梁式渡槽基础-水工建筑物基础技术要点

梁式渡槽槽身置于槽墩或排架上，槽身侧墙在纵向起梁的作用，故称梁式渡槽。下面从进口段、槽身段、出口段、槽身纵向支承、基础等几个方面做介绍。

（一）进口段

为了使渠道水流平顺地进入渡槽，尽量减小水头损失，避免冲刷、淤积，避免因连接不当而引起漏水，致使岸坡或填方渠道产生过大的沉陷和滑坡现象，满足运用、交通、泄水等的要求，需要设置进口渐变段、连接建筑物（槽台、挡土墙等）以及为满足运用、交通和泄水等要求而设置的节制闸、交通桥等。布置时，应注意以下几个方面：

（1）进口前的渠道上应有一定长度的直线段。渡槽进口渠道的直线段与槽身连接，在平面布置上要避免急剧转弯。否则，易使水流不均匀而偏离一侧，从而影响渡槽的进流条件，影响正常输水，对于流量较大、坡度较陡的渡槽，尤其要注意这一问题。

（2）设置渐变段。渠道断面可以是梯形、矩形、U形，通常是梯形的，而且纵坡较缓，所以过水断面与水面宽度一般较大。为了降低渡槽造价，槽身纵坡常陡于渠道，所以槽身断面与宽度常常比渠道小。并且材质上往往也不相同，故为使水流进槽身时比较平顺，以利于减小水头损失和防止冲刷，渡槽进口需设置渐变段。渐变段可采用扭曲面、八字墙等形状。其中以扭曲面形式水流条件较好，应用较多；八字墙式施工简单、方便，但水流条件较差，小型渡槽使用较多。

（3）设置连接段。渐变段与槽身之间常因各种需要再设置一节连接段。对于U形槽身需设置连接段与渐变段末端矩形断面连接；为交通需要，设置连接段以便布置交通桥或人行桥；为使停水检修等目的，需要在进口设置节制闸或检修门槽；为使槽身与进出口建筑物之间的伸缩缝便于检修，需要设置连接段伸入渠道填土边坡或岸坡范围内与渐变段连接。连接段与渐变段之间的接缝需设置止水以防渗。连接段的长度可根据具体情况决定。

（4）设置护底与护坡，防止冲刷。对于抗冲能力较低的土渠，为了防冲，靠近渐变段的一段渠道可用砌石或混凝土护底、护坡，其长度等于渐变段长度。

（二）槽身段

梁式渡槽槽身在纵向均匀荷载作用下，一部分受压，一部分受拉，故常采用钢筋混凝土结构。为了节约钢筋和水泥用量，还可采用预应力钢筋混凝土及钢丝网水泥结构，跨度较小的槽身也可用混凝土建造。

为了适应温度变化及地基不均匀沉陷等原因而引起的变形，必须设置横向变形缝将槽身分为独立工作的若干节，并将槽身与进口建筑物和出口建筑物分开。变形缝之间的每一节槽身沿纵向有两个支点，所以槽身既能输水又起纵梁作用。

1.槽身横断面形式

常见的横断面形式有矩形、U形。大流量渡槽多采用矩形，中小流量可采用矩形也可采用U形。矩形槽身常采用钢筋混凝土或预应力钢筋混凝土结构，U形槽身还可以采用钢丝网水泥或预应力钢丝网水泥结构。

钢筋混凝土矩形及U形槽身横断面的造型，主要取决于槽身的宽深比。由于水力条件与结构受力条件的矛盾，实际设计中一般根据结构受力条件及节省材料的原则来选择宽深比。对于大流量或有通航要求的渡槽需要采用较大槽宽的矩形槽。

（1）矩形槽身。矩形槽身按照结构形式、受力条件的不同，可以分为无拉杆的矩形槽、有拉杆的矩形槽、箱形槽。

1）无拉杆矩形渡槽（图12-5）。其优点是结构简单，施工方便。当有通航要求时则不设拉杆，而适当加大侧墙厚度。中小型渡槽侧墙也可做成变厚度，顶部厚度按照构造要求一般不小于8cm，底部厚度应按计算确定，一般不小于15cm。大中型渡槽为了改善侧墙和底板的受力条件，减小厚度，可沿槽身长度方向每间隔一定距离加设一道肋而形成加肋矩形渡槽。当流量较大或有通航要求、槽身宽浅时，为了改善底板的受力条件，减小底板厚度，增加侧墙的稳定，可在底板下面两侧边纵梁（侧墙）内再设一根或几根中纵梁，从而成为多纵梁式结构矩形槽。

