《混凝土渠道及其附属建筑物系列设计图集》使用说明Word文件下载.docx
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十二、涵洞
十三、倒虹吸管
十四、渡槽
十五、隧洞
十六、建筑物进出口衔接段
十七、渠道和建筑物抗冻设计
十八、图集对渠道工程规划、设计、施工及管理的意义
本图集是目前国内外首部内容比较齐全的、通用的混凝土渠道及其附属建筑物系列设计图集,分为上、中、下三册,内容包括渠道及其附属建筑物两大部分,设计图表190张。
渠道按断面形状分为U形、矩形和梯形等明渠以及矩形、城门洞形、圆形等暗渠;
按断面大小分为10级,流量为0.03~7m3/s。
附属建筑物包括水闸、闸门、量水槽、桥梁、跌水、涵洞、倒虹吸管、渡槽及隧洞等9类,同时还给出了渠道与建筑物的衔接段设计图和抗冻设计图。
1.本图集适用于大中型灌区的支、斗、农、毛渠,中小型灌区的干、支、斗、农、毛渠以及设计范围内的引水、输水、给水、排水、退水、泄水渠道。
2.本图集适用于不同气候、不同地形、不同土质、不同经济状况的地区。
当季节性冻土地区的渠道冻深在10cm以下、建筑物冻深在30cm以下时,皆可采用本图集,超过此值时可查用抗冻设计图。
当渠道比降小于临界比降时,可直接查用渠道设计图,大于临界比降时,采用陡槽设计图。
3.本图集建筑物与渠道配套,且渠道系列密度较大,对灌区已成的“非标准”渠道(包括土渠)的新建、改建的配套建筑物,也可采用“就近套入”的方法采用本图集的建筑物设计图。
建筑物与渠道的连接可采用衔接段设计图。
4.本图集含有部分砌石建筑物,适用于就地取材的多石地区。
5.本图集适用于与其设计参数相同或相近的交通、给排水、建筑等领域的引水、输水、给水、排水、退水、泄水等工程。
本图集的使用对象主要为从事灌区新建、改建、扩建、配套施工、管理的工程技术人员,以及相关专业从事渠道工程设计、施工、管理的工程技术人员,也供科研、教学人员以及大中专院校师生使用参考。
(1)根据当地气候、地形、土质、经济状况及设计使用要求,从渠道图中选取渠道断面形状。
(2)根据渠道流量、比降和糙率,从已选取的渠道断面图中选出渠道级别。
(3)根据渠道级别及断面形状配套相应的各类建筑物。
(4)对渠道冻深超过10cm,建筑物冻深超过30cm的地区,按抗冻设计图进行校核后采取相应的抗冻措施。
(5)对渠道比降超过临界比降的特大比降渠道,采用陡槽设计图。
(6)对灌区已成的“非标准”渠道的配套建筑物,可采用“就近套入”的方法使用本图集的建筑物设计图。
(7)当渠道和建筑物设计图选定后,将表中数据代入图中即可按图施工。
本图集内容丰富新颖,编排布置合理,使用简易方便具有明显的先进性、科学性和实用性,体现了“系列化、配套化、灵活性、通用性”的设计思想,在使用时,可以做到互通互换。
现简述如下。
(1)系列化:
系列化是本图集的主要特征,因此本图集称为系列图集。
图集的系列化是指图集内的渠道、建筑物及部件等所有设计的主要参数皆按一定规律排列。
例如,渠道的级别、断面尺寸、比降、糙率,建筑物的种类、形式、级别、部件及细部构造等参数,皆按一定规律排列。
这些大小不一、形式各异、功能不同的渠道、建筑物和部件以及表达其参数的表格和曲线,构成了一部完整的系列化图集,而非个体的、互无关系的典型或汇编图集。
