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1绪论一、渡槽的作用及发展渡槽是输送渠道水流跨越河渠、道路、山冲、谷口等的架空输水建筑物，是渠系建筑物中应用最广的交叉建筑物之一，除用于输送渠水进行农田灌溉、城镇生活用水、工业用水、跨流域调水外，还可供排洪和导流之用。当挖方渠道与冲沟相交时，为排泄冲沟来水和泥沙，不使山洪及泥沙进入渠道，可在渠道上面修建排洪渡槽。在流量较小的河流上修建闸、坝需用上下游围堰拦断河道时，可在基坑上面架设导流渡槽，使上游来水通过渡槽泄向下游。渡槽在中国已有悠久的历史。古代，人们凿木为槽用以引水，即为最古老的渡槽。据《水经注疏》：长安城昆明“故渠又东而北屈，迳青门外，于穴水枝渠会。渠上承穴水于章门西。飞渠引水入城。东为仓池，池在未央宫西。”“飞渠”即为渡槽，建于西汉，距今约2000年。又距《中国水利史稿》上册考证，《水经•沮水注》中所述的郑国渠“绝冶谷水”、“绝清水”中的“绝”就是指一种原始形态的渡槽。则渡槽见诸历史记载者就比长安城的飞渠更早，这说明渡槽在中国已有2000年以上的历史。20世纪50年代初期，我国新建渡槽多为木、石结构。木渡槽因木材是宝贵且维修费用大、寿命不长，故除少数用做临时性引水外，已不再采用。石拱渡槽是就地取材的建筑工程，由于石料的开采、加工和砌筑常为手工操作，需用大量劳力，但可节约水泥、钢材，且施工技术易为群众掌握，因而知道20世纪70年代，在不少灌区的渡槽工程中石拱渡槽仍占有相当大的比重。至于墩台结构，采用石料砌筑者就更为普遍。20世纪50年代中后期，随着经济建设的发展，采用钢筋混凝土渡槽日渐增多，施工方法以现场浇筑为主。1995年，黑龙江省首先采用了装配式渡槽，装配式渡槽较现场浇筑可节省大量木材和劳力、显著降低工程造价、加快施工进度，并便于施工管理和提高工程质量，因而到20世纪60年代初期以后，在许多省区逐渐得到推广，其中以广东省发展最为迅速。广东省湛江地区除在建筑物型式及预制分块构件的造型等方面不断有所创新外，并在研究国外单向曲率壳槽的基础上，提出了U形薄壳槽身的结构型式及其计算方法。此外，我国南方地区还建了一些钢丝网水泥U形薄壳渡槽，但这种结构不耐久，已较少采用。20世纪60年代后期至70年代中期，在钢材、水泥供应较困难的条件下，渡2槽工程中出现了各种类型的少筋，无筋混凝土结构，如三铰片拱式、马鞍式、拱管式、双曲拱式渡槽等，这些型式由于存在一些缺点，现已很少采用，但确代表了渡槽结构型式发展的一个阶段。珩架拱式渡槽也是这一阶段发展起来的，山东省吸取桥梁工程中这一型式的特点，提出并自20世纪70年代初期开始在山东兴建珩架拱渡槽。山东是我国修建珩架拱渡槽数量最多、类型最齐全的省份。从20世纪70年代中期至80年代的这一阶段，水利事业发展中有几项工作与渡槽型式的变化发展密切相关：一是水利工作集中抓了渠系配套工程建设，以充分发挥水利工程效益；二是大型灌区建设有了进一步发展；三是相继兴建了一些跨流域、跨省的调水工程，如引滦入津、引大入秦等。这些工作使这一时期兴建的渡槽的输水流量，有过去的几个、十几个立方米每秒发展到几十个甚至上百个立方米每秒，从而促进了渡槽结构型式的改进与创新。20世纪90年代以来，随着计算机技术地迅猛发展，利用电子计算机及先进设计理论进行了各种流量、各种跨度渡槽结构型式的研究，以及结构型式优选的研究，使得渡槽设计更趋先进合理。各种新材料、新技术也不断应用于渡槽工程。例如，1990年在湖南省铁山灌区建成地由桁（刚）架拱发展而来地第一座拱梁组合式渡槽—凉清渡槽，设计流量19.5立方米每秒，校核流量21.54立方米每秒，槽身全长75.2米，由一跨50.4米地拱梁组合式结构和两端个一跨12.4米地简支结构组成，槽身采用半圆薄壳断面，内径为5.52米，直段高0.39米,槽壁厚13cm,拱肋采用二次抛物线形等界面双铰折线拱，矢跨比1/5.6，截面尺寸0.5m×1.0m。