1、緒論一、渡槽的作用及發展 渡槽是輸送渠道水流跨越河渠、道路、山沖、谷口等的架空輸水建筑物，是渠系建筑物中應用最廣的交叉建筑物之一，除用于輸送渠水進行農田灌溉、城鎮生活用水、工業用水、跨流域調水外，還可供排洪和導流之用。當挖方渠道與沖溝相交時，為排泄沖溝來水和泥沙，不使山洪及泥沙進入渠道，可在渠道上面修建排洪渡槽。在流量較小的河流上修建閘、壩需用上下游圍堰攔斷河道時，可在基坑上面架設導流渡槽，使上游來水通過渡槽泄向下游。渡槽在中國已有悠久的歷史。古代，人們鑿木為槽用以引水，即為最古老的渡槽。據水經注疏：長安城昆明“故渠又東而北屈，逕青門外，于穴水枝渠會。渠上承穴水于章門西。飛渠引水入城。東為倉池

2、，池在未央宮西。”“飛渠”即為渡槽，建于西漢，距今約2000年。又距中國水利史稿上冊考證，水經沮水注中所述的鄭國渠“絕冶谷水”、“絕清水”中的“絕”就是指一種原始形態的渡槽。則渡槽見諸歷史記載者就比長安城的飛渠更早，這說明渡槽在中國已有2000年以上的歷史。20世紀50年代初期，我國新建渡槽多為木、石結構。木渡槽因木材是寶貴且維修費用大、壽命不長，故除少數用做臨時性引水外，已不再采用。石拱渡槽是就地取材的建筑工程，由于石料的開采、加工和砌筑常為手工操作，需用大量勞力，但可節約水泥、鋼材，且施工技術易為群眾掌握，因而知道20世紀70 年代，在不少灌區的渡槽工程中石拱渡槽仍占有相當大的比重。至于墩

3、臺結構，采用石料砌筑者就更為普遍。20世紀50年代中后期，隨著經濟建設的發展，采用鋼筋混凝土渡槽日漸增多，施工方法以現場澆筑為主。1995年，黑龍江省首先采用了裝配式渡槽，裝配式渡槽較現場澆筑可節省大量木材和勞力、顯著降低工程造價、加快施工進度，并便于施工管理和提高工程質量，因而到20世紀60年代初期以后，在許多省區逐漸得到推廣，其中以廣東省發展最為迅速。廣東省湛江地區除在建筑物型式及預制分塊構件的造型等方面不斷有所創新外，并在研究國外單向曲率殼槽的基礎上，提出了u形薄殼槽身的結構型式及其計算方法。此外，我國南方地區還建了一些鋼絲網水泥u形薄殼渡槽，但這種結構不耐久，已較少采用。20世紀60年

4、代后期至70年代中期，在鋼材、水泥供應較困難的條件下，渡槽工程中出現了各種類型的少筋，無筋混凝土結構，如三鉸片拱式、馬鞍式、拱管式、雙曲拱式渡槽等，這些型式由于存在一些缺點，現已很少采用，但確代表了渡槽結構型式發展的一個階段。珩架拱式渡槽也是這一階段發展起來的，山東省吸取橋梁工程中這一型式的特點，提出并自20世紀70年代初期開始在山東興建珩架拱渡槽。山東是我國修建珩架拱渡槽數量最多、類型最齊全的省份。從20世紀70年代中期至80年代的這一階段，水利事業發展中有幾項工作與渡槽型式的變化發展密切相關：一是水利工作集中抓了渠系配套工程建設，以充分發揮水利工程效益；二是大型灌區建設有了進一步發展；三是

5、相繼興建了一些跨流域、跨省的調水工程，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展到幾十個甚至上百個立方米每秒，從而促進了渡槽結構型式的改進與創新。主要體現在下述幾個方面：（一）各種大跨度拱式渡槽不斷涌現，如廣西玉林縣的萬龍雙曲拱渡槽，跨度達126m；湖南林縣烏石江渡槽，主拱采用鋼筋混凝土箱形斷面，跨度達110米等。這些大跨度渡槽的寬跨比遠小于1/20，其側向穩定往往成為設計及保證安全運行的突出問題，為了解決此問題，這一時期我國先后試建了十幾座拱體變寬、造型新穎、布局輕巧的板拱及肋拱渡槽，其跨徑崽80100米以上，最小寬跨比達1/401/5

6、0，取得了成功。工程實踐證明，這一階段建造的變寬拱是解決大跨度小寬跨比拱式渡槽側向穩定性的合理造型。（二）預制吊裝程度進一步提高，吊裝重量不斷增大，施工技術不斷發展。如湖北引丹灌區的排子河渡槽，為簡支梁式，一節預制槽身長21.7米，吊裝質量達200t,而槽墩高達3040米，采用滑升式模板法施工，加快了施工進度，保證了澆筑質量，為澆筑高墩、柱開拓了新途徑。再此期間，渡槽工程引用交通部門的轉體施工法取得成功，使用的最大跨度達78.65米。（三）發展了新的結構型式，如上槽下洞式、斜拉式等。上槽下洞式是為了解決與之交叉的河流洪枯流量及相應水位相差懸殊而渠底高程相差不大這一矛盾提出的一種渡槽型式，如河北