2）有拉杆矩形渡槽（图12-6）。中小型渡槽无通航要求时，一般在侧墙顶部设置拉杆，以增加侧墙稳定，改善侧墙的受力条件，减少侧墙横向钢筋用量。侧墙常采用等厚。在拉杆上可铺板兼做维修便道。

3）箱形渡槽（图12-7）。用于中小流量双悬臂梁式槽身时比较经济，既可以输水又可兼做交通桥。箱内按无压流设计，净空高度一般为0.2～0.6m，深宽比可采用0.6～0.8或更大。

图12-5　无拉杆的矩形槽

（a）矩形渡槽；（b）加肋矩形渡槽；（c）多纵梁式矩形渡槽

图12-6　有拉杆的矩形槽

图12-7　箱形渡槽

图12-8　矩形槽抹角大样图

矩形槽的底板底面可与侧墙底缘齐平或高于侧墙底缘（图12-8）。为了避免转角处的应力集中，常在侧墙与底板连接处设抹角，角度α=30°～60°，边长一般为15～25cm。

（2）U形槽身。U形渡槽是一种轻型结构，它具有水力条件好、纵向刚度较大而横向内力小等优点。U形槽常采用半圆形加直线段的断面形式。为了便于布置纵向受力钢筋，并增加槽壳的纵向刚度以利于满足底部抗裂要求，常将槽底弧形段加厚，如图12-9所示。

2.渡槽纵坡

在相同的流量下，纵坡i大，过水断面就小，渡槽造价低；但i大，水头损失大，减少了下游自流灌溉面积，满足不了渠系规划要求，同时由于流速大可能引起渠道出口的冲刷。因此，确定一个适宜的底坡，使其既能满足渠系规划允许的水头损失，又能降低工程造价，常常需要多次试算。一般常采用i=1/500～1/1500，槽内流速1～2m/s，对于通航的渡槽，要求流速在1.5m/s以内，底坡小于1/2000。

3.分缝与止水

梁式渡槽的槽身多采用钢筋混凝土结构。为了适应槽身因温度变化引起的伸缩变形，渡槽与进口建筑物之间及各节槽身之间必须用变形缝分开，缝宽3～5cm。变形缝需要用既能适应变形又能防止漏水的材料封堵。

图12-9　U形槽身断面及钢筋布置图（单位：cm）

槽身接缝止水所用的材料和构造形式多种多样。有紫铜片止水、橡胶止水带止水、橡皮压板式止水、塑料止水带压板式止水、沥青填料式止水、黏合式止水、木糠水泥填塞式止水、套环填料式止水等（图12-10）。紫铜片止水、橡胶止水带止水见重力坝相关章节。

图12-10　槽身接缝止水构造（单位：cm）

（a）橡皮压板式止水；（b）塑料止水带压板式止水；（c）沥青填料式止水；（d）黏合式止水；（e）木糠水泥填塞式止水；（f）套环填料式止水

橡皮压板式止水是将厚6～12mm的橡皮带，用扁钢（厚4～8mm，宽6mm左右）和螺栓将其紧压在接缝处。螺栓直径9～12mm，间距等于16倍螺栓直径或20倍扁钢厚，常用20cm左右。凹槽内填沥青砂浆或1∶2水泥砂浆，可对止水起辅助作用并防止橡皮老化与铁件锈蚀。这种止水适应接缝变形的性能好，但检修与更换较不便。

塑料止水带压板式止水用聚氯乙烯塑料止水带代替橡皮止水带，止水性能良好，具有良好的弹性和韧性，适应变形能力强，易黏结且不易老化，价格只相当于橡皮止水带的一半左右。

沥青填料式止水造价低，维修方便，但适应变形的性能和止水效果不理想。

黏合式止水是用环氧树脂橡皮粘贴在接缝处，施工简便，止水效果较好。木糠水泥填塞式止水的填料是用木糠（粒径小于2mm）和水泥拌匀，加入适量的水再湿拌而成的。这种接缝止水构造简单，造价低，有一定适应变形的能力，我国南方小型渡槽采用较多。

套环填料式止水是在接缝两侧的槽端外壁上，套一钢筋混凝土或钢丝网水泥套环，以之紧压槽外壁与套环之间的橡皮管或沥青麻丝、石棉纤维水泥等止水填料。

变形缝之间的每节槽身沿纵向各有两个支点。为使支点接触面的压力分布比较均匀并减小槽身摩擦时所产生的摩擦力，常在支点处设置支座钢板或油毡坐垫。每个支点处的钢板有两块，每块钢板上先焊上直径不小于10mm的锚筋，以便分别固定于槽身及墩（架）的支承面上，钢板厚不小于10mm，面积大小根据接触面处混凝土的局部压力决定。对于跨度及纵坡较大的简支梁式槽身的支座构造，最好能做成一端固定一端活动的形式。