又如广东省东江—深圳供水改造工程，是香港、深圳以及工程沿线东菀城镇提供饮水及农田灌溉用水地跨流域大型调水工程，该工程中的樟洋渡槽设计流量Q=90立方米每秒，采用预应力混凝土U形槽身，纵、横两个方向施加预应力，槽壁厚仅30cm，一节槽身跨度达到24m，同时，又将桥梁工程地先进施工技术—移动模架施工法用于渡槽施工，取得了良好地经济效益和社会效益。特别需要指出的是，改革开放以来，随着经济及社会的发展，城市生活用水以及工业用水比重增长很快，中国地供水矛盾已集中到城市，主要用于发展城市、发展工业及保护环境，农业用水的重点转为节水灌溉和提高用水效率。为了解决我国水资源分布与供水需求不完全相适应地问题，需要对水资源做重新分配，由此南水北调工程列入了国家计划。在南水北调中线总干渠上，规划修建大型渡槽349座，大部分渡槽设计流量在300立方米每秒以上。目前世界上已建成地最大渡槽为印度戈麦蒂（GOMTI）渡槽，是萨尔达—萨哈亚克调水工程总干渠跨越戈麦蒂河地大型交叉工程，槽身段长381.6m，设计流量357立方米每秒，过水槽宽12.8m，槽高7.45m，槽中水深6.7m，下部支承结构为空心槽墩和沉井基础。由于南水北调中线工程总干渠为自流输水，水头紧张，可以分配给各座渡槽的水头损失较小，因而槽身断面很大，不少渡槽水面总宽在25m以上，水深大于5m，其规模大大超过戈麦蒂渡槽水荷载特别巨大，槽身每延米荷载（不包括自重）可为铁路荷载地的十几乃至二三十倍。对于如此大型地渡槽，在确定安全的前提下，如何使工程达到经济合理，必然给规划、设计、施工带来了一系列需要研究解决的问题。可以预见，随着南水北调工程地实施，渡槽这一建筑物在结构型式、设计理论、新材料运用以及施工技术等方面，将会有一个更新更大的发展。二、渡槽的组成及类型渡槽是由槽身、支承结构、及进出口建筑物等部分组成。槽身搁置于支承结构上，槽身重及槽中水重通过支承结构传给基础，再传至地基。渡槽的类型，一般是指输水槽身及其支承结构地类型。槽身及支承结构地类型各种各样，所用材料又有不同，施工方法也各异，因而分类方法就甚多。按施工方法分，由现浇整体式、预制装配式及预应力渡槽等。按所用材料分，有木渡槽、砖石渡槽、混凝土渡槽及钢筋混凝土渡槽等。按槽身断面形式分，有矩形槽U形槽、梯形槽、椭圆形槽及圆管形等，渡槽工程中常用地是前两种。按支承结构型式分，则有梁式、拱式、桁架式、组合式以及斜拉式等。以上分类方法甚多，但能反映渡槽地结构特点、受力状态、荷载传递方式和结构计算方法区别地则是按支承结构型式分类。（一）梁式渡槽。梁式渡槽的支承结构是重力墩或排架。槽身搁置于墩（架）顶部，既起输水作用，又是承受荷载而起纵梁作用地结构，在竖向荷载作用下产生弯曲变形，支承点只产生竖向反力。按支承点数目及布置位置地不同，又分为简支、双悬臂、单悬臂及连续梁四种型式。梁式渡槽的主要优点是设计简易、施工方便，是采用最为普遍的形式。（二）拱式渡槽。拱是一种轴线为曲线或折线形、在竖向荷载作用下拱脚产生水平推力的结构，条件是拱脚需有水平约束。如果拱脚无水平约束，在铅直荷4载作用下只产生竖向反力的拱形结构，只能称为曲梁。拱式渡槽与梁式渡槽不同之处，是在槽身与墩台之间增设了主拱圈和拱上结构。拱上结构将上部荷载传给主拱圈，主拱圈再将传来地拱上铅直荷载传给墩台以水平推力。主拱圈是拱式渡槽的主要承重结构，以承受轴向压力为主，拱内弯矩较小，因此可用抗压强度较高地亏工材料建造，跨度可以较大（可达百米以上），这是拱式渡槽区别于梁式渡槽地主要特点。由于主拱圈将对支座产生强大水平推力，对于跨度较大的拱式渡槽一般要求建于岩基上。主拱圈有不同的结构形式，如板拱、肋拱、箱形拱和折线拱等。可以设有不同铰数，如双铰拱和三铰拱，也可做成无铰拱。并且，拱上结构又有实腹与空腹之分。因此，拱式渡槽还可分为不同类型。（三）桁架式渡槽。又分为桁架式和梁型桁架式。前者是用横向联系（横系梁、横隔板及剪刀撑等）将数榀桁架拱片连接而成整体结构。桁架拱片是主要的承重结构，其下弦杆或上弦杆作成拱形，既是拱形结构又具有桁架的特点。