7、省引溝入潮的穿鮑邱河渡槽，上部為引溝運河擋水渡槽，設計流量830立方米每秒，校核流量1080立方米每秒；下部為鮑邱河輸水涵洞。斜拉結構較早用于橋梁，20世紀50年代以來斜拉橋得到迅速發展，我國于1975年在四川云陽湯溪河上建成第一座斜拉橋，1982年開始斜拉結構被引入渠道輸水建筑物，目前我國已建成的最大斜拉渡槽為北京二道河斜拉渡槽，渡槽全長276.1m，斜拉段長258m，主跨126m，槽身為普通鋼筋混凝土半封閉u型薄殼結構，通過設計流量5立方米每秒，1988年建成通水。（四）在大、中型渡槽工程中較普遍地使用了預應力混凝土結構，顯著地提高了渡槽地承載力及抗裂性。如河南省陸渾灌區鐵窯河渡槽，設計流

8、量為32.2立方米每秒，槽身段長411.4m，共分19跨，中間8跨采用雙排架預應力空腹桁架槽身，跨度為37.4m。20世紀90年代以來，隨著計算機技術地迅猛發展，利用電子計算機及先進設計理論進行了各種流量、各種跨度渡槽結構型式的研究，以及結構型式優選的研究，使得渡槽設計更趨先進合理。各種新材料、新技術也不斷應用于渡槽工程。例如，1990年在湖南省鐵山灌區建成地由桁（剛）架拱發展而來地第一座拱梁組合式渡槽涼清渡槽，設計流量19.5立方米每秒，校核流量21.54立方米每秒，槽身全長75.2米，由一跨50.4米地拱梁組合式結構和兩端個一跨12.4米地簡支結構組成，槽身采用半圓薄殼斷面，內徑為5.52

9、米，直段高0.39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1/5.6，截面尺寸0.5m*1.0m。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提供飲水及農田灌溉用水地跨流域大型調水工程，該工程中的樟洋渡槽設計流量q=90立方米每秒，采用預應力混凝土u形槽身，縱、橫兩個方向施加預應力，槽壁厚僅30cm，一節槽身跨度達到24m，同時，又將橋梁工程地先進施工技術移動模架施工法用于渡槽施工，取得了良好地經濟效益和社會效益。特別需要指出的是，改革開放以來，隨著經濟及社會的發展，城市生活用水以及工業用水比重增長很快，中國地供水矛盾已集中到城市，主要用于發展城市、

10、發展工業及保護環境，農業用水的重點轉為節水灌溉和提高用水效率。為了解決我國水資源分布與供水需求不完全相適應地問題，需要對水資源做重新分配，由此南水北調工程列入了國家計劃。在南水北調中線總干渠上，規劃修建大型渡槽49座，大部分渡槽設計流量在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，是薩爾達薩哈亞克調水工程總干渠跨越戈麥蒂河地大型交叉工程，槽身段長381.6m，設計流量357立方米每秒，過水槽寬12.8m，槽高7.45m，槽中水深6.7m，下部支承結構為空心槽墩和沉井基礎。由于南水北調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地水頭損失較小，因而槽

11、身斷面很大，不少渡槽水面總寬在25m以上，水深大于5m，其規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，如何使工程達到經濟合理，必然給規劃、設計、施工帶來了一系列需要研究解決的問題。可以預見，隨著南水北調工程地實施，渡槽這一建筑物在結構型式、設計理論、新材料運用以及施工技術等方面，將會有一個更新更大的發展。二、渡槽地組成及類型渡槽是由槽身、支承結構、及進出口建筑物等部分組成。槽身擱置于支承結構上，槽身重及槽中水重通過支承結構傳給基礎，再傳至地基。渡槽地類型，一般是指輸水槽身及其支承結構地類型。槽身及支

12、承結構地類型各種各樣，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，由現澆整體式、預制裝配式及預應力渡槽等。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。按支承結構型式分，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，但能反映渡槽地結構特點、受力狀態、荷載傳遞方式和結構計算方法區別地則是按支承結構型式分類。（一）梁式渡槽。梁式渡槽的支承結構是重力墩或排架。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構，在豎向荷載作用下產生彎曲變形

13、，支承點只產生豎向反力。按支承點數目及布置位置地不同，又分為簡支、雙懸臂、單懸臂及連續梁四種型式。梁式渡槽的主要優點是設計簡易、施工方便，是采用最為普遍的形式。（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生水平推力的結構，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生豎向反力的拱形結構，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了主拱圈和拱上結構。拱上結構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構，以承受軸向壓力為主，拱內彎矩較小，因此可用抗壓強度較高地虧工材料建造，跨度可

14、以較大（可達百米以上），這是拱式渡槽區別于梁式渡槽地主要特點。由于主拱圈將對支座產生強大 水平推力，對于跨度較大的拱式渡槽一般要求建于巖基上。主拱圈有不同的結構形式，如板拱、肋拱、箱形拱和折線拱等。可以設有不同鉸數，如雙鉸拱和三鉸拱，也可做成無鉸拱。并且，拱上結構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。前者是用橫向聯系（橫系梁、橫隔板及剪刀撐等）將數榀桁架拱片連接而成整體結構。桁架拱片是主要的承重結構，其下弦桿或上弦桿作成拱形，既是拱形結構又具有桁架的特點。槽身底版和側墻板可采用預制混凝土或鋼絲網混凝土微彎板組裝然后填平,而成為矩形斷面，