4.槽身与两岸渠道的连接

（1）槽身与填方渠道的连接。槽身与填方渠道的连接常采用斜坡式和挡土墙式。

斜坡式连接（图12-11）是将连接段或渐变段伸入填方渠道末端的锥形土坡内，按照连接段的支承方式分为刚性连接和柔性连接两种。

图12-11　斜坡式连接

（a）刚性连接；（b）、（c）柔性连接
1—槽身；2—渐变段；3—连接段；4—变形缝；5—槽墩；6—回填黏性土；7—回填砂性土；8—黏土铺盖；9—砌石护坡

刚性连接[图12-11（a）]是将连接段支承在埋置于锥形土坡内的支承墩上，支承墩建在固结原状土或基岩上，当填方渠道产生沉陷时，连接段不会因填土沉陷而下沉，变形缝止水工作可靠，但槽底会与填土脱离而形成漏水通道，故需作好防渗处理和采取措施减小填土沉陷。对于小型渡槽也可不设连接段，而将渐变段直接与槽身连接[图12-11（b）]，并按变形缝要求设置止水，防止接缝漏水影响渠坡安全。

柔性连接[图12-11（b）、（c）]是将连接段或渐变段直接置于填土上，填方下沉时槽底仍能与之较好地结合，对防渗有利且工程较省，但对施工技术要求较高，变形缝止水的工作条件差。因此要严格控制填土质量以尽量减小沉陷，并根据可能产生的沉陷量在连接段预留沉陷高度，以保证进出口建筑物的高程，变形缝止水应能适应因填土沉陷而引起的变形。

无论刚性连接还是柔性连接都应尽量减小填方渠道的沉陷，做好防渗、防漏处理，保证填土边坡的稳定。为了防止产生过大的沉陷，渐变段和连接段下面的填土宜采用砂性土填筑，并应严格分层夯实，上部铺筑厚0.5～1.0m的黏土铺盖以减小渗漏。若当地缺少砂性土时也可用黏性土填筑，但必须严格分层夯实，最好在填筑后间歇一定时间，待填土预沉后再建渐变段和连接段。为保证土坡稳定，填方渠道末端的锥体土坡不宜过陡，并采用砌石、混凝土或草皮护坡，在坡脚处设置排水沟以便导渗和排水。

图12-12　挡土墙式连接

1—槽身；2—渐变段或连接段；3—挡土边槽墩；4—排水孔；5—黏土铺盖；6—回填砂性土

挡土墙式连接（图12-12）是将边跨槽身的一端支承在重力挡土墙式槽墩上，并与渐变段或连接段连接。挡土边槽墩应建在固结原状土或基岩上，以保证稳定并减小沉陷，两侧用一字形或八字形斜墙挡土。为了降低挡土墙背后的地下水压力，在墙身和墙背面应设置排水设施。其他关于防冲、防渗以及对填土质量的要求等与斜坡式连接相同。

挡土墙式连接常属柔性连接，工作较可靠，但用料较多，一般填方高度不大时采用。

（2）槽身与挖方渠道的连接。槽身与挖方渠道的连接时常采用图12-13所示连接方式。边跨槽身靠近岸坡的一端支承在地梁或高度不大的实体墩上，与渐变段之间用连接段连接，小型渡槽也可不设连接段。

图12-13　槽身与挖方渠道的连接

（a）边跨槽的一端支承在地梁上；（b）边跨槽的一端支承在底座上
1—槽身；2—渐变段；3—连接段；4—地梁；5—浆砌石底座

这种布置的连接段底板和侧墙沿水流方向不承受弯矩作用，故可采用浆砌石建造。有时为了缩短槽身长度，可将连接段向槽身方向延长，并建造在用浆砌石砌筑的底座上。

（三）出口段

出口段的目的是使水流平顺地从渡槽进入渠道，避免冲刷，减小水头损失。(www.zuozong.com)