它不仅是解决某条渠道或某座建筑物的单项设计问题,而且是解决某个范围内(如流量小于7m3/s)可能出现的各种渠道和建筑物的设计问题。
因此,只要知道设计对象(如U形渠道)的已知参数(如流量、比降、糙率),就可在表格或曲线中查出该对象(如U形渠道)需求的主要参数(如渠道级别及各部尺寸)代入图中符号,设计完成,即可施工。
(2)配套化:
配套是对系列化的主要补充。
图集的配套是指图集内设计的渠道和所有建筑物、建筑物部件之间完整地、准确地、相互衔接成一整套,并能完成某一特定功能。
例如,Ⅵ级渠道可由Ⅵ级量水槽、桥梁、跌水、涵洞、渡槽等建筑物和Ⅵ级渠道本身相互组合成一条完整的渠道工程并能完成渠道输水功能;
又如,Ⅵ级渡槽是由相应的局部构件、槽身、支承、支座组合成一整套,完成跨越障碍的功能。
总之,由于本图集实现了配套化,使用者只要选好渠道的断面形状和级别,相应的建筑物种类、形式、结构、内部构造以及各种参数,则随即可以进行配套。
(3)灵活性:
灵活运用是本图集区别其他图集的主要特征。
众所周知,渠道工程设计中的参变量很多,例如,水闸设计中的平面布置、上下级渠道衔接、闸底高程变动、闸孔大小、结构形式等;
而且,有些变量无规律可循,如渡槽、倒虹吸管所经过的地形起伏变化,陡槽所经地段的长度和坡度等。
要把这些众多的甚至无规律可循的参变量统一考虑,设计出一套完整的、能适应和满足这些参变量要求的图集,困难重重,这也是几十年来设计这种图集的“瓶颈”。
为此,本图集采取了“综合考虑、自由选择及根据需要、灵活组装”的方法以满足这种要求。
前者就是采用图形、符号、表格、曲线、公式、文字综合表述各变量之间的关系,然后根据图形中的符号从相应表格中查取有关参数,遇有连续变量可由曲线中查取,达到自由选择的要求;
后者就是大部分建筑物由部件组成,这些部件各成系列,相互之间互相配套,使用者可根据需要灵活组装。
总之,通过综合手段达到了渠道工程设计的灵活性。
(4)通用性:
通用是本图集另一重要特征。
它包含两层含义,首先,是指扩大使用范围,这在适用范围中已经详述,本图集基本覆盖了大中型灌区渠道总长度的90%以上和小型灌区的全部;
其次,是指不同建筑物的部件或同种同型的部分部件以及表格、曲线等计算手段彼此可以互相通用,例如,钢筋混凝土管可以同时用于倒虹吸管、涵洞、桥梁以及涵洞式水闸;
进出口衔接段可通用于各种断面的渠道和建筑物的衔接;
渡槽的各种支承可同时用于各种槽身;
陡槽的水力查算图可给出各种断面形式陡槽的水力参数等。
总之,本图集的先进和科学之处,主要地在于创出一条新的设计思路以及为实现这条思路而研究出一套新的可操作的设计方法。
渠道分明渠和暗渠。
明渠断面形状有U形、矩形和梯形,大小分10级,为Ⅰ~Ⅹ级,Ⅹ级最大,流量0.03~7m3/s,U形渠道直径0.3~2m。
三种明渠的同级渠道水深、渠深相同,过水面积:
矩形和梯形相等,U形稍偏小。
暗渠也分10级,断面形状有矩形、城门洞形和圆形,皆与同级明渠的渠道水深相同,过水面积(除小直径圆形系列)也基本相等。
渠道设计具有以下特点:
①种类齐全,既有明渠又有暗渠。
明渠的断面形状有古老的梯形,新推广的U形以及结构稳定的矩形;
暗渠则有通用的矩形、圆形和城门洞形,断面形状比较齐全。
②采取以断面面积大小(兼顾比降和流量)为标准的分级方法,实行渠道系列化,制定合理的系列密度。
②同级别的三种明渠、三种暗渠水深相同,过水面积基本相等,可互通互用。
