟昌塑粘性育土作用在卵單位長小度埋管攔的側(cè)向煮土壓力倆標(biāo)準(zhǔn)值衡可按下寺式計(jì)算（4探-1持2）式中舉：桐——濱埋管琴側(cè)向礎(chǔ)土壓萬力標(biāo)丈準(zhǔn)值楚（k系N/嘆m）溉；——埋泄管中心參線以上梢填土高奮度（m眼）；——巷埋管拌凸出還地基盲的高部度（滾m）吹；——側(cè)釀向土壓賠力系數(shù)仁，；——勾填土趙內(nèi)摩柄擦角盈。圖4-溪11古埋管側(cè)坦向土壓烈力作用土壓覆力除罷計(jì)算瓜鉛直初土壓世力及板水平狐土壓旱力外綠，尚應(yīng)計(jì)釣算管頂禁水平線蹈以下至磁管腹間舞的回填筆土重量2．?dāng)U荷載怠組合誘荷載匪組合麻應(yīng)根寶據(jù)工撈程布客置型割式及譽(yù)運(yùn)用何期間圖可能畏出現(xiàn)木的最欣不利散的情苗況，斑進(jìn)行覺全面冠考慮牲。(1鵝)埋禽于河袋底的使倒虹敏吸管劣，在但河道慕枯水游期或科斷流哪時的膏荷載侵組合良為：根管身蠅自重蝦、管棋內(nèi)水右重、杰土壓衡力，捉最大事內(nèi)水劣壓力其、外秤水壓翅力、甩管內(nèi)米外溫疲差產(chǎn)習(xí)生的永應(yīng)力墾(可呆忽略蛙不計(jì)隔)和假地基航反力美等。仿當(dāng)河充道出掛現(xiàn)洪國水而懸管內(nèi)榜無水蘆時的宏荷載澆組合錢為：竊管身葡自重吉、土滾壓力船、外糾水壓殲力、哪內(nèi)外換溫差僅應(yīng)力討(可院忽略血不計(jì)餡)和收地基昨反力憑等。(2)走外露式兵、橋式費(fèi)倒虹吸宣管，其彎荷載組暑合為：疲管身自皺重、管孕內(nèi)水重事，內(nèi)水透壓力，御管道內(nèi)浴外溫差依應(yīng)力及閑地基反滔力等。4.麥3.州2跑倒虹投吸管辰結(jié)構(gòu)梁計(jì)算1．拍鋼筋您混凝戀土管藝其應(yīng)匹力分篩析屬膽于彈拿性理聞?wù)摽沼g問桶題，敗但由圈于計(jì)民算復(fù)匪雜，膜橫向揉通常西按封差閉環(huán)織形結(jié)顯構(gòu)計(jì)煮算，剩而縱裂向按匠空心能斷面術(shù)彈性祝地基獎梁計(jì)享算。2．預(yù)彼應(yīng)力鋼封筋混凝棵土管簽一般抱都做成視一定長肚度的管鈔節(jié)，當(dāng)鎮(zhèn)管芯縱誕向預(yù)壓侄應(yīng)力不幫低于2父MPa畏，且接仰頭采用態(tài)柔性橡洗皮止水化時，僅腥需進(jìn)行拜橫向計(jì)跡算。3．鋼元管辱管壁的嚴(yán)應(yīng)力用前三向強(qiáng)主度理論雁平面應(yīng)授力重疊瓣法計(jì)算碰。4．檔其他醒各種謎預(yù)制匪管光一僑般是埋按照判設(shè)計(jì)基要求初，選胡用廠夏家生芒產(chǎn)的莫各種淺定型鬧產(chǎn)品進(jìn)而不丑單獨(dú)毫進(jìn)行腐結(jié)構(gòu)環(huán)計(jì)算屈。4.夜3.靜3任作用毅于鎮(zhèn)考墩上礙的荷城載直接檔作用歡于鎮(zhèn)獨(dú)墩上跪的荷延載有董：鎮(zhèn)斬墩自貨重、浪水管慢在轉(zhuǎn)斗彎段臂由內(nèi)膊水壓較力引閑起的永軸向敞力、霜管道診彎曲芬段水例流離結(jié)心力開及水壟重、兄土壓輔力等旬。由嫩管道粱傳