15、有的也采用預制的矩形、u形整體結構。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、下承式和復拱式四種型式，按復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，整體結構剛性大，能充分發揮材料力學性能；結構輕巧，水平推力小，對墩臺變位的適應性也較好，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

16、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，桁架式渡槽應用最廣。第一章 設計的基本資料第一節 槽位概況引水工程藥水溝渡槽位于干渠9+800樁號處。渠水自5號無壓隧洞引出后需跨越一個山谷，山谷兩岸地形較對稱，但深度較大，谷底最低處與渠底間高差達30米，山谷地層巖性主要為片麻狀花崗巖及角閃石片巖，傾角約為70，巖性堅硬，分化層深度約為1-2m，工程地質條件屬優良。渠系規劃確定，在山谷處修建一座干鋼筋混凝土梁式渡槽將渠水輸送至對岸。渡槽設計流量25，加大流量30。根據渡槽總體布置的基本要求，渡槽長度最短，進出口起止點爭取落在挖方渠道上、以及進出

17、口于上下游渠道連接順暢，確定槽身長度為180m.渡槽上游5號隧洞斷面為圓拱直墻式，底寬6.0m，縱坡i=1/1000,洞壁糙率n=0.033,設計水深h1=3.3m,加大水深h1m=3.8m.渡槽下游渠道斷面亦為矩形，底寬7.0m，縱坡i=1/2000,渠道表面噴水泥砂漿護面，糙率n=0.0275,渠中設計水深3.14m,加大水深3.60m.規劃規定，渡槽通過設計流時的允許水頭損失為z=0.52m.第二節 自然地理條件一、氣象 該場地地處中緯度大陸內部，為溫帶半干旱大陸性季風氣候，根據蘭州中心氣象站1930-1990年資料，本地區平均溫度為9.3.最冷月為一月份月平均氣溫-6.4； 最熱月為七

18、月份，月平均氣溫為39.1.極端最低氣溫為-23.1，氣溫年較差為29.1，年平均較差為13.4.地面平均為11月29日，解凍周期為2月5日，最大凍結深度以一月份最高，達103cm.年降水量319.4mm，年蒸發量高達1437.7mm.二、地形地貌 該場地位于青藏高原東北緣與黃土高原交界帶附近，大通河下游谷底右岸，西面靠山，東臨大通河。由于河流的沖積作用及山谷洪流作用，該場地在地貌上屬山澗河谷地貌，其地貌類型為河流堆積和山麓斜坡堆積形。該場地屬大通河右岸極階地后緣，地面標高變化較大，在1869.55-1894.85m.三、工程地質及水文地址條件（一）地層結構 本次勘察表明，在鉆探所達到深度范圍

19、內，場地地層層序如下： 第一層：黃土粉狀土，淺黃色，中密，稍濕，可塑，中-低壓縮性，空隙發育，可見白色鈣質結核。層厚0.20-21.4m，層面標高1869.55-1894.85m,層底標高1868.80-1874.75m。個別孔局部夾卵石或細砂。 第二層：卵石層，青灰色，圓形-亞圓形，中密，主要成分由長石，砂巖、花崗巖、灰巖及片麻巖等組成，相互交錯排列，卵石粒徑一般為2-10cm,最大粒徑15cm。 卵石層埋深0.00-21.40m，層面標高在1868.80-1874.70m。（二）地下水埋藏條件 本次勘察在鉆探探度范圍內未見地下水，可不考慮地下水對工程的影響。四、場地地震效應 按國家地震局的

20、有關資料，該場地的地震設防烈度為8度，根據國家標準建筑抗震設計規范（gb50011-2001）的規定，從場地土的性質和波速測試數據判定，黃 土狀 粉土層屬于軟弱場地土，卵石層屬于中硬場地土，場地類別為類中硬場地，屬于有利地段，可進行建設一般場地。場地基本風壓值為0.3，場地的卓越周期為0.236，設計特征按0.4s采用，設計基本地震加速度為0.20g,為第二組。五、場地黃土濕陷性評價根據原狀土樣室內試驗（t130）結果得知，擬建場地t13勘探點濕陷性黃土厚度為16.6m,總濕陷量為103.8cm，計算自重濕陷量為為56.1cm,根據濕陷性黃土地 區建筑規范（gb50025-2004）,該建筑場

21、地濕陷類型屬自重濕陷性黃土場地，濕陷性黃土場地的濕陷等級iv級（很嚴重）。六、巖土工程分析評價及地基方案（一）地基土的承載力及變形模量 根據土的原位測試及室內土工實驗結果，各層土的允許承載力值及變形模量建議按表4采用。 允許承載力值及變形模量值表土層名稱及層序永許承載力值（kpa）變形模量（mpa）黃土狀粉土（1）1406.0卵石層（2）50040.0（二）地層分布 根據鉆探揭露，該場地地層結構總體分布具有明顯的規律性，上覆黃土層分布厚度為0.2-24.0m,無力力學性質較差，下覆卵石層無力力學性質較好，是較好的持力層。該場地未見不良地質現象，場地和橋基基本穩定。（三）土、石料的分級根據公路工

