【正文】 工作與渡槽型式的變化發(fā)展密切相關(guān)：一是水利工作集中抓了渠系配套工程建設(shè)，以充分發(fā)揮水利工程效益；二是大型灌區(qū)建設(shè)有了進(jìn)一步發(fā)展；三是相繼興建了一些跨流域、跨省的調(diào)水工程，如引灤入津、引大入秦等。這些工作使這一時期興建的渡槽的輸水流量，有過去的幾個、十幾個立方米每秒發(fā)展到幾十個甚至上百個立方米每秒，從而促進(jìn)了渡槽結(jié)構(gòu)型式的改進(jìn)與創(chuàng)新。 20世紀(jì) 90 年代以來，隨著計算機(jī)技術(shù)地迅猛發(fā)展，利用電子計算機(jī)及先進(jìn)設(shè)計理論進(jìn)行了各種流量、各種跨度渡槽結(jié)構(gòu)型式的研究，以及結(jié)構(gòu)型式優(yōu)選的研究，使得渡槽設(shè)計更趨先進(jìn)合理。各種新材料、新技術(shù)也不斷應(yīng)用于渡槽工程。例如， 1990 年在湖南省鐵山灌區(qū)建成地由桁（剛）架拱發(fā)展而來地第一座拱梁組合式渡槽 — 涼清渡槽，設(shè)計流量 立方米每秒，校核流量 立方米每秒，槽身全長 米，由一跨 米地拱梁組合式結(jié)構(gòu)和兩端個一跨 米地簡支結(jié)構(gòu)組成，槽身采用半圓薄殼斷面，內(nèi)徑為 米，直段高 米 ,槽壁厚 13cm,拱肋采用二次拋物線形等界面雙鉸折線拱，矢跨比 1/，截面尺寸 。又如廣東省東江 — 深圳供水改造工程，是香港、深圳以及工程沿線東菀城鎮(zhèn)提供飲水及農(nóng)田灌溉用水地跨流域大型調(diào)水工程，該工程中的樟洋渡槽設(shè)計流量 Q=90立方米每秒，采用預(yù)應(yīng)力混凝土 U形槽身，縱、橫兩個方向施加預(yù)應(yīng)力，槽壁厚僅 30cm，一節(jié)槽身跨度達(dá)到 24m，同時，又將橋梁工程地先進(jìn)施工技術(shù) — 移動模架施工法用于渡槽施工，取得了良好地經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。 特別需要指出的是，改革開放以來，隨著經(jīng)濟(jì)及社會的發(fā)展，城市生活用水以及工業(yè)用水比重增長很快，中國地供水矛盾已集中到城市，主要用于發(fā)展城市、發(fā)展工業(yè)及保護(hù)環(huán)境，農(nóng)業(yè)用水的重點轉(zhuǎn)為節(jié)水灌 溉和提高用水效率。為了解決蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 3 我國水資源分布與供水需求不完全相適應(yīng)地問題，需要對水資源做重新分配，由此南水北調(diào)工程列入了國家計劃。在南水北調(diào)中線總干渠上，規(guī)劃修建大型渡槽49座，大部分渡槽設(shè)計流量在 300 立方米每秒以上。目前世界上已建成地最大渡槽為印度戈麥蒂（ GOMTI）渡槽，是薩爾達(dá) — 薩哈亞克調(diào)水工程總干渠跨越戈麥蒂河地大型交叉工程，槽身段長 ，設(shè)計流量 357 立方米每秒，過水槽寬 ，槽高 ，槽中水深 ，下部支承結(jié)構(gòu)為空心槽墩和沉井基礎(chǔ)。 由于南水北調(diào)中線工程總干渠為自流輸水，水 頭緊張，可以分配給各座渡槽的水頭損失較小，因而槽身斷面很大，不少渡槽水面總寬在 25m 以上，水深大于5m，其規(guī)模大大超過戈麥蒂渡槽水荷載特別巨大，槽身每延米荷載（不包括自重）可為鐵路荷載地的十幾乃至二三十倍。