④用表格列出渠道的流量、比降、糙率之间的函数关系,同时用曲线(或简式)给出“破数”比降,用糙率表加密糙率,以保证在任何比降、糙率下能查出需要的其他参数。
⑤给出不同断面形状的渠道或建筑物衔接前的简易壅水计算方法。
水闸设计图包括平面布置、单项建筑物设计,闸底高程变动设计以及附属的台板、台柱、胸墙设计等。
水闸的平面布置有8种形式;
单项建筑物设计包括4种涵洞式水闸,开敞式水闸以及节制闸设计,每种设计皆由图形、各部尺寸及过闸水位-流量关系曲线组成;
高程变动设计为闸底高程高于或低于上级渠底高程;
台板、台柱的各种参数(高、宽、厚及配筋)皆成系列并与水闸、闸门配套;
胸墙的宽、高、厚及配筋等各种参数用图形和表格表达,根据涵洞式水闸的有关参数可直接查取。
水闸设计是渠道设计中最复杂的设计之一。
其根本原因在于它是从上级渠道向下级渠道引水而涉及两级渠道,甚至三级渠道。
因此,它的设计参变量特别多,主要有:
平面布置(引水闸股数、位置、引水角)、高程(闸底较上级渠底高程变化)、闸型(开敞式、涵洞式)、功能(分水闸、节制闸、退水闸……)、结构(断面形状,如圆形、箱形、U形)、荷载(静荷载及活荷载)、启闭设施(闸台、闸板、胸墙、闸门、启闭机)及上下游衔接等。
如何把这些众多的参变量组合成使用者需要的水闸枢纽的设计参数,是解决水闸设计的关键。
为此,把每种参变量列成系列,再综合各种系列组成系列群,使用者根据已知参变量在这个系列群中去寻找、配套所需要的参数,即可完成设计。
为了使本图集能与超出其级别、流量的灌区更大渠道(如大型灌区的干渠)衔接,图中设想了几级“超级”渠道的参数作为对解决这类问题的补充。
闸门分露顶式闸门和潜孔式闸门,前者用于开敞式水闸,后者用于涵洞式水闸。
闸门材料有钢筋混凝土、钢丝网水泥和铸铁,皆为平面、直升、滑动式。
闸门的各种参数,如门宽、门高、板厚及配筋(指钢筋混凝土及钢丝网水泥)以及启闭力皆自成系列并与水闸配套,只要给出水闸形式和参数即可直接查取配套闸门的参数和设计图。
根据渠道断面形状将量水槽分为两类,一类是适用梯形和矩形渠道的,目前灌区通用的巴歇尔量水槽;
另一类是由有关大专院校研制的,适用于U形渠道的抛物线量水槽和直壁槽式弓形底量水槽。
所有量水槽的各种设计参数皆成系列并与渠道级别配套。
对于渠道比降较大、流量也大,加高过大而困难的,图中也提出了一些解决办法。
同时,图中还给出了一些比较复杂的流量计算公式,作为管理部门制订“量水手册”的依据。
桥梁从过水断面形状分U形、矩形和圆形。
U形、矩形孔桥梁分别与同级U形矩形渠道的断面形状、水力尺寸完全相同;
梯形渠道一般采用矩形孔桥梁,进出口用衔接段连接。
为了与U形渠道配套,本图集设计了一批U形孔桥梁,主要有简支板式、反拱板式、曲梁板式、反双铰拱板式、整体式混凝土等新型结构。
矩形孔有整体边墙板式、分离边墙板式、砌石挡土墙边墙板式、箱形管等;
圆形管为钢筋混凝土圆管。
活荷载分三个等级:
东风12手扶(后轴重16kN),东风50带托(后轴重38kN)、汔10加重(后轴重100kN),超过此荷载者按等值荷载采用涵洞设计图模式。
新型桥是为U形渠道而设计的。
虽然它的设计原理是正确的,且稳定性和强度是经过详细计算的,但它必竟是新型结构,因此,使用时必须详细观测结构受力状态,发现问题及时解决。
跌水从设计和使用角度分为两类。
一类是灌区常用的、跌差较小的直落式跌水和陡坡式跌水,查表简单,使用方便;
