水工建筑物之壩下涵管

時間：2022-02-09作者：荊州市國弘水泥制品有限公司瀏覽：396

在土石壩樞紐，由于兩岸地質(zhì)條件或其他原因，不易開挖隧道時，可在土石壩下埋涵管，以滿足排水和引水的需要。

一、壩下涵管的特點

與山巖隧道開挖相比，壩下涵管不需要開山鑿洞，結(jié)構(gòu)簡單，施工方便，工期短，成本低，因此在中小型工程中應(yīng)用較多。同時，壩下涵管的進(jìn)口通常在水下較深，也屬于深排水或排水建筑。因此，其工作特點、工程布置、進(jìn)出口形式和結(jié)構(gòu)與水工隧道相似。但壩下涵管的管體埋在土石壩下，穿過大壩，如設(shè)計施工不良或使用管理不當(dāng)，很*影響土石壩的安全。根據(jù)國內(nèi)外土石壩故障數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析，壩下涵管的缺陷是土石壩故障的重要原因之一。涵管材料與土石壩填土是兩種性質(zhì)差異較大的材料。如果兩者結(jié)合不好，水庫中的水將沿管壁與填土之間的接觸面產(chǎn)生集中滲流，導(dǎo)致管外填土的滲透變形。特別是由于壩基沉降不均勻或連接結(jié)構(gòu)，壩下涵管必須采取較嚴(yán)重的防滲措施，以確保壩下涵管與周圍地震區(qū)域的緊密結(jié)合。

二、壩下涵管位置選擇

壩下涵管的線路選擇和工程布置的一般原則是經(jīng)濟(jì)合理、安全可靠、操作方便。在選擇壩下涵管的位置時，應(yīng)考慮以下問題。

1.地質(zhì)條件

涵管應(yīng)盡可能設(shè)置在巖基上。如不可能，壩高為10m以下涵洞也可以設(shè)置在壓縮小、均勻、致密的土壤基礎(chǔ)上，但必須有充分的技術(shù)論證。涵洞上部的外部荷載沿管軸方向變化較大，可能會產(chǎn)生不均勻沉降，導(dǎo)致管體斷裂。因此，必須避免在巖基和土基上設(shè)置管體部分，以防止管體因地基沉降不均勻而斷裂。涵洞不得直接建在壩體填料中。在進(jìn)出口位置，應(yīng)注意山坡地質(zhì)的穩(wěn)定性，防止山坡坍塌堵塞涵洞。

2.地形條件

涵管應(yīng)布置在適合進(jìn)口標(biāo)高的位置，以免增加過多的挖掘工程量。涵管進(jìn)口標(biāo)高的確定可根據(jù)應(yīng)用要求、河流沉淀物、施工分流等因素考慮。

3.運用條件

涵管的布置應(yīng)盡可能方便使用。引水灌溉的壩下涵管應(yīng)布置在與灌區(qū)相同的岸邊。如果兩岸都有灌區(qū)，可以在兩岸設(shè)置涵管，避免過河建筑。涵管不宜離溢洪道太近，以免泄水時相互干擾。

4.水流條件

涵洞管的軸線應(yīng)為直線，垂直于壩軸，使水流暢通，縮短管道，減少工程量，減少水頭損失。為了適應(yīng)地形和地質(zhì)的變化，涵洞管必須轉(zhuǎn)彎時，軸應(yīng)連接光滑的曲線，其轉(zhuǎn)彎曲率半徑應(yīng)大于管徑的5倍。

涵管布置時，應(yīng)綜合考慮上述條件，注意與其他建筑物的相互位置關(guān)系，制定若干方案，經(jīng)過經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較后確定。

三、壩下涵管進(jìn)出口建筑

1.進(jìn)口建筑物

壩下涵管多見于小型水庫，涵管多用于引水灌溉。因此，進(jìn)口建筑較好選擇分層取水的結(jié)構(gòu)形式，以便在引水灌溉過程中引入水庫表面溫度較高的清水，有利于作物的生長。

圖7－3.

(1)分級臥管。這種進(jìn)口形式廣泛應(yīng)用于引水灌溉工程中，由水臥管和水臥管下部的消力井組成(圖7)－33)。臥管上有多個臺階，每個臺階上有一個圓孔進(jìn)水口，孔徑10～50cm，用木塞或平門控制引水。臥管應(yīng)布置在堅實的基礎(chǔ)或巖基上，坡度不宜過陡，坡度為1∶2.5～1∶3.為避免水流過急影響管體穩(wěn)定性，臥管上端應(yīng)**較高水位，**部設(shè)置通風(fēng)孔，確保管內(nèi)無壓水流狀態(tài)。引水時，打開靠近水面的進(jìn)水孔，使表面水進(jìn)入臥管，并通過底部的消力井消耗能量，順利轉(zhuǎn)向流入壩下涵管。

這種形式的進(jìn)口建筑結(jié)構(gòu)簡單，施工方便。由于臥室管道中的水流為無壓力流，對于小型工程，可采用漿石、條石建造，可當(dāng)?shù)夭牧希档统杀?。同時，引入水庫表面溫度較高的水，有利于作物的生長。但缺點是孔多，易漏水，閘門使用管理不便，不易準(zhǔn)確控制引水流量。