對于如此大型地渡槽，在確定安全的前提下，如何使工程達(dá)到經(jīng)濟(jì)合理，必然給規(guī)劃、設(shè)計、施工帶來了一系列需要研究解決的問題?？梢灶A(yù)見，隨著南水北調(diào)工程地實施，渡槽這一建筑物在結(jié)構(gòu)型式、設(shè)計理論、新材料運用以及施工技術(shù)等方面，將會有一個更新更大的發(fā)展。 二、渡槽的組成及類型 渡槽是由槽身、支承結(jié)構(gòu)、及進(jìn)出口建筑物 等部分組成。槽身擱置于支承結(jié)構(gòu)上，槽身重及槽中水重通過支承結(jié)構(gòu)傳給基礎(chǔ)，再傳至地基。渡槽的類型，一般是指輸水槽身及其支承結(jié)構(gòu)地類型。槽身及支承結(jié)構(gòu)地類型各種各樣，所用材料又有不同，施工方法也各異，因而分類方法就甚多。 按施工方法分，由現(xiàn)澆整體式、預(yù)制裝配式及預(yù)應(yīng)力渡槽等。按所用材料分，有木渡槽、磚石渡槽、混凝土渡槽及鋼筋混凝土渡槽等。按槽身斷面形式分，有矩形槽 U 形槽、梯形槽、橢圓形槽及圓管形等，渡槽工程中常用地是前兩種。按支承結(jié)構(gòu)型式分，則有梁式、拱式、桁架式、組合式以及斜拉式等。以上分類方法甚多，但能反映 渡槽地結(jié)構(gòu)特點、受力狀態(tài)、荷載傳遞方式和結(jié)構(gòu)計算方法區(qū)別地則是按支承結(jié)構(gòu)型式分類。 （一）梁式渡槽。梁式渡槽的支承結(jié)構(gòu)是重力墩或排架。槽身擱置于墩（架）頂部，既起輸水作用，又是承受荷載而起縱梁作用地結(jié)構(gòu)，在豎向荷載作用下產(chǎn)生彎曲變形，支承點只產(chǎn)生豎向反力。按支承點數(shù)目及布置位置地不同，又分為簡支、雙懸臂、單懸臂及連續(xù)梁四種型式。梁式渡槽的主要優(yōu)點是設(shè)計簡易、施工方便，是采用最為普遍的形式。 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 4 （二）拱式渡槽。拱是一種軸線為曲線或折線形、在豎向荷載作用下拱腳產(chǎn)生水平推力的結(jié)構(gòu)，條件是拱腳需有水平約束。如果拱腳無 水平約束，在鉛直荷載作用下只產(chǎn)生豎向反力的拱形結(jié)構(gòu)，只能稱為曲梁。拱式渡槽與梁式渡槽不同之處，是在槽身與墩臺之間增設(shè)了主拱圈和拱上結(jié)構(gòu)。拱上結(jié)構(gòu)將上部荷載傳給主拱圈，主拱圈再將傳來地拱上鉛直荷載傳給墩臺以水平推力。主拱圈是拱式渡槽的主要承重結(jié)構(gòu)，以承受軸向壓力為主，拱內(nèi)彎矩較小，因此可用抗壓強度較高地虧工材料建造，跨度可以較大（可達(dá)百米以上），這是拱式渡槽區(qū)別于梁式渡槽地主要特點。由于主拱圈將對支座產(chǎn)生強大 水平推力，對于跨度較大的拱式渡槽一般要求建于巖基上。主拱圈有不同的結(jié)構(gòu)形式，如板拱、肋拱、箱形拱和折線拱等?？梢栽O(shè)有不同鉸數(shù)，如雙鉸拱和三鉸拱，也可做成無鉸拱。并且，拱上結(jié)構(gòu)又有實腹與空腹之分。因此，拱式渡槽還可分為不同類型。 （三）桁架式渡槽。又分為桁架式和梁型桁架式。前者是用橫向聯(lián)系（橫系梁、橫隔板及剪刀撐等）將數(shù)榀桁架拱片連接而成整體結(jié)構(gòu)。