另一类是陡槽,又称为急流槽,它是渠道水流处于急流状态的工程建筑,其长度大、落差大,设计比较复杂,是灌区的重点建筑物。
陡槽除用于灌溉渠道外,还经常出现在灌区退水、泄水渠道以及公路、铁路、建筑等退水、防洪工程中。
应用面广。
陡槽的水流性质与陡坡式跌水并无不同,只是由于长度大、落差大,个体性强,一般需进行个体计算。
本图集为解决此问题,独辟蹊径地设计了一套能适应各种落差、长度、比降、断面并配套各种渠道级别、断面形状的陡槽新设计模式。
图中包括各种断面形状(U形、矩形、梯形、圆形)、10种级别槽身及其与上下游渠道的连接设计图,渡槽级别选择图,渡槽降水曲线长度图,长、短渡槽消力塘深度和长度查算图,进口缺口形状及尺寸图表等,并分别举例说明。
为了配合U形渠道需要,本图集新设计了抛物线型缺口。
这种缺口过去只是在理论上提一下,但未见有关设计和实施报道。
为此,本图集遴选了几种计算方案和流量系数,并对其进行比较后推荐了设计图中所述公式。
但因条件限制而未进行水力试验,精度尚难确定,不过,与同级梯形、矩形渠道所对应的梯形、矩形缺口的对应水力指标类比后尚可使用。
当然,希望有兴趣者进行后续研究。
涵洞按过水断面形状分U形、矩形和圆形。
U形涵洞是为适应U形渠道而设计的新型结构,矩形涵洞包括盖板涵洞、拱形涵洞和箱形涵洞,圆形涵洞为混凝土及钢筋混凝土圆管。
洞顶覆土厚度1~8m。
覆土上有附加活荷载者可按图中给出的表格换算成等效土层厚度进行叠加,按叠加后的土层厚度选择结构尺寸。
涵洞为无压流,其比降一般与渠道比降相同,如变比降可跨级选用。
其他如沉陷缝等细部构造,图中皆有细述。
涵洞的断面形状与尺寸皆与同级别渠道配套。
倒虹吸管从设计和使用角度可分为两类。
一类是压头小、管道短、工程量小、构造简单、查表方便,普遍分布于灌区的小倒虹吸管,其形式有竖井式、缓坡式和斜管式;
另一类为斜管式长倒虹吸管,又可以称为“大倒虹”,管道长、压头大,通过的障碍物较多且地形起伏变化无规律可循,设计计算比较复杂,是灌区的重点建筑物。
由于长倒虹吸管的参数复杂多变,突出地表现了它具有明显的个性特征。
因此,必须找出一个能解决个体设计,但不必进行每个个体设计计算的通用方法,以解决实践中出现的问题。
为此,本图集采用了以下方法:
①将倒虹吸管管道的各种参数(内径、水头、管座形式)编成系列,求出对应的结构参数(管壁厚度、配筋),即钢筋混凝土管参数;
②给出各种形式管道的镇墩图及其尺寸和参数;
③给出各种管道接头形式、管座形式、伸缩止水形式的构造图;
④给出倒虹吸管上下水头损失与其他相关参数的查算图;
⑤给出进出形式及各部尺寸、结构厚度表。
最后,在说明中叙述了组装的方法步骤,并通过举例用现成图表组装了一座长倒虹吸管施工图。
倒虹吸管管径为0.3~2m,最大压头50m,最大管长400m。
当管长超过400m时,可用公式计算出上下游水位差,仍可利用本图集的有关图表、参数和方法进行组装。
渡槽和倒虹吸管都是渠道穿越障碍物的输水建筑物,其功能相同,只是结构形式不同。
为适应渡槽的个性化需要,本图集采用部件组装的方法进行设计。
渡槽为简支梁式,由槽身、支承(含基础)组成。
槽身过水断面形状有U形、矩形和圆形,单跨长度有2、3、4、5、6、8、10m七种,支承有排架、单柱和砌石重力墩,高度有2、3、4、5、6、8、10m七种。
槽身、支承自成系列,且互相配套。
同级别的各种形式槽身可选用同级别的任何一种支承结构。
各种结构形式渡槽皆与渠道级别配套。