22、程地質勘察規范（jtj06498）該場地低級土分級為：土料為級，卵石為級。第二章 方案比選 比選方案一:預應力混凝土矩形拉桿式簡支梁式渡槽（推薦方案） 相比一般混凝土固有的缺點，如混凝土的抗拉強度過低，極限拉應變太小，在設計荷載作用下，混凝土容易開裂，使的鋼筋混凝土結構受裂縫開展寬度的限制不能有效的利用高強度材料，預應力混凝土是事先在混凝土中造成一種預壓力，用以抵消外荷載作用所產生的拉應力，使得混凝土的整個截面是處于受壓的工作狀態，或者限制混凝土的拉應力小于其抗拉強度的設計值，這樣就不會出現拉應力，或不出現超過極限值的拉應力。在本工程中,槽身承受的水荷載很大 ,同時又要求使用階段的變形較小,水

23、密性較好 ,不產生漏水,為了改善結構的力學性能,減輕槽身自重 ,加大跨度,本方案采用預應力混凝土。槽身采用先張法施加預應力。懸臂側墻式矩形槽，頂部一般多設拉桿，間距1.5-2.5m，以改善側墻和底板的受力狀態側墻和底板的連接處常加設貼腳，以減少轉角處的應力集中。為便于交通，在墻的內外兩側做外伸懸臂板，板厚6-20cm,作為人行道。矩形槽身的側墻兼作縱梁用，可以減少縱向彎矩。材料利用率高，自重較輕，跨越能力大。在渡槽的整體設計中，支承型式和布置對整個設計方案有較大影響，故應合理選擇，世上、下部結構協調一致，工程量及造價最小。本工程中采用雙柱式槽架，槽架高度大于6m時，兩柱間應設置橫梁。槽架上有蓋

24、梁，柱頂鋼筋錨固于蓋梁內，蓋梁做成雙懸臂式，其上擱置槽身。這樣的選取既能保證結構的要求，又不至于混凝土用量過多。基礎型式的選擇主要考慮兩方面的因素：一是渡槽上部結構型式和荷載性質與大小；二是地基的地質情況及水文條件，其中地質條件是主要因素。當渡槽荷載較大，地基軟弱，且軟弱層太厚，地基承載力不足或沉將量過大時，則需要采用樁基。大中型渡槽的荷載一般均較大，而槽址處于天然地基情況往往很復雜，故在大中型渡槽，樁基采用較廣泛。綜合這些因素，采用樁基礎，并用現澆法。樁基礎由若干根柱和承臺兩部分組成。它的作用是將承臺以上結構物傳來的外力通過承臺，由樁傳到較深的地基持力層中去，承臺將各樁連成一個整體共同承受荷

25、載。樁是基礎中的柱型構件，其作用在于穿過軟弱的壓縮性土層或水，把樁基坐落在更硬或更密或壓縮性較小的地基持力層上。樁基礎具有承載力高、穩定性好、沉降量小而均勻，在深基礎中具有耗用材料少、施工簡單等特點。比選方案二:預應力u型斷面空腹式拱式渡槽。比較于矩形槽橫斷面，u形槽身橫斷面為半圓加直線段,其具有水利條件較好等優點。u形槽身多采用鋼筋混凝土制作,當跨徑及過水流量較大時可采用預應力鋼筋混凝土結構 ,在縱向或縱、橫兩個方向施加預應力,以利于抗裂防滲,但其防滲抗裂及抗凍,耐久性較差。實腹式拱式渡槽結構的拱上結構用材料多,重量大,一般只適用于中小跨度的拱式渡槽,它的缺點有：由于它是一種推力結構，支承拱

26、的墩臺和地基必須承受拱端的強大推力，因而要求有良好的地基；對于多孔連續拱，為防止其中一孔破壞而影響全部拱身，還需要采取特殊的措施，或設置單向推力墩以承受不平衡推力；混凝土拱橋施工需要勞動力較多，建設時間較長等。就本設計而言,其跨度很大,達到40m,綜合上述因素，不宜采用。重力式實體墩有墩頂、墩身和基礎三部分組成。重力式實體墩的墩體強度及穩定以滿足要求，但用材多，自重大，適用于盛產石料地區，墩高一般在815m,不宜用于高槽墩和地基較差的情況。故本工程中不宜采用。第三章 槽身結構計算第一節 水力計算渡槽水力計算的目的：（1）選定合理的槽身縱坡（即槽底比降）；（2）確定槽身斷面尺寸；（3）通過水頭損

27、失和水面銜接的計算，確定渡槽進出口高程與連接形式。渡槽水力設計的計算步驟：一般按通過最大流量qm來擬定槽身的縱坡i,凈寬b和h,然后按設計流量qo計算水流通過渡槽的總水頭損失z，如z等于或略小于規劃定出的允許水頭損失，則可最后確定i、b和h，進而定出有關高程。這樣，進出口建筑物和槽身結構的縱剖面布置也就相應決定了。一、渡槽過水能力計算由已知資料得出槽身總長度l=180m,渡槽進口漸變段前上游渠道設計水深h1=3.3m,加大水深h1m=3.80m.渡槽設計流量q=25,加大流量qm=30.渡槽總水頭損失z=0.52.根據加大流量qm=30，槽中為滿槽水情況擬定槽底縱坡i，槽身凈寬b和凈深初步擬定

