水工建筑物——壩下涵管

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 在土石壩樞紐中，當(dāng)由于兩岸地質(zhì)條件或其他原因，不易開挖隧洞時，可以采用在土石壩下埋設(shè)涵管的方式來滿足泄水、引水的需求。

與在山巖中開挖隧洞相比，壩下涵管不需要開山鑿洞，結(jié)構(gòu)簡單、施工方便、工期較短、造價也低，因此在中、小型工程中使用較多。同時，壩下涵管的進口通常在水下較深處，也是屬于深式泄水或放水建筑物。因此，其工作特點、工程布置、進出口的形式與構(gòu)造等方面與水工隧洞均有相似之處。但是，壩下涵管的管身埋設(shè)于土石壩壩下，穿壩而過，如設(shè)計施工不良或運用管理不當(dāng)，極易影響土石壩的安全。

根據(jù)國內(nèi)外土石壩失事資料的統(tǒng)計分析表明，壩下涵管的缺陷是引起土石壩失事的重要原因之一。涵管的材料與土石壩的填土是兩種性質(zhì)差別較大的材料，如果兩者結(jié)合不好，水庫中的水就會沿管壁與填土之間接觸面產(chǎn)生集中滲流，引起管外填土的滲透變形，特別當(dāng)涵管由于壩基的不均勻沉陷或連接結(jié)構(gòu)等方面原因，發(fā)生斷裂、漏水時，后果更加嚴(yán)重，甚至導(dǎo)致壩體的失事。因此在壩下涵管的設(shè)計、施工中必須采取適當(dāng)?shù)拇胧?，做到管身與周圍土體的緊密結(jié)合，加強管身的防滲處理，保證壩下涵管及壩體安全可靠運行。對于高壩或多地震地區(qū)的壩，應(yīng)盡量避免采用壩下涵管。

二、壩下涵管的位置選擇

壩下涵管的線路選擇及工程布置的一般原則為經(jīng)濟合理、安全可靠、運行方便。在進行壩下涵管的位置選擇時，主要應(yīng)考慮以下幾個方面的問題。

1.地質(zhì)條件

應(yīng)盡量將涵管設(shè)在巖基上。如不可能時，對于壩高在10m以下的涵管也可設(shè)于壓縮性小、均勻而密實的土基上，但必須有充分的技術(shù)論證。涵管上部所受的外荷載沿管軸線方向變化較大，將可能產(chǎn)生不均勻沉陷，而引起管身斷裂，因此，必須避免將管身部分設(shè)于巖基上、部分設(shè)于土基上，以防止因地基的不均勻沉降而使得管身斷裂。不得將涵管直接建在壩體填土中。在進出口的位置，要注意山坡地質(zhì)的穩(wěn)定性，防止山坡塌方堵塞涵管。

2.地形條件

涵管應(yīng)布置在與進口高程相適應(yīng)的位置，以免增加過多的挖方工程量。涵管進口高程的確定，可根據(jù)運用要求、河流泥沙情況及施工導(dǎo)流等因素來考慮。

3.運用條件

涵管的布置要盡量從方便運用來考慮，引水灌溉的壩下涵管最好與灌區(qū)布置在同一岸側(cè)，如兩岸均有灌區(qū)，可在兩岸各設(shè)一個涵管，以免修建過河交叉建筑物。涵管不宜離溢洪道太近，以免泄水時相互干擾。

4.水流條件

涵管的軸線應(yīng)為直線，且與壩軸線垂直，以使水流順暢，并縮短管線，減小工程量，降低水頭損失。當(dāng)為了適應(yīng)地形、地質(zhì)的變化，涵管必須轉(zhuǎn)彎時，軸線應(yīng)以光滑曲線連接，其轉(zhuǎn)彎曲率半徑應(yīng)大于管徑的5倍。

在進行涵管布置時，應(yīng)綜合考慮以上條件，并注意與其他建筑物之間的相互位置關(guān)系，擬定若干方案，經(jīng)過經(jīng)濟技術(shù)比較后加以確定。

三、壩下涵管的進出口建筑物

1.進口建筑物

壩下涵管多見于小型水庫，且涵管多用于引水灌溉，因此其進口建筑物最好選擇分層取水的結(jié)構(gòu)形式，以便在引水灌溉時引取水庫表層溫度較高的清水，有利于農(nóng)作物的生長。

分級臥管式進口

（1）分級臥管式

此種進口形式廣泛地應(yīng)用于引水灌溉工程中，它是由斜臥在壩前岸坡上的進水臥管、臥管下部的消力井組成的（圖7－33）。在臥管上設(shè)有多級臺階，每個臺階上設(shè)圓孔進水口，孔徑10～50cm，用木塞或平板門控制引水。臥管應(yīng)布設(shè)在堅實的地基或巖基上，坡度不宜太陡，坡度以1∶2.5～1∶3為宜，以免水流過急影響管身穩(wěn)定，臥管上端應(yīng)高于最高水位，并在頂端設(shè)通氣孔，以保證管內(nèi)的無壓水流狀態(tài)。引水時，打開靠近水面的進水孔，使表層水進入臥管，并經(jīng)底部的消力井消能后較平穩(wěn)地轉(zhuǎn)向，流入壩下涵管。

這種形式的進口建筑物結(jié)構(gòu)簡單、施工方便，由于臥管內(nèi)的水流為無壓流，對于小型工程，可以使用漿砌石塊、條石來修建，可就地取材，降低造價。同時，引取水庫表層溫度較高的水，對農(nóng)作物生長有利。但缺點是孔口較多，容易漏水，且閘門運用管理不便，對引水流量不易準(zhǔn)確控制。

