水利工程涵洞设计若干问题探究

2015-10-21王晓强

建筑工程技术与设计 2015年29期

关键词：涵洞水利工程问题

王晓强

摘要：近年来，水利工程涵洞设计得到了快速发展和广泛关注，研究其中的若干问题有着重要意义。本文首先对相关内容做了概述，分析了水利工程中涵洞的主要结构类型，并结合相关实践经验，就水利工程中涵洞设计相关问题进行了研究，阐述了个人看法。

关键词：水利工程；涵洞；设计；问题

一、前言

作为水利工程中的重要组成部分，涵洞在水利工程体系中扮演着极为重要的角色。研究涵洞设计的相关问题，能够更好地提升其设计的实践水平，从而有效优化水利工程的整体效果。本文从概述相关内容着手本课题的研究。

二、概述

涵洞在水利工程中的应用较为普遍。应用于水利工程中主要是为了引水和排洪泄水，从而达到控制水流的作用。涵洞有很多类型，在实际的应用中需要根据建设需要选取合适的涵洞。

在水利工程项目的施工建设中，比较常见的涵洞结构类型主要有圆管结构形式的涵洞、拱桥式涵洞以及盖板式涵洞等，按受力条件分为无压涵洞、半压力式涵洞和压力式涵洞等。通常情况下，根据水利工程施工建设的需求，对于涵洞结构形式的分类标准不同，涵洞的具体结构类型也不同。水利工程施工建设中，对于涵洞结构形式的分类标准主要有两种，一种是按照涵洞在水利工程施工建设中的结构形式进行分类实施，还有一种是按照涵洞的水利性能作用进行涵洞结构类型的划分实现。其中，按照在水利工程施工建设中的结构形式进行划分，主要有圆管涵以及盖板涵、拱涵、箱涵等涵洞结构类型；而按照涵洞的水利性能作用进行划分，涵洞的结构类型主要包括压力式涵洞以及半压力式涵洞、无压力式涵洞等。

三、水利工程中涵洞的主要结构类型概述

1.涵洞的主要结构类型分析

2.不同結构类型涵洞的设计要点分析

在上述的涵洞结构类型中，不同结构类型的涵洞，其在施工设计过程中具体的设计要点也会有不同。比如，在进行圆管涵的施工设计过程中，由于圆管涵是一种由涵洞洞身以及洞口两个主要结构部分组成的涵洞结构形式，在实际水利调节应用中，洞身结构部分是整个涵洞流水孔道的主体部分，而洞口结构部分是进行水流流量调节实现部分，以及进行涵洞洞身、涵洞基础、水流连接的关键结构部分进行必要的结构安全计算，通常情况下，在水利工程的实际施工建设中，圆管涵涵洞的洞口多是采用八字墙或者是一字墙的两种洞口形式，使用钢筋混凝土结构进行施工建设应用实施。因此，在进行圆管涵涵洞的设计中，应注意结合水利工程施工建设的具体要求，或者是水利工程建设的实际需求，在选择合适的洞口形式情况下，根据排水的要求进行涵洞洞身管径大小的设计选择，并对于涵洞排水应用管道按照相关进行施工预制，以保证涵洞的设计质量。

此外，在进行水利压力性能形式的涵洞设计过程中，应注意结合水利工程施工建设的实际需求，选择合适水利性能形式的涵洞进行设计应用实现。

四、水利工程中涵洞设计相关问题探讨

在水利工程中建设涵洞主要是为了引水或排洪。引水涵洞的水力参数明确，荷载要素清晰，比较好把握；排洪泄水涵需要对比分析水力条件，确定洪水标准。排洪泄水涵受洪水侵袭程度较大，容易给工程造成严重的破坏，涵洞结构形式的选择和断面尺寸的设计必须满足相应洪水标准，结合建筑物级别，保证遇超标准洪水时工程能安全运行。在水利工程中建设涵洞最重要的环节之一是涵洞设计。水利工程中的涵洞设计是根据实际情况进行分析计算，以下将具体的分析各种不同类型的涵洞设计的几个要点：

1.箱涵设计

箱涵在引水工程和公路工程中的应用都较为普遍，在水利工程中常以箱涵作为引水建筑物，其结构简单，施工方便，对地质条件的适应性强，在水利工程中得到了广泛的应用。箱涵在水利工程中主要作为无压引水建筑物使用。引水工程箱涵在设计过程中主要是进行水力设计，确定箱涵的布置及断面尺寸，同时考虑底坡以及和前后建筑物的连接，水面衔接；其结构受力分析、计算较简单。

2.圆管涵设计

水利工程中进行涵洞设计需要注意圆管涵设计，特别是排洪泄水涵，涵管承受的水力荷载复杂多变，不确定因素多，在设计计算时对荷载的选取必须谨慎，考虑影响因素必须周全。圆管涵可作为压力过水涵、半压力过水涵和无压力过水涵，设计时特别应注意水位变化时是否产生负压，以及对圆管涵的影响。通过计算各种可能工况下的局部荷载确定涵洞的结构尺寸。在此之后进行的圆管涵设计为了提高涵洞整体的承载能力。在设计圆管涵时，主要是明确地基基础的承载力和各种工况下涵管最大的承载力，进而确定圆管的侧向压力强度和荷载传递情况，圆管涵水平面以按照荷载进行计算。以各种工况下的承受力为标准设计圆管涵，才能符合水利工程的实际应用。

3.盖板涵设计

盖板涵设计时最需注意的部分是钢筋混凝土的预应力和计算涵台，这两个方面直接决定盖板涵能否有效的应用。盖板涵一般为无压式涵洞；盖板涵设计过程中，计算钢筋混凝土预制盖板按两端简支板计算内力，需要盖板自重和盖板以上的压力及分布情况，进而确定盖板涵支板需要承受的竖向压力。盖板涵的涵洞需要承受的竖向压力，是按照涵洞以上地面面积边缘向上外斜30度进行分布的，以各向扩散的面积为准进行计算，确定盖板涵涵洞的竖向压力。计算涵台内力时，是通过涵洞和涵底为支撑，将涵台的各个重心落到各个支点上，促使涵台能够作为上下两个简支的竖梁。作为上下简支的竖梁需要承受上部简支压力以及水平方向的作用力。因此在设计涵台时需要同时考虑上部与两侧之间的作用力，并对比各种可能工况，对最不利工况进行设计。

4.拱涵设计要点

水利工程以拱涵类型的涵洞作为过水、排洪的方式时，需要在设计拱涵过程中注意两个要点。其一，是计算拱涵涵顶填土对涵洞的竖向压力，按照土柱压力计算；其二是计算拱圈采用等截面拱计算。由于拱涵最大的特点是以弧形拱承担拱顶压力，在设计拱涵的弧形过程中，需要计算内力；在计算过程中不需要考虑曲率、剪切变形、弹性压缩以及温度变形对内力的影响，只需要计算填土厚度（大于最小填土厚度）的重力所产生的压力及在拱圈内的分布。确定拱圈需要承受的力，就相当于确定拱圈横截面。

五、结束语

综上所述，加强对水利工程涵洞设计问题的研究分析，对于该项工作良好效果的取得有着十分重要的意义，因此在今后的实践中，应该加强对涵洞设计问题的重视程度，并注重其设计优化实施措施的整体性与科学性。

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