28、，i值可在1/500-1/1500范圍內選用，取i=1/700,b=3.5,通過加大流量時槽內水深h=2.68m,槽壁糙率n=0.014,因槽身長度為180m,大于15倍渡槽進口段前隧洞水深（153.8=57m）按明渠均勻流公式計算，故按下式驗算槽身過水能力。過水斷面面積a=42.68=10.72濕周x=4+22.33=9.36m水力半徑r=a/x=10.72/9.36=1.145m流量=計算所得流量稍大于加大流量，故滿足要求，再以i和b試算通過設計流量時的槽內水深h設h=2.33m,b=3.5m,i=1/700過水斷面面積 a=42.33=9.32濕周 x=4+22.33=8.66m水力半徑

29、r=a/x=9.32/8.66=1.076 m流量=所得流量q稍大于設計流量，可以滿足要求。二、水頭損失及水面銜接計算 按渡槽通過設計流量q=25計算，a=9.32,r=1.o76m,b=3.5m（一）進口漸變段水面降落值 式中:為槽身流速，=25/9.32=2.68m/s,為進口漸變段始端（5號隧洞出口）斷面平均流速，=25/(63.3)=1.263m/s;為進口漸變段局部水頭損失系數之和，取漸變段損失系數為0.2，門槽損失系數為0.05，=0.2+0.05=0.25;為進口漸變段長度；=2.57（b1-b）=2.57(7-3.5)=6.425m;為進口漸變段的平均水力坡降；,根據進口漸變段

30、兩端面的a,r和n值，求出將以上各值代入，可求得：m（二）槽身段水面降落值（三）出口漸變段水面回升值式中; 出口漸變段末端渠道斷面平均流速，=25/(73.14)=1.137m/s; 為出口漸變段局部水頭損失系數之和，取漸變段損失系數之和為0.5，門槽損失系數為0.05， =0.5+0.05=0.55；為出口漸變段長度；為出口漸變段平均水力坡降，根據出口漸變段兩端斷面的a,r和n,求出則可求得（四）總水頭損失求得的z 值略小于允許水頭損失z ，滿足設計要求。（五）進出口高程的確定已知渡槽進口前5號隧洞出口斷面高程=1896.25m,通過設計流量時的水深=3.30m;槽中水深h=2.33m,進口

31、漸變段水面降落=0.363m,槽身沿程水面降落=0.257m,出口漸變段水面回升=0.113m；下游渠道水深=3.14m，則：進口糟底高程：1=3+h1-z1-h=1896.25+3.30-0.363-2.33=1896.857m;進口糟底抬高： y1= =1896.857-1896.25=0.607m;出口槽底高程: =1896.857-0.257=1896.600m;出口渠底降低： y2=h2-z3-h=3.14-0.113-2.33=0.697m;出口渠底高程：=1896.600-0.697=1895.903m ；最后確定槽身過水斷面尺寸如下：縱坡i=1/700,底寬b=3.5,糙率n=

32、0.014,，按明渠均勻流計算得出：時，第二節 尺寸擬定根據前面計算結果：渡槽要滿足行人要求，在側墻頂的內外兩側做外伸懸臂板，內外各外伸50cm,則行人道為100cm，厚10cm,人行道兩側設護欄，渡槽兩側都設人行道，具體斷面尺寸如(圖1)所示。圖1 槽身斷面圖（單位: cm）第三節 荷載計算永久荷載標準值=永久荷載分項系數永久荷載標準值,其中=1.05可變荷載設計值=可變荷載分項系數可變荷載標準值,其中=1.2槽身是一種空間薄壁結構，受力較復雜，在實際工程中，近似的分成縱向及橫向兩部分進行平面結構計算。人群荷載取,鋼筋混凝土重度=，水重度，具體槽身荷載計算見表1； 表1 槽身荷載計算 （單位

33、：g:kn/m）荷載種類標準值設計值計算式大小計算式大小側墻重32.66拉桿重0.2920.307人行板重4.54.725槽頂滿人荷載67.2底板與水重109.12114.58注：拉桿重忽略不計第四節 橫向結構計算一、受力情況分析由于槽身在拉桿之間的斷面和設置拉桿處的斷面及橫向變位相差甚微，故仍可沿槽身縱向取1.0m的脫離體，按平面問題進行橫向計算；作用在脫離體上荷載由兩側的剪力差維持平衡,側墻與底板交接處視為剛節點，拉桿與墻頂連接處視為鉸接，沿中心線切口可視為上下移動的雙連桿支座，計算簡圖如圖2所示：圖2 槽身橫向內力計算簡圖 （單位：cm）由計算b/h=3.9/2.78=1.40,在1.2

34、5-1.67之間，表明，側墻底部與底板跨中的最大彎矩均發生在滿槽水深情況，近似地將槽內水深取至拉桿中心作為控制條件，槽頂荷載產生的集中力，按標準荷載計算為： 二、拉桿軸向力計算簡化后結構為一次超靜定結構，可用力法計算拉桿x1，亦可按下式計算其中：h=2.83m,l=1.85m; 按設計荷載計算為：三、側墻內力計算（一）側墻彎矩。由拉桿中心線到側墻計算截面的距離為y的彎矩按標準荷載計算為：（二）側墻軸力ny.軸力ny只近似考慮側墻截面承受剪力，按標準荷載計算為：式中為作用在槽身截面上的計算剪力，其值等于1.0m槽身長的總荷載，即縱向計算中的均布荷載q按設計荷載計算為： 四、底板內力計算（一）底板