桁架拱片是主要的承重結(jié)構(gòu)，其下弦桿或上弦桿作成拱形，既是拱形結(jié)構(gòu)又具有桁架的特點。槽身底版和側(cè)墻板可采用預(yù)制混凝土或鋼絲網(wǎng)混凝土微彎板組裝然后填平 ,而成為矩形斷面，有的也采用預(yù)制的矩形、 U形整體結(jié)構(gòu)。按槽身在桁架拱上位置的不同，桁架拱式渡槽可分為上承式、中承式、下 承式和復(fù)拱式四種型式，按復(fù)桿的布置型式則有斜桿式桁架拱和豎桿式桁架拱（只有豎桿無斜桿）。拱形弦桿與墩臺的連接氛圍有鉸和無鉸兩種，無鉸拱要求較好的地基，實際工程中多采用兩鉸拱。桁架拱渡槽一般用鋼筋混凝土建造，整體結(jié)構(gòu)剛性大，能充分發(fā)揮材料力學(xué)性能；結(jié)構(gòu)輕巧，水平推力小，對墩臺變位的適應(yīng)性也較好，因而對地基的要求較拱式渡槽低。梁型桁架是指在鉛直荷載作用下支承點只產(chǎn)生豎向反力的桁架，起作用與梁相同。梁型桁架有簡支和雙懸臂兩種類型。按弦桿的外形分，有平行弦桁架、折線或曲線桁架、三角形桁架等。梁型桁架式渡槽的跨度較梁 式渡槽為大，一般不小于 20 米，宜在中等跨越條件下采用。 梁式和拱式渡槽是兩種最基本的型式，桁架式渡槽應(yīng)用最廣。蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 1 1 基本資料 引洮工程概況 引洮工程是以解決城鄉(xiāng)生活供水及工業(yè)供水、生態(tài)環(huán)境用水為主，兼有農(nóng)業(yè)灌溉、發(fā)電、防洪、養(yǎng)殖等綜合利用的建設(shè)項目，從而實現(xiàn)水資源的優(yōu)化調(diào)度，從根本上緩解該地區(qū)水資源匱乏的問題。引洮工程供水范圍西至洮河、東至葫蘆河、南至渭河、北至黃河，受益區(qū)總面積為 萬 km，涉及甘肅省蘭州、定西、白銀、平?jīng)?、天?5 個市轄屬的榆中、渭源、臨洮、安定、隴西、通渭、會寧、靜寧、武山、甘谷、秦安等 11 個國家扶貧重點縣（區(qū)）， 155 個鄉(xiāng)鎮(zhèn)，總?cè)丝诩s300 萬人。引洮工程由九甸峽水利樞紐及供水工程兩部分組成，計劃分兩期建設(shè)，一期工程建設(shè)內(nèi)容包括九甸峽水利樞紐及引洮供水一期工程。九甸峽水利樞紐是引洮供水工程自流引水的龍頭工程，樞紐主要建筑物包括鋼筋混凝土面板堆石壩、左岸 2溢流洞、右岸泄洪洞、右岸引水發(fā)電洞、供水工程總干渠進(jìn)水口等?；炷撩姘宥咽瘔卧O(shè)計壩頂高程 ，最大壩高 ，水庫總庫容 億 m，電站裝機(jī)容量 3 100MW，年平均發(fā)電量 10 億 kwh。引洮供水工程以洮河九甸峽水利樞紐工程為水源，總干渠設(shè)計引水流量 32 m/s，加大引水流量 36 m/s，年調(diào)水總量 億 m。一期工程年調(diào)水量 億 m，配置非農(nóng)業(yè)用水 億 m，約占總外調(diào)水量的 70%；農(nóng)業(yè)用水 億 m，約占總水量 30%。由 的總干渠、 3條總長 、 20條總長 （分支）渠、兩條總長 的縣城以上城市供水專用管線、 10 條總長 的鄉(xiāng)鎮(zhèn)專用供水管線等構(gòu)成覆蓋全供水區(qū)的輸供水渠（管）網(wǎng)體系。