（2）塔式。這種進(jìn)口形式與隧道的塔式進(jìn)口建筑基本相同?？紤]到引水灌溉的要求，大多數(shù)封閉的塔被分層取水（圖7）－34）。塔的位置可以有三種布置方式。**種是將塔布置在靠近壩**的壩體內(nèi)。其優(yōu)點是受風(fēng)浪和凍結(jié)影響較小，穩(wěn)定性好，沉降和斷裂不均勻的可能性較小，交通橋較短。但由于塔體位于壩體中部，如果塔體與涵洞管的接頭泄漏，會導(dǎo)致壩體滲透變形，塔上游涵洞管維護(hù)不便，塔下游側(cè)較短，可能滲透直徑不足。另一種布置方法是將進(jìn)水塔布置在上游壩腳上，其優(yōu)缺點與上述布置相反。另一種布置方法是將塔設(shè)置在上述兩個位置之間。由于該方法*導(dǎo)致塔體與斜墻防滲結(jié)合部的泄漏，因此該方法不適用于斜墻壩。

（3）斜拉閘門式。沿庫區(qū)山坡或上游壩面布置斜坡，在斜坡上設(shè)置閘門運用的軌道，進(jìn)水口在斜坡的底部（圖7－35）提升機(jī)安裝在山坡平臺或壩**上。該布置方法具有結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、成本低、開閉力小等特點。但由于閘門傾斜，自重不易關(guān)閉，維護(hù)困難。不應(yīng)使用多沉淀河流和高水頭。

塔式進(jìn)口布置圖(單位:m）

1-工作橋；2-通風(fēng)孔；3-控制塔；4-梯子；5-主閘槽；6-維修門槽；7-截水環(huán)；8-伸縮縫；9-漸變段；10-攔污柵；11-粘土心墻；12-消力池；13-巖基；14-壩**；15-馬路；16-干砌；17-漿砌；18-粘土；

斜拉閘門式

1—斜拉閘門；2—支柱；3—通氣孔；4—拉桿；5—混凝土塊體；6—截水環(huán)；7—涵管；8—消能井

2.出口建筑物

壩下涵管的出口建筑包括兩部分：漸變段和消能設(shè)施。漸變段的結(jié)構(gòu)與隧道相同。由于涵管流量小，水頭低，涵管出口的消能模式往往是底流水躍消能模式。

四、壩下涵管的管體形式及結(jié)構(gòu)

1.壩下涵管的管體形式

壩下涵管也分為壓力涵管和無壓力涵管無壓力涵管?？紤]到防止管體漏，不影響土石壩的安全，較好將涵管制成無壓力。管體部分通常有圓形、矩形和拱形。

2.壩下涵管結(jié)構(gòu)

為了防止管身的不均勻沉陷，避免產(chǎn)生集中滲流，在管身一般均設(shè)有伸縮縫、管座、截水環(huán)、涵衣等設(shè)施。

（1）伸縮縫。為了滿足基礎(chǔ)沉降變形、管體伸縮變形和施工能力的要求，應(yīng)在涵洞管的軸線方向進(jìn)行分裂。為了適應(yīng)基礎(chǔ)的變形，鋪設(shè)在基礎(chǔ)上的涵洞應(yīng)設(shè)置沉降縫。在良好的巖石基礎(chǔ)上，雖然沉降不均勻的影響很小，但由于基礎(chǔ)對管體的約束，管體在溫度變化時也可能產(chǎn)生水平裂縫，因此需要設(shè)置溫度伸縮縫，一般考慮溫度伸縮縫和沉降縫，稱為溫度沉降縫。對于現(xiàn)澆混凝土管，接縫間距一般不大于3～管徑4倍，不**過15倍m，預(yù)制管接頭為伸縮縫?？p寬一般為1～3cm。接縫必須止水。

（2）管座。管體應(yīng)放置在堅實穩(wěn)定的基礎(chǔ)上。為防止地基因受力不均勻沉降導(dǎo)致管體斷裂，一般不宜將管體直接布置在土基上，較不宜將管體放置在壩體填方上。

當(dāng)?shù)鼗^弱時，管體應(yīng)放置在剛性管座上，由漿砌塊石和混凝土制成。管座與管體接觸面形成的包角一般為90°～135°，當(dāng)垂直載荷較大時，可使用180°包角。管座的厚度一般為30～50cm。在管座與管體的接觸面上涂上瀝青或瀝青油氈墊層，可減少管座對管體的約束，避免管體縱向變形引起的橫向裂縫。

(3)截水環(huán)。為防止管道外壁集中滲流，經(jīng)常在管壁外設(shè)置截水環(huán)，以改變滲流方向，增加滲徑，減少滲流。

截水環(huán)的布置位置可根據(jù)壩型和上堵下排的防滲原則確定。對于粘土心墻壩或粘土斜墻壩，涵洞通常通過防滲體局部加厚，并在兩者的交叉口設(shè)置2～三個截水環(huán)。均質(zhì)壩上游側(cè)及壩軸位置設(shè)置2個～下游側(cè)不需要設(shè)置三個截水環(huán)。

截水環(huán)應(yīng)設(shè)置在兩個伸縮縫之間，以減少截水環(huán)對管體縱向變形的約束。

(4)涵衣。工程實踐經(jīng)驗表明，涵管與壩體的接觸面是防滲的薄弱環(huán)節(jié)。為了較有效地防止集中滲流，涵管周圍通常是1～2m在范圍內(nèi)，回填粘土作為防滲層，稱為涵衣。涵衣與砂壩殼之間應(yīng)設(shè)置過渡層。

                                                                                                                                                                                               
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