其他如支座形式、伸缩止水、两岸衔接等细部构造皆有图表文字叙述。
对于排架高度不小于6m的,同时地震烈度不低于7度的渡槽提出了抗震措施。
图中“说明”叙述了组装设计的方法步骤并附举例。
渡槽组装时应尽量使其槽身的断面形状、尺寸、比降与渠道相同,以避免进出口水流流态发生变化,否则要用衔接段与渠道连接并按图中给出的壅水计算方法进行进口壅水校核。
本图集采用无压隧洞。
隧洞断面形状有城门洞形(适用于矩形渠道)和蛋形(适用于U形渠道),衬砌方式有半衬砌土隧洞、半衬砌石隧洞及全衬砌隧洞。
水力尺寸与渠道配套,结构尺寸查山岩压力表,比降与渠道比降相同,如变比降可跨级选用。
在选择建筑物时,尽量使其过水断面形状和尺寸与渠道完全相同,以避免建筑物前后水流流态发生变化。
但由于某些建筑物结构形式以及其他客观原因尚无法达到这项要求,为此,必须使用衔接段。
本图集的附录中绘制了各种形式的衔接段,数量达20种,基本囊括了可能出现的各种衔接形式。
建筑物进口衔接段壅水计算虽然不难,但很繁琐且具个性化。
为解决此问题,我们将Ⅰ~Ⅹ级的各种断面形状的渠道和建筑物的基本参数(包括流量系数)列成表格,并给出简单的壅水计算公式,使用者可根据已知条件,将表中数据代入公式计算即可。
根据我国北方地区的大量调查研究,受基础冻胀作用破坏的水利工程中,最大量的是衬砌渠道和渠道建筑物。
为此,本图集将抗冻问题列入附录,以解决渠道工程的冻胀破坏问题,使本图集能适用于各种气候条件的地区。
根据SL23—2006《渠系工程抗冻胀设计规范》结合图集具体情况提出渠系工程抗冻胀设计方法步骤:
首先,根据当地基本资料、工程性质校核是否需要进行抗冻设计;
其次,给出有抗冻需求工程的抗冻工程措施。
图中设计了一系列图表曲线,以代替那些复杂繁琐的公式计算,使用者基本无需太多的计算,即可直接得出冻胀指标,以判断是否需要抗冻以及采取的抗冻措施。
需要指出,由于冻胀过程十分复杂,迄今已有的理论计算尚不完善,应用于具体的衬砌渠道,特别是小型渠道还显得稚嫩,因此,要在今后的实践中不断地探索、研究和改进。
十八、图集对渠道工程规划、设计、施工和管理的重要意义
翻开本图集可以看出,从图集形式、内容、结构到表达方式呈现出一个崭新的版面,它是集图形、表格、曲线、文字于一身的手册式图集,亦是集规划、初设、施工图于一身的实用性图集。
利用本图集,可以进行渠道工程规划、预算和审核,可以按图施工而无需再做设计,这将节约大量的设计费用,缩短前期工作时间,使灌区形成一个统一的、标准的、定型的渠道工程。
本图集的许多特点,特别是部件组装的模式为渠道和建筑物的预制安装提供了良好的条件,这将促进施工单位建立预制工厂,进行工厂化和标准化生产,不仅可以缩短工期,提高工程质量,而且能节约大量的人力、物力和财力。
由于建筑物标准定型,且预制安装,因此将方便工程维修、部件更换,节省管理费用,大大促进管理单位进行标准化和规范化管理,提高灌区工程管理、灌溉管理等方面的管理水平。
可以设想,当某些灌区或地区全部按本图集修建工程,其由此带来的工程效益和管理效益将会大大提高。
总之,使用本图集将会给灌区工程的规划、设计、施工和管理带来崭新的变化。
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- 混凝土渠道及其附属建筑物系列设计图集 混凝土 渠道 及其 附属 建筑物 系列 设计图 使用说明