槽身底版和侧墙板可采用预制混凝土或钢丝网混凝土微弯板组装然后填平,而成为矩形断面，有的也采用预制的矩形、U形整体结构。按槽身在桁架拱上位置的不同，桁架拱式渡槽可分为上承式、中承式、下承式和复拱式四种型式，按复杆的布置型式则有斜杆式桁架拱和竖杆式桁架拱（只有竖杆无斜杆）。拱形弦杆与墩台的连接氛围有铰和无铰两种，无铰拱要求较好的地基，实际工程中多采用两铰拱。桁架拱渡槽一般用钢筋混凝土建造，整体结构刚性大，能充分发挥材料力学性能；结构轻巧，水平推力小，对墩台变位的适应性也较好，因而对地基的要求较拱式渡槽低。梁型桁架是指在铅直荷载作用下支承点只产生竖向反力的桁架，起作用与梁相同。梁型桁架有简支和双悬臂两种类型。按弦杆的外形分，有平行弦桁架、折线或曲线桁架、三角形桁架等。梁型桁架式渡槽的跨度较梁式渡槽为大，一般不小于20米，宜在中等跨越条件下采用。梁式和拱式渡槽是两种最基本的型式，桁架式渡槽应用最广。11基本资料1.1引洮工程概况引洮工程是以解决城乡生活供水及工业供水、生态环境用水为主，兼有农业灌溉、发电、防洪、养殖等综合利用的建设项目，从而实现水资源的优化调度，从根本上缓解该地区水资源匮乏的问题。引洮工程供水范围西至洮河、东至葫芦河、南至渭河、北至黄河，受益区总面积为1.97万km，涉及甘肃省兰州、定西、白银、平凉、天水5个市辖属的榆中、渭源、临洮、安定、陇西、通渭、会宁、静宁、武山、甘谷、秦安等11个国家扶贫重点县（区），155个乡镇，总人口约300万人。引洮工程由九甸峡水利枢纽及供水工程两部分组成，计划分两期建设，一期工程建设内容包括九甸峡水利枢纽及引洮供水一期工程。九甸峡水利枢纽是引洮供水工程自流引水的龙头工程，枢纽主要建筑物包括钢筋混凝土面板堆石坝、左岸1、2溢流洞、右岸泄洪洞、右岸引水发电洞、供水工程总干渠进水口等。混凝土面板堆石坝设计坝顶高程2206.5m，最大坝高136.5m，水库总库容9.43亿m，电站装机容量3×100MW，年平均发电量10亿kwh。引洮供水工程以洮河九甸峡水利枢纽工程为水源，总干渠设计引水流量32m/s，加大引水流量36m/s，年调水总量5.5亿m。一期工程年调水量2.19亿m，配置非农业用水1.53亿m，约占总外调水量的70%；农业用水0.66亿m，约占总水量30%。由110.48km的总干渠、3条总长146.18km的干渠、20条总长238.18km的灌溉支（分支）渠、两条总长47.02km的县城以上城市供水专用管线、10条总长66.26km的乡镇专用供水管线等构成覆盖全供水区的输供水渠（管）网体系。受益区为定西、兰州、白银三个市辖的安定、陇西、渭源、临洮、榆中、会宁六个县区39个乡镇，人口91.41万人，发展高新农业灌溉面积19万亩。引洮供水工程属大型跨流域自流引水工程，工程线路长，跨地域范围大，穿越流域多，供水区分散，工程地质条件复杂。总干渠自九甸峡水利枢纽大坝上游洮河右岸取水，以隧洞、暗渠、渡槽形式依次穿越九甸山、宗石山、驮子山、尖山、漫坝河、东峪沟、新寨、秦祁河、高峰进入主要灌区及供水区，之后以明渠、渡槽、短隧洞形式沿内官盆地南缘山脚向东行进，过香泉、吴家川、马莲沟、大营梁至马河镇结束。总干渠工程以隧洞为主要建筑物，初步设计阶段布置隧洞15座92.97km，占全长的84.2%，其中3、6、7、9隧洞的长度2分别为13152m、15100m、17190m、18245m，大于10km的隧洞占总干渠长度的57.6%。一干渠渠线自总干渠阳阴峡分水，沿内官盆地南缘北侧偏西方向前行，经店子街、称沟至宛川河流域高崖水库下游。二干渠自总干渠阳阴峡分水，渠线向北穿过内官盆地，然后沿关川河支流西河左岸下行梁家庄止，与安定区已建成的西河渠、中河渠相接，经定西市区以及巉口，沿关川河而下达会宁县境内的头寨子。三干渠自总干渠马河镇分水，渠线沿大咸河左岸山坡脚与陇海铁路平行向南下行，经通安、云田，在小金家门入渭丰渠。陇西专用供水管线自总干渠7隧洞出口分水，沿秦祁河右岸山脚向下游前行，至张家堡后跨秦祁