35、彎矩。離側墻中心線x處的底板彎矩計算，按標準荷載計算為：按設計荷載計算為：（二）底板軸力，底板軸力等于側墻低端的剪力，按標準荷載計算為第五節 橫向配筋計算一、底板配筋按底板中部彎矩配筋（采用設計值）采用混凝土，級鋼筋， 二、底板抗裂驗算驗算斷面為跨中斷面，按標準荷載計算，考慮鋼筋的作用： 滿足抗裂要求。三、側墻配筋對側墻最大彎矩處（y=1.34）的配筋，計算如下：按大偏心受拉構件計算按受力計算不需要配筋，但仍應按構造要求配筋，說明按所選進行計算，就不需要混凝土承擔任何內力了，這意味著實際上的應力不會達到屈服強度，所以按2計算； 按大偏心受拉構件配筋計算表明不需要配筋，但仍應按構造要求配筋：不考

36、慮的承壓作用最后決定選配，并沿墻高布置的縱向鋼筋。四、人行板橫向配筋按受彎構件配筋：五、拉桿的橫向配筋30米長的一跨渡槽共13根拉桿，作用在每根上的荷載為：剪力：q=按小偏心受拉構件配筋兩側都配置六、拉桿的斜截面計算 滿足斜截面受剪承載力要求。則不需要進行斜截面抗剪配筋計算，僅按構造要求設置腹筋，選配第六節 縱向結構計算一、基本數據（一）結構安全級別為二級，結構重要性系數為（二）荷載及其分項系數。槽深自重,行人荷載取為3.0kn/，.渡槽的水位是可以控制的，現按滿槽水計算,可變荷載長期組合系數。（三）環境條件類別。因渡槽處于漏天，故環境條件類別為二類，有附錄四表一查的混凝土保護層最小厚度c=2

37、5mm。（四）材料，混凝土強度等級為，。放張時及施工階段驗算中混凝土實際強度取,相應的。預應力筋采用7， ，鋼筋與混凝土彈性模量比.箍筋采用二級鋼筋。（五）設計狀況系數，設計狀況為持久狀況，但施工階段為短暫狀況驗算時取用。（六）結構系數。（七）裂縫控制等級按二級控制，查附錄表（短期組合）；（長期組合）二 、內力計算(一)荷載標準值1.槽身自重 2.滿槽水重3.行人重（二）計算跨度支座處支承寬為0.75m1.計算彎矩2.計算剪力時：（三）彎矩及剪力值:三、正常使用情況（一）荷載效應短期組合：（二）荷載效應長期組合：三、截面幾何特性（參見圖1）換算截面面積見（表2）及慣性矩見(表3)；表2 換算截

38、面面積面 積符 號算式面積離槽頂00軸距離y(mm)面積距10002250100(3900+4100)10024.0149.6598.4-(3300+3500)1002-3.4150.5-511.73900 238092.821390129019.8-35002380-83.31390-11578739002007.8268020904-(3100+3500) 2002-6.62678-17674.8390030011.7293034281(5.22-1) 84000.354530301074.1425.3752003.84換算截面重心至槽身頂邊和底邊的距離分別是表3 換算截面慣性矩()2四、

39、預應力筋估算（一）承載能力計算（橫截面簡化為t型梁），預應力筋采用鋼絞線 ，則由n140解得以正常使用驗算滿足正常使用抗裂要求。由以上計算得出：配置全預應力筋6015.2（=8400）五、預應力筋張拉控制應力考慮到其具體施工工藝條件，鋼筋張拉不易準確，鋼筋張拉控制應力為0.7六、預應力損失值 （一） （二）溫差損失， 由于在鋼模上張拉預應力筋，鋼模與構件一起進行蒸汽養護，=0（三）預應力松弛損失.廠家供應的鋼材是普通松弛的鋼絞線，張拉預應力筋采用一次張拉控制應力； =0.7f=1302 =0.4(/-0.5)=0.4(1302/1860-0.5)1302=104.16 （四）收縮與徐變損失，求

40、；在預應力重心處的混凝土法向應力為：求：所以總損失七、使用階段正截面受彎承載力計算槽身簡化為t型梁計算如（圖3）所示（一）鑒別中和軸位置所以屬第二類t型截面圖3 t型截面簡圖 （單位：cm） （二）求受壓區高度（三）求相對界限受壓區高度，預應力筋為鋼絞線（四）檢驗是否滿足使用條件式，縱向受拉鋼筋合力點至槽底邊的距離a=50mm,則（五）受彎承載力復核 正截面受彎承載力滿足要求。八、使用階段抗裂要求驗算（一）正截面抗裂驗算。求槽底邊緣求槽底邊緣；所以滿足荷載效應短期組合的條件；滿足荷載效應長期組合條件；（二）斜截面抗裂驗算，支座邊截面重心軸處主應力計算。求外荷剪力產生的剪應力；支座邊截面彎矩近似