（1）设置渐变段。为使水流平顺衔接，渡槽出口需设置渐变段。渐变段的形状有扭曲面式、八字墙式。

（2）设置护底与护坡，防止冲刷。

（3）设置连接段。渐变段与槽身之间根据需要设置一定长度的连接段。

（4）出口后的渠道上应有一定长度的直线段，以防止冲刷。

（四）槽身纵向支承

1.支承形式

梁式渡槽的槽身根据其支承位置的不同，可分为简支梁式、双悬臂梁式[图12-14（a）]、单悬臂式[图12-14（b）]三种形式。

图12-14　悬臂梁式渡槽

（a）双悬臂式；（b）单悬臂式

简支梁式渡槽的优点是结构简单，施工吊装方便，接缝止水构造简单。缺点是跨中弯矩较大，底板受拉，对抗裂防渗不利。其常用跨度为8～15m，经济跨度大约为墩架高度的0.8～1.2倍。

双悬臂梁式渡槽根据其悬臂长度的不同，又可分为等跨双悬臂式和等弯矩双悬臂式。等跨双悬臂式（悬臂长度等于0.25倍的每节槽身总长度），在纵向受力时，其跨中弯矩为零，底板承受压力，有利于抗渗。等弯矩双悬臂式（悬臂长度等于0.207倍的每节槽身总长度），在均布荷载作用下的跨中弯矩与支座负弯矩相等，且绝对值较小，结构受力合理，但需上下层配置受力筋及一定数量的构造筋，总配筋量可能大于等跨双悬臂式，不一定经济，且由于墩架间距不等（跨度不等），对墩架工作不利，故应用不多。双悬臂梁式渡槽因跨中弯矩较简支梁小，每节槽身长度可为25～40m，但由于一节槽身的总长度大、重量大，整体预制吊装较困难。当悬臂端部变形或地基产生不均匀沉陷时，接缝将产生错动而使止水容易被拉裂，在支座附近容易产生横向裂缝。

单悬臂式渡槽一般用在靠近两岸的槽身或双悬臂梁式向简支梁式过渡时采用。一般要求悬臂长度不宜过大，以保证槽身在简支端支座处有一定的压力，且绝对不出现拉力。

当槽高（槽底距地面的高度）较大、地基较好或基础施工困难时宜选用较大的跨度；当槽高不大或地基较差时宜采用较小的跨度。

梁式渡槽的槽身多采用钢筋混凝土结构。为了节约钢材和水泥用量，改善结构的力学性能以减小断面尺寸、减轻重量、加大槽跨，可选用预应力钢筋混凝土结构。

2.支承结构

梁式渡槽的支承结构有墩式和排架式两种。

（1）墩式。槽墩一般为重力墩，有实体墩（图12-15）和空心墩（图12-16）两种形式。

图12-15　实体重力墩（单位：m）

图12-16　空心重力墩

1）实体墩一般用浆砌石或混凝土建造，常用高度8～15m。其构造简单，施工方便，但由于自身重力大，用料多，当墩身较高并承受较大荷载时，要求地基有较大的承载能力。

实体墩的墩头常作成半圆形或尖角形。墩顶长度应略大于槽身的宽度，每边外伸约20cm；墩顶宽度应大于槽身支承面所需的宽度，常不小于0.8～1.0m。墩顶设置混凝土墩帽，并布置一定的构造筋。墩帽上设置油毡垫座或钢板支座，以便将上部荷载均匀传到墩体上，并减小槽身因温度变化而产生的水平力。为满足墩体强度和地基承载力的要求，墩身两侧作成20∶1～30∶1的斜坡。

2）空心墩的体型及部分尺寸与实体墩基本相同。其壁厚一般为15～30cm，与实体墩相比可节省材料，与槽架相比，可节省钢材。其自身重力小，但刚度大，适用于修建较高的槽墩。其截面形式有圆矩形、矩形、双工字形、圆形等（图12-17）。

图12-17　空心墩横截面形式

（a）圆矩形；（b）矩形；（c）双工字形；（d）圆形

空心墩墩身，可采用混凝土预制块砌筑，也可将墩身分段预制现场安装。在数量多、墩身较高时，可采用滑升钢模现浇混凝土施工，如湖北省的引丹干渠的排子河渡槽，空心墩平均墩高24m，最大墩高49m，就是采用滑升钢模整体现浇施工。

3）槽墩。渡槽与两岸连接时，常用重力式边槽墩，也称为槽台（图12-18）。

槽台的作用是支承槽身和挡土，其高度一般在5～6m以下。台背坡一般为m=0.25～0.5，为减小槽台背水压力，常设孔径为5～8cm的排水孔并作反滤层保护。墩顶设混凝土墩帽，其构造同槽墩。

重力墩应按一般稳定计算方法，验算空槽加风荷及有漂浮物撞击时的稳定性。

图12-18　重力式槽台

（2）排架式。排架常采用钢筋混凝土排架结构，有单排架、双排架、A字形排架和组合式槽架等形式（图12-19）。单排架体积小、重量轻，可现浇或预制吊装，在渡槽工程中被广泛应用。单排架高度一般为10～20m。湖南省的欧阳海灌区野鹿滩渡槽的单排架高度达26.4m。