受益區(qū)為定西、蘭州、白銀三個市轄的安定、隴西、渭源、臨洮、榆中、會寧六個縣區(qū) 39個鄉(xiāng)鎮(zhèn)，人口 萬人，發(fā)展高新農(nóng)業(yè)灌溉面積 19萬畝。引洮供水工程屬大型跨流域自流引水工程，工程線路長，跨地域范圍大，穿越流域多，供水區(qū)分散，工程地質(zhì)條件復(fù)雜。總干渠自九甸峽水利樞紐大壩上游洮河右岸取水，以隧洞、暗渠、渡槽形式依次穿越九甸山、宗石山、馱子山、尖山、漫壩河、東峪溝、新寨、秦祁河、高峰進(jìn)入主要灌區(qū)及供水區(qū)，之后以明渠、渡槽、短隧洞形式沿內(nèi)官盆地南緣山腳向 東行進(jìn)，過香泉、吳家川、馬蓮溝、大營梁至馬河鎮(zhèn)結(jié)束?？偢汕こ桃运矶礊橹饕ㄖ铮醪教m州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 2 設(shè)計階段布置隧洞 15座 ，占全長的 %，其中 9 隧洞的長度分別為 13152m、 15100m、 17190m、 18245m，大于 10km 的隧洞占總干渠長度的 %。一干渠渠線自總干渠陽陰峽分水，沿內(nèi)官盆地南緣北側(cè)偏西方向前行，經(jīng)店子街、稱溝至宛川河流域高崖水庫下游。二干渠自總干渠陽陰峽分水，渠線向北穿過內(nèi)官盆地，然后沿關(guān)川河支流西河左岸下行梁家莊止，與安定區(qū)已建成的西河渠、中河渠相接，經(jīng)定西市區(qū) 以及巉口，沿關(guān)川河而下達(dá)會寧縣境內(nèi)的頭寨子。三干渠自總干渠馬河鎮(zhèn)分水，渠線沿大咸河左岸山坡腳與隴海鐵路平行向南下行，經(jīng)通安、云田，在小金家門入渭豐渠。隴西專用供水管線自總干渠 7隧洞出口分水，沿秦祁河右岸山腳向下游前行，至張家堡后跨秦祁河，在左岸經(jīng)北寨鎮(zhèn)后下行至關(guān)門村，再次跨過秦祁河后在右岸行至隴西雙泉鎮(zhèn)結(jié)束，供水管線采用重力流輸水，為 DN1000 的玻璃鋼夾砂管。定西市專用供水管線自總干渠陽陰峽分水，沿正北方向前行，經(jīng)內(nèi)官營鎮(zhèn)后沿內(nèi)官定西公路至祈家莊后，沿西河右岸順?biāo)鞣较蛑晾罴揖着c定西現(xiàn)有水廠銜接，直接向水 廠供水，供水管線采用重力流輸水，為DN800 的玻璃鋼夾砂管。引洮供水一期工程共布置各類建筑物 2393 座，其中總干渠 138 座，干渠 536 座，支渠工程 1719 座。 13渡槽是是引洮工程中連接 5隧洞和 6隧洞的重要連接建筑物。引洮供水一期工程總投資 億元，國家定額補助 億元，甘肅省配套資金 億元，工程建設(shè)工期為六年。 13渡槽基本資料 13渡槽的基本設(shè)計資料 渡槽的設(shè)計流量為 32 ，加大流量為 36 ；渡槽的設(shè)計縱坡為 ；渡槽上游由 2退水閘及漸變段連接 5隧洞和 13渡槽，渡槽下游由漸變段連接 6隧洞和 13渡槽 , 6隧洞縱坡均為 1/1300，渡槽每跨 10m，共 5跨，全長 50m。按照 GB— 50288— 99《灌溉與排水工程設(shè)計規(guī)范》，確定該渡槽的工程級別為 3 級。 13渡槽的地形資料 溝頂寬約 50m，溝深約 8米。屬狹長 V型斷面。無常年流水，溝內(nèi)種植有經(jīng)濟(jì)作物。耕作深度為 。 3m/s 3m/s 1/800i?蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 3 13渡槽的 地質(zhì) 資料 渡槽地基上部為中～重粉質(zhì)壤土（ PlQ13），厚度為 22m，下部為第三系泥質(zhì)粉砂巖（ N2l）。中～重粉質(zhì)壤土的天然密度為 ，干密度為 g/cm3，比重 ；含水量為 %；原狀壓縮系數(shù)為 a2=；濕陷系數(shù) %；屬于中壓縮非自重濕陷性土層。原狀抗剪強度 C=、 =。壓縮模量為 3～5Mpa 允許承載力為 [R]=～ 。 13渡槽的建筑材料及安全系數(shù)資料 該工程主要的建筑材料為水泥、混凝土、鋼筋等?；炷林囟?rc＝ 25KN / m3，混凝土其他特性性能指標(biāo)見表 1－ 1。采用 Ⅰ 和 Ⅱ 級鋼筋， Ⅰ 級鋼筋強度設(shè)計值fy=fy’=210N/mm 2。強度模量 Es＝ 105N/ mm2, Ⅱ 級鋼筋強度設(shè)計值fy=fy’=3 00N/mm2,強度模量 Es＝ 105N/mm2。 鋼筋混凝土重度 r＝ 25KN/ m3。構(gòu)件裂縫寬度允許值， flim＝ 。 構(gòu)件撓度允許值，當(dāng) lO 10m 時撓度限值為 lO/400，當(dāng) lO 10m 時撓度限值為 lO/500。 表 11 混凝土特性指標(biāo)：（單位 N/ mm2） 混凝土強度等級 軸心抗壓 軸心抗拉 彈性模量 Ec 標(biāo)準(zhǔn)值 fck 設(shè)計值 fc 標(biāo)準(zhǔn)值 fck 設(shè)計值 fc C20 104 C25 104 漿砌采用 M15 砂漿砌塊石。 工程回填土及地基力學(xué)特性根據(jù)有關(guān)實驗報告結(jié)果 rc＝ 16KN / m3；Φ＝ 。； C＝ 23Kpa，修正后地基承載力特性值 fa=290Kpa?；A(chǔ)與地基摩擦系數(shù) f＝ ，抗滑穩(wěn)定安全系數(shù) [K]＝ 。 根據(jù)《水利水電工程等級劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定》以及灌區(qū)規(guī)劃要求，確定該渡槽為三級永久建筑物，結(jié)構(gòu)安全級別為 Ⅱ 級 ，結(jié) 構(gòu)重要性系數(shù)為 r0＝ 1，短暫設(shè)計狀況系數(shù)ψ＝ ，偶然狀況系數(shù)ψ＝ ，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)系數(shù) rd＝ 。 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 4 、氣象及施工條件 其他荷載： 人群荷載： (人行橋上的活荷載 ) 基本荷載： (風(fēng)壓 ) 氣象： 最高日平均氣溫 30℃ ，最低日平均氣溫 0℃ ，不考慮凍土深度。 施工條件： 采用裝載式鋼筋混凝土渡槽，預(yù)制吊裝。 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 5 2 渡槽總體布置 渡槽總體布置的主要內(nèi)容包括槽址選擇、形式選擇、進(jìn)出口布置、基礎(chǔ)布置。渡槽總體布置基本要求： 流量、水位滿足灌區(qū)要求 。 槽身長度短，基礎(chǔ)、岸坡穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)選型合理；進(jìn)出口順直通暢，避免填方接頭；少占農(nóng)田、交通方便、就地取材等。