41、為零，故正應力為零；求預加壓力在支座邊截面重心軸處的正應力，需考慮預應力筋在預應力傳遞長度范圍內實際應力值的變化，由，其中 由表查得：支座邊長為750mm,則支座邊預應力筋的實際應力值為：支座邊緣處：則主應力為：按一般要求不出現裂縫的構件驗算九、使用階段斜截面承載力計算（一）截面尺寸驗算（二）確定是否按計算配置箍筋需按計算配置箍筋。（三）配置箍筋計算；按構造選用雙肢箍筋沿槽身全長配置。滿足承載力要求。配筋率滿足最小配筋率要求。十、撓度驗算（一）求短期剛度和長期剛度 不出現裂縫的短期剛度荷載效應短期組合（并考慮部分荷載的長期作用的影響）時的長期剛度荷載效應長期組合時的長期剛度（二）求外荷載作用下

42、的撓度 荷載效應短期組合時荷載效應長期組合時（三）求預加應力產生的反拱值（四）求外荷載及預應力共同作用下的總撓度短期組合： 長期組合：十一、施工階段驗算按施工階段不允許出現裂縫的構件，對放張時和吊裝運輸及安裝時的截面應力進行驗算。（一）放張時截面上邊緣的應力：截面下邊緣的應力： （二）吊裝運輸及安裝時，取吊裝時的受力驗算；槽身自重為，動力系數采用1.50，設計狀況(短暫狀況)系數吊點設在距構件兩端各處，吊點處構件自重標準值短期組合效應組合在計算截面上產生的彎矩值；截面上邊緣的應力截面下邊緣的應力第四章 槽墩排架設計第一節 尺寸擬定藥水溝渡槽距離谷底最低處在30米以下，可采用單排架支撐槽身，排架

43、固定與墩座上，考慮排架不宜過高，對穩定有利。渡槽全長180米，每跨30米，共6跨，7個排架。現以最高排架為計算示例，其他排架計算相同，故略去。為使立柱在豎向荷載作用下為軸心受壓構件，立柱中心線與渡槽支承中心線相重合。排架的各部位尺寸如(圖4)所示：圖4 槽墩立面圖（單位：cm）第二節 荷載計算人行荷載,風荷載分項系數 一、水平荷載：槽下溝內無常年流水，故不考慮水的作用。（一）風荷載1.作用于槽身的風荷載強度按下式計算： 式中：風荷載體型系數，=0.76按滿槽均勻流內插得=1.79 風壓高度系數，=1.3592風振系數，取=1.5風振系數，由=3.423查的 =1.528基本風壓值，=0.3kn

44、/ 按標準荷載計算為：=kn/ 按設計荷載計算為：w=吹到30m長一跨的總風荷載：其中槽高為3.08m則按標準荷載計算為：按設計荷載計算為：2.作用于排架上的橫向風壓力：其中： =1.4 =1.098 =1.5 =1.528 =0.3kn/;立柱凈距與立柱迎風面寬度之比：190/150=1.2710，值在0.21.0之間變化近似取=0.224;按標準荷載計算為：按設計荷載計算為：(二) 地震力作用：，=9.81kn/槽身及水體質量：頂梁及兩側擋板： 立柱質量：立柱混凝土采用， = 縱向:橫向：縱向：橫向：縱向：橫向：縱向：橫向：地震力：縱向： 各柱子的地震剪力：二、垂直荷載（傳給每個立柱的荷載

45、）排架垂直荷載計算見表4.表4 排架荷載計算（單位：kn）荷載種類 標準值大小待添加的隱藏文字內容1設計值計算公式槽身荷載（傳給各個立柱荷載）槽身自重 800.88198.072人群荷載90.00108.00滿槽水重1170.31228.82頂橫梁及外伸板34.6136.34排架自重中間橫梁7.7257.725立柱頂兩個牛腿及端部重51.5654.147m高立柱重262.50275.625.75m高立柱重215.62226.41三、排架節點荷載（一）槽身傳遞給排架頂部的荷載作用于槽身的橫向風壓力通過支座的摩阻作用，以水平力形式傳到排架頂部；同時距排架頂的高度為3.08/2=1.54(m),對排

46、架頂高所產生的力距將轉化為一對相反的集中 力，分別作用于兩立柱頂部，迎風面的方向向上，背風面力的方向向下；其等于槽身上的總風壓力對排架頂屈居，再除以立柱軸線的距離，即槽身自重及槽身水重也通過支座傳到排架頂部，荷載情況如圖5.（a）,(b)所示。圖5 單排架計算圖 單位：（kn）1.滿槽水加橫向風壓力情況2.空槽加橫向風壓力情況（二）作用于排架節點上的橫向風壓力（即與節點相鄰的上半柱與下半柱的橫向風壓力之和）（三）立柱頂的節點荷載 （四）立柱節點荷載第三節 排架的橫向計算一、排架的內力計算排架內力包括m,q,n;結構在水平方向對稱，二荷載反對稱，故可取半結構按力法求m。（一）求排架彎矩m1.將風