图12-19　排架

（a）单排架；（b）双排架；（c）A字形排架

单排架是由两根肢柱和横梁所组成的多层钢架结构，其构造如图12-20所示。

双排架由两个单排架及横梁组合而成，为空间框架结构。在较大的竖向及水平荷载作用下，其强度、稳定性及地基应力均较单排架容易满足要求。可适应较大的高度，通常为15～25m。陕西省的石门水库灌区沥水沟渡槽，双排架高度为26～28m。

A字形排架常由两片A字单排架组成，其稳定性能好，适应高度大，但施工较复杂，造价较高。

图12-20　单排架构造图

组合式槽架适用于跨越河道主河槽部分，最高洪水位以下为重力式墩，其上为槽架，槽架可为单排架，也可为双排架。

排架与基础的连接形式，视具体情况不同，可采用固接和铰接。现浇排架与基础常整体结合，排架竖筋直接伸入基础内，按固结考虑。预制装配排架，根据排架吊装就位后的杯口处理方式而定。对于固接端，立柱与杯形基础连接时，应在基础混凝土终凝前拆除杯口内模板并凿毛，在立柱安装前将杯口清扫干净，于杯口底浇灌不小于C20的细石混凝土，然后将立柱插入杯口内，在其四周再浇灌细石混凝土，如图12-21（a）所示。对于铰接，只在立柱底部填5cm厚的C20细石混凝土，在其上填沥青麻丝而成，如图12-21（b）所示。

图12-21　排架与基础连接形式（单位：cm）

（a）固接；（b）铰接

（五）基础

渡槽基础的类型较多，根据埋置深度可分为浅基础及深基础，埋置深度小于5m时为浅基础，大于5m时为深基础。

对于浅基础，基底面高程（或埋置深度）应根据地形、地质等条件选定。对于冰冻地区，基底面埋入冰冻层以下不少于0.3m，以免因冰冻而降低地基承载力。耕作地内的基础，基顶面以上至少要留有0.5～0.8m的覆盖层，以利耕作。软弱地基上基础埋置深度，一般在1.5～2.0m，如果地基的允许承载力较低时，可采取增加埋深或加大基底面尺寸的办法以满足地基承载力的要求。坡地上的基础，基底面应全部置于稳定坡线之下，并应削除不稳定的坡土和岩石以保证工程的安全。河槽中受到水流冲刷的基础，基顶面应埋入最大冲刷深度之下以免基底受到淘刷危及工程的安全。对于深基础，入土深度应从稳定坡线、耕作层深、最大冲刷深度等处算起，以确保深基础的承载能力。

基础是渡槽的下部结构，它将渡槽的全部重量传给地基。常用的渡槽基础有刚性基础、整体板基础、钻孔桩和沉井基础等（图12-22）。

图12-22　渡槽的基础

（a）刚性基础；（b）整体板式基础；（c）钻孔桩基础；（d）沉井基础

1.刚性基础

常用于重力式实体墩和空心墩基础，一般用浆砌石或混凝土建造，其形状呈台阶形。因其抗弯能力小而抗压能力大，基础在墩底面的悬臂挑出长度不能太大，设计时不考虑其抗弯作用。

基础顶面伸出槽墩边缘的距离（襟边）按砌筑材料和施工条件确定，加襟边后不能满足地基承载能力要求时，应以台阶形式向下扩大。台阶高度一般为0.5～0.7m，每一台阶的悬臂长c与高度h保持一定比值，用刚性角控制，即，[θ]值与地基反力、基础型式及材料有关，一般为30°～40°。2.整体板基础

整体板基础为钢筋混凝土梁板结构，因设计时考虑其弯曲变形而按梁计算，故又称柔性基础。其底面积大，可弹性变形，适应不均匀沉陷能力好，常用作排架基础。

3.钻孔桩（又称井柱）基础

适用于荷载大、承载能力低的地基。施工机具简单，建造速度快，造价低。桩顶设承台以便与槽墩（架）连接，并将桩柱向上延伸而成桩柱式槽架。

4.沉井基础

沉井基础的适用条件与钻孔桩基础相似，在井顶作承台（盖板）以便修筑槽墩（架）。井筒内可根据需要填砂石料或低标号混凝土。

渡槽基础的选型应结合渡槽形式选定基础结构的形式，基础结构的布置尺寸须在槽墩或槽架布置的基础上确定。