（2）塔式

這種進口形式與隧洞的塔式進口建筑物基本相同?？紤]到引水灌溉的要求，大多做成分層取水的封閉塔（圖7－34）。塔的位置可有三種布置方式，第一種是將塔布置在壩體內(nèi)靠近壩頂附近，優(yōu)點是塔身受風(fēng)浪、冰凍的影響小，穩(wěn)定性好，產(chǎn)生不均勻沉陷和斷裂的可能性小，交通橋短。但由于塔身位于壩體中部，如果塔身與涵管的結(jié)合處漏水，將會引起壩體的滲透變形，而且塔的上游側(cè)涵管檢修不便，塔的下游側(cè)較短，可能會出現(xiàn)滲徑不足。另一種布置方式是將進水塔布置在上游壩腳處，其優(yōu)缺點與上述布置恰恰相反。還有一種布置方式是將塔設(shè)在前述兩種位置之間，由于這種方式容易造成塔身與斜墻防滲體結(jié)合部的漏水，因此這種方式不適用于斜墻壩。

（3）斜拉閘門式

沿庫區(qū)山坡或上游壩面布置斜坡，在斜坡上設(shè)置閘門運用的軌道，進水口在斜坡的底部（圖7－35），啟閉機安裝在山坡平臺上或壩頂。這種布置方式的特點是構(gòu)造簡單、操作方便、造價低、啟閉力小，但由于閘門是傾斜安置，不易利用自重來關(guān)閉閘門，檢修困難。對于多泥沙河流及水頭較高時不宜采用。

塔式進口布置圖（單位：m）

1—工作橋；2—通氣孔；3—控制塔

4—爬梯；5—主閘門槽；6—檢修門槽

7—截水環(huán)；8—伸縮縫；9—漸變段

10—攔污柵；11—黏土心墻；12—消力池

13—巖基；14—壩頂；15—馬道

16—干砌石；17—漿砌石；18—黏土

斜拉閘門式

1—斜拉閘門；2—支柱；3—通氣孔

4—拉桿；5—混凝土塊體；6—截水環(huán)

7—涵管；8—消能井

2.出口建筑物

壩下涵管的出口建筑物包括漸變段及消能設(shè)施兩部分。漸變段的構(gòu)造與隧洞相同，由于涵管的流量不大、水頭較低，涵管出口的消能方式往往為底流式水躍消能方式。

四、壩下涵管的管身形式及構(gòu)造

1.壩下涵管的管身形式

壩下涵管也分為有壓涵管與無壓涵管兩種類型。從防止管身漏水以免影響土石壩安全來考慮，最好將涵管做成無壓的。管身斷面通常有圓形、矩形及拱形等。

2.壩下涵管的構(gòu)造

為了防止管身的不均勻沉陷，避免產(chǎn)生集中滲流，在管身一般均設(shè)有伸縮縫、管座、截水環(huán)、涵衣等設(shè)施。

（1）伸縮縫

為了適應(yīng)地基沉降變形、管身伸縮變形及施工能力的要求，需在涵管的軸線方向分縫。為了適應(yīng)地基的變形，鋪設(shè)在土基上的涵管需設(shè)沉降縫。在良好的巖基上，雖然不均勻沉降的影響很小，但由于地基對管身的約束作用，也可能使管身在溫度變化時產(chǎn)生橫向裂縫，故需設(shè)溫度伸縮縫，一般將溫度伸縮縫與沉降縫統(tǒng)一考慮，稱為溫度沉降縫。對于現(xiàn)澆混凝土管，縫的間距一般不大于3～4倍管徑，且不大于15m，預(yù)制管的接頭即為伸縮縫?？p寬一般為1～3cm?？p內(nèi)必須做好止水。

（2）管座

管身應(yīng)放在較堅實且穩(wěn)定的地基上，為防止地基因受力不均而產(chǎn)生不均勻沉降導(dǎo)致管身斷裂，一般不宜將管身直接布置于土基上，更不允許將管身置于壩體的填方上。

當(dāng)?shù)鼗容^軟弱時，應(yīng)將管身置于用漿砌塊石和混凝土做成的剛性管座上，管座與管身接觸面所形成的包角一般為90°～135°，當(dāng)豎向荷載較大時，可采用180°包角。管座的厚度一般為30～50cm。在管座與管身的接觸面上，涂以瀝青或鋪上瀝青油氈墊層，可減小管座對管身的約束，避免因管身縱向變形而導(dǎo)致管身出現(xiàn)橫向裂縫。

（3）截水環(huán)

為了防止沿管道外壁發(fā)生集中滲流，常在管壁外圍設(shè)置截水環(huán)，以達到改變滲流方向，增加滲徑，減小滲流的目的。

截水環(huán)的布置位置可根據(jù)壩型及上堵下排的防滲原則來定。對于黏土心墻壩或黏土斜墻壩，常將涵管通過防滲體的局部加厚，在兩者相交處設(shè)2～3道截水環(huán)。對于均質(zhì)壩，在上游側(cè)及壩軸線位置設(shè)2～3道截水環(huán)，下游側(cè)不必設(shè)。

截水環(huán)宜設(shè)在兩伸縮縫之間，以減少截水環(huán)對管身縱向變形的約束作用。

（4）涵衣

工程實踐經(jīng)驗表明，涵管與壩體的接觸面是防滲的薄弱環(huán)節(jié)，為了更有效地防止集中滲流，通常在涵管周圍1～2m的范圍內(nèi)，回填黏性土做防滲層，這個防滲層稱為涵衣。涵衣與砂性壩殼之間應(yīng)設(shè)過渡層。

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