47、荷載與自重加水重組合，其計算簡圖如圖5（b）所示，所求得的內力圖如圖6所示。2.將地震荷載與自重加水組合，其計算荷載圖及簡圖如圖5（c）、(d)所示，所求得的內力圖如圖7所示。 圖6.排架內力圖圖7.排架內力圖第四節 排架的橫向配筋計算經過內力計算，橫向選取以地震作用與自重組合所產生的內力配筋，選最不利位置，彎矩最大處位于槽柱底端，即取節點1截面進行計算；水平荷載可從相反方向作用，立柱承受正反向彎矩，故按對稱配筋的偏心受壓構件計算；采用混凝土，級鋼筋。一、立柱配筋（一）選左柱進行配筋計算；按偶然設計狀況計算，。故按大偏心受壓構件配筋。箍筋按構造要求選（二）用右柱進行校核；按偶然設計狀況計算，。

48、 二、橫梁配筋橫梁在反對稱荷載下，其軸向力為零，按受彎構件配筋計算，現僅對最大彎矩的中橫梁計算，提高混凝土等級用混凝土，則：中橫梁（4-7）桿：選按構造要求選箍筋。第五節 排架的縱向計算一、排架施工期驗算排架施工期的最不利情況是：一跨槽身施工完畢，而另一跨尚未施工，排架在縱向偏心受壓。計算荷載包括每根立柱承受四分之一槽身重，施工荷載和排架自重。施工荷載包括工具和人群荷載等，可按考慮。按短暫狀態設計：。圖8.排架施工期和荷載圖及內力圖（單位cm）（一）排架頂部豎向荷載槽身：施工荷載： 假定壓力分布為三角形分布，則其對柱軸線的彎矩為：,彎矩圖如圖8（c）所示。按排架立柱底截面進行驗算，軸力n還應計

49、入排架自重則（二）水平荷載地震力作用下產生的彎矩為：如圖8（b）所示；（三）作用于立柱底截面上的彎矩為: （四）配筋計算 求值：大于，故取偏心距為實際值，又 則 判斷大小偏心，因為所以按大偏心受壓構件來計算。因為施工時可能先吊左跨，也可能先吊右跨，故應按對稱配筋計算由又則因為在橫向已配；再需配即可，實際配筋為二、正常運行驗算按軸心受壓情況校核復核垂直于彎矩作用平面的承載力為：立柱的計算長度可按一端固定，一端鉸接的情況考慮三、牛腿設計計算牛腿尺寸如圖9所示：圖9.牛腿尺寸圖 （單位：cm）荷載按滿槽水重與槽身自重考慮荷載q的作用點至下柱邊緣的距離為：按構造要求配筋：選牛腿的斜截面強度計算：選用牛

50、腿的配筋系數：從計算可知，牛腿滿足斜截面強度要求下，不必配置彎起鋼筋；由于牛腿只承受靜荷載，應此不需要按構造配置彎筋。第五章 基礎設計第一節 基本計算一、排架基礎尺寸擬定采用整體板式基礎基礎尺寸如圖10所示；圖10 基礎尺寸圖（單位：cm）二、荷載組合最不利情況為地震荷載取基礎及填土平均重度，基礎埋深,則基礎平均壓應力為基礎受力情況如圖11所示。圖11 基礎受力圖（單位：cm）三、地基應力基底中點o的彎矩：基底邊緣應力：滿足要求。第二節 穩定計算一、槽身穩定計算荷載按空槽有風情況考慮 槽身風壓力：對槽身支座求矩，得抗傾安全系數：設支座鋼板與鋼板摩擦系數,則抗滑安全系數為：二、渡槽整體沿建基面抗

51、滑穩定驗算荷載按地震情況考慮三、地基穩定性驗算正常運行時，排架基礎應力驗算前面已述，此外，還應按最不利情況進行驗算。最不利情況是一跨已安裝就位而；另一跨尚未施工，此時應按縱向偏心受壓情況計算。1/2槽身重：施工荷載：排架重：基礎重：軸向力：對基礎中心距求距：滿足要求。第六章 細部結構一、伸縮縫及止水梁式渡槽的槽身多采用鋼筋混凝土結構。為了適應槽身溫度變化引起的伸縮變形，渡槽與進出口建筑物之節及各節及各節槽身之間必須用變形縫分開，縫寬35cm。變形縫需要用既能適應變化又能防止漏水的材料封堵。特別是槽身與進出口建筑物之間的接縫止水必須嚴密可靠，否則不僅會造成大量漏水，還可能促使岸坡滑塌，影響安全。渡槽槽身接縫止水所用材料和構造型式多種多樣，如：橡皮壓板式止水，塑料止水帶止水，瀝青填料式止水，粘合式止水，木糠水泥堵塞式止水。橡皮壓板式止水是將厚612mm的橡皮帶，用扁鋼和螺栓將其緊壓在接縫處。這種止水如能保證施工質量可以做到不漏水，且適應接縫變形的性能好，但檢修與更換較不便。塑料止水帶壓板式止水用聚氯乙烯塑料止水帶代替橡皮止水帶止水性能良好，具有良好的彈性和韌性，適應變形能力強，體積輕，易粘接不易老化，價格只相當于橡皮止水帶的一半左右。瀝青填料式止水造價低，維修方便，但適應變形的性能和止水效果不理想。粘合式止水是用環氧樹脂橡皮粘貼在接縫處，施工簡便，止