第六节渠系建筑物-倒虹吸管
第六节渠系建筑物-倒虹吸管
第六节渠系建筑物-倒虹吸管
倒虹吸管是设置在渠道与河流、山沟、谷地、道路等相交处的压力输水建筑物。
它与渡槽相比，具有造价低、施工方便的优点，但水头损失较大，运行管理不如渡槽方便。
一、倒虹吸管的布置和构造
（一）管路布置
根据管路埋设情况及高差大小，倒虹吸管的布置形式可分为以下几种：
•竖井式：多用于压力水头较小穿越道路的倒虹吸。
这种形式构造简单、管路短。
进出口一般用砖石或混凝土砌筑成竖井。
竖井断面为矩形或圆形，其尺寸稍大于管身，底部设0.5m深的集沙坑，以沉积泥沙，并便于清淤及检修管路时排水。
管身断面一般为矩形、圆形或其它形式。
竖井式水力条件差，施工比较容易，一般用于工程规模较小的倒虹吸管。
•斜管式：多用于压力水头较小，穿越渠道、河流的情况。
斜管式倒虹吸管构造简单，施工方便，水力条件好，实际工程中常被采用。
•曲线式：当岸坡较缓时，为减少施工开挖量，管道可随地面坡度铺设成曲线形。
管身常为圆形的混凝土管或钢筋混凝土管，可现浇也可预制安装。
管身一般设置管座。
在管道转弯处应设置镇墩，并将圆管接头包在镇墩内。
为了防止湿度引起的不利影响，减小温度应力，管身常埋于地下，为减小工程量，埋置不宜过深。
•桥式倒虹吸管：当渠道通过较深的复式断面或窄深河谷时，为降低管道承受的压力水头，减小水头损失，缩短管身长度，便于施工，可在深槽部位建
桥，管道铺设在桥面上或支承在桥墩等支承结构上。
桥下应有足够的净空高度，以满足泄洪要求。
在通航河道上应满足通航要求。
（二）进出口布置1．进口段的形式和布置进口
段包括进水口、拦污栅、闸门、启闭台、进口
渐变段及沉沙池等。
进口段的结构型式，应保
证通过不同流量时管道进口处于淹没状态，以
防止水流在进口段发生跌落、产生水跃而使管身
引起振动。
进口具有平顺的轮廓，以减小水头
损失，并应满足稳定、防冲和防渗等要求。
2．出口段的形式和布置出口段包括出水口、闸
门、消力池、渐变段
等。
其布置形式与进口段相似。
为使出口与下游渠道平顺连接，一般设渐变段，其长度常用用4〜6倍的渠道设计水深。
同时渐变段下游3〜5m长度内的渠道还应护砌，以防止水流对下游渠道冲刷。
渐娈段的底部常设消力池。
消力池长度一般为渠道设计水深的5〜6 倍。
消力池深度可按下式估算：T > 0.5D+ 5 + 30
cm
3 •管身及镇墩的形式与构造
•管身：倒吸管的材料应根据压力大小及流 量的
多少、就地取材、施工方便、经久耐用等原 则综合分析选择。
常用的材料主要有混凝土、钢 筋混凝土、铸铁和钢材等。
为防止温度、冰冻、耕作等不利因素影响， 管道
应埋设在耕作层以下；在冰冻区，管顶应布 置在冰冻层以下；在穿越河道时，管顶应布置在 冲刷线以下
0.5m ;穿越公路时，为改善管身的 受力条件，管顶应埋设在路面以下 1.0m 左右。
为了防止管道因地基不均匀沉陷及温度过 低产生300
780 r |- - X JLJ' 片 LOW
1 320 '肿 1 240 250. 3310 \ T T \
进口幅门
.506 U 2R6.006 —A-Hv 293.906
£
进水口 <7 506 J3 0
较大的纵向应力，使管身发生横向裂缝，管身应
设置伸缩缝，缝内设止水。
缝的间距应根据地
基、管材、施工、气温等条件确定。
伸缩缝的型
式主要有平接、套接、企口接以及预制管的承
插式接头等。
缝的宽度一般为1〜2 cm,缝中堵
塞沥青麻绒、沥青麻绳、柏油杉板或胶泥等。
•镇墩。
在倒吸管的变坡及转弯处都应设置镇墩,其主要作用是连接和固定管道。
在斜坡段若坡度陡,长度大,为防止管身下滑,保证管身稳定,也应在斜坡段设置镇墩, 其设置个数视地形、地质条件而定。
镇墩的材料主要为砌石、混凝土或钢筋混凝土。
砌石镇墩多用于小型倒虹吸工程。
在岩基上的镇墩,可加锚杆与岩基连结, 以增加管身的稳定性。
镇墩承受管身传来的荷载及水流产生的荷载,以及填土压力、自身重力等, 为了保持稳定, 镇墩一般是重力式的。
镇墩与管盖的连接形式有两种：刚性连接和柔性连接。
二、倒虹吸管的水力计算
倒虹吸管的水力计算, 主要是根据渠道规划所确定的上游渠底高程、水位、通过的流量和允许的水头损失，通过水力计算确定倒虹吸管的断面尺寸，水头
损失值及进出口的水面衔接。
实际工作中，渠道在规划时已确定渠道断面形式和上游渠底高程、倒虹吸管通过的流量和允许水头损失值。
因此，倒虹吸管的水力计算内容有下列几种情况：
•根据需要通过的流量和允许的水头损失，确定管道的断面形式和尺寸。
•根据允许的水头损失和初步拟定的断面尺寸，校核能否通过规定的流量。
•根据需要通过的流量及拟定的管内流速，校核水头损失是否超过允许值。
三、倒虹吸管管身结构计算
（一）管壁厚度的拟定管身结构设计步骤一般是根据管径和压力水头的大小，初步拟定管壁厚度，确定各作用荷载，然后进行横向和纵向内力计算，校核管壁厚度，进行横向和纵向内力计算，校核工业管壁厚度，进行配筋计算和抗裂验算。
（二）作用荷载及荷载组合管身结构设计时，
一般根据荷载大小分为若干段进行计算。
对于中小型倒虹吸管，如斜管段不长，内水压力等荷载的变化范围不大时可不分段，而按受力最大的水平段计算，作为确定整个管道构造的依据。
埋在河槽部分的管道，可能出现如下荷载组合：①河道枯水时期管内正常输水，作用荷载有管的自重、土压力、内水压力及管内外温差等；②河道洪水期管内无水，作用荷载有管的自重、土压力、外水压力及管内外温差等；③管内正常输水，管外无水也无填土，作用荷载有管的自重、内水压力及管内外温差等。
交通道路下的管段，应根据具体情况决定何种荷载组合中加地面荷载。
（三）管身结构计算管身结构计算包括横向和纵
向计算。
•横向计算：身横向在各荷载单独作用下的内力（弯矩M和轴力N）可参照有关书籍所列图表，根据倒虹吸管的安装方式等具体情况直接查出。
然后根据荷载组合情况将查得数值组合叠加，即可求得截面的内力值。
•纵向计算：身纵向结构计算比较复杂。
对于中小型倒虹吸管往往不作纵向计算，一般在构造上采取适当措施来减小纵向应力，如在一定长度内设置伸缩缝和柔性接头，对地基进行处理以限制不均匀沉陷，适当选择施工季节或在刚性座垫与管身之间涂柏油或铺油毛毡（管段两端约三分之一长度内）等。