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倒虹吸管是設(shè)置在渠道與河流、山溝、谷地、道路等相交處的壓力輸水建筑物。它與渡槽相比，具有造價(jià)低、施工方便的優(yōu)點(diǎn)，但水頭損失較大，運(yùn)行管理不如渡槽方便。一般在下列情況時(shí)采用：

1.  渠道跨越寬深河谷，修建渡槽、填方渠道或繞線方案困難或造價(jià)高時(shí)；

2.  渠道與原有渠、路相交，因高差較小不能修建渡槽、涵洞時(shí)；

3.  修建填方渠道影響原有河道泄流等。

一、倒虹吸管的布置

（一）管路布置

倒虹吸管一般由進(jìn)口、管身和出口三部分組成。管路布置應(yīng)根據(jù)地形、地質(zhì)、施工、水力條件等分析確定?？傮w布置的一般原則是：管身最短、岸坡穩(wěn)定、管基密實(shí)，進(jìn)出口連接平順，結(jié)構(gòu)合理。根據(jù)流量大小及運(yùn)用要求，可采用單管、雙管或多管。根據(jù)管路埋設(shè)情況及高差大小，倒虹吸管的布置形式可分為以下幾種。豎井式多用于壓力水頭較?。?/span>H＜3～5m），穿越道路的倒虹吸。這種形式構(gòu)造簡(jiǎn)單、管路短。進(jìn)出口一般用磚石或混凝土砌筑成豎井。豎井?dāng)嗝鏋榫匦位驁A形，其尺寸稍大于管身，底部設(shè)0.5m深的集沙坑，以沉積泥沙，并便于清淤及檢修管路時(shí)排水。管身斷面一般為矩形、圓形或其他形式。豎井式水力條件差，但施工比較容易，一般用于工程規(guī)模較小的倒虹吸管。斜管式多用于壓力水頭較小，穿越渠道、河流的情況（圖8－67）。斜管式倒虹吸管構(gòu)造簡(jiǎn)單，施工方便，水力條件好，實(shí)際工程中常被采用。

 豎井式倒虹吸斜管式倒虹吸

曲線式當(dāng)岸坡較緩（土坡m＞1.5～2.0，巖石坡m≥1.0）時(shí)，為減少施工開挖量，管道可隨地面坡度鋪設(shè)成曲線形。管身常為圓形的混凝土管或鋼筋混凝土管，可現(xiàn)澆也可預(yù)制安裝。管身一般設(shè)置管座。當(dāng)管徑較小且土基很堅(jiān)實(shí)時(shí)，也可直接設(shè)在土基上。在管道轉(zhuǎn)彎處應(yīng)設(shè)置鎮(zhèn)墩，并將圓管接頭包在鎮(zhèn)墩內(nèi)。為了防止溫度引起的不利影響，減小溫度應(yīng)力，管身常埋于地下，為減小工程量，埋置不宜過深。從已建倒虹吸管工程運(yùn)行情況看，不少工程因溫度影響或土基不均勻沉陷，造成管身裂縫，有的滲漏嚴(yán)重，危及工程安全。橋式當(dāng)渠道通過較深的復(fù)式斷面或窄深河谷時(shí)，為降低管道承受的壓力水頭，減小水頭損失，縮短管身長(zhǎng)度，便于施工，可在深槽部位建橋，管道鋪設(shè)在橋面上或支撐在橋墩等支撐結(jié)構(gòu)上。橋下應(yīng)有足夠的凈空高度，以滿足泄洪要求。在通航河道上應(yīng)滿足通航要求。管道在橋頭山坡轉(zhuǎn)彎處設(shè)置鎮(zhèn)墩，并在鎮(zhèn)墩上設(shè)置放水孔（也可兼作進(jìn)人孔），以便于檢查修理。

曲線式倒虹吸

橋式倒虹吸

（二）進(jìn)出口布置進(jìn)口段的布置進(jìn)口段包括進(jìn)水口、攔污柵、閘門、啟閉臺(tái)、進(jìn)口漸變段及沉沙池等。進(jìn)口段的結(jié)構(gòu)形式，應(yīng)保證通過不同流量時(shí)管道進(jìn)口處于淹沒狀態(tài)，以防止水流在進(jìn)口段發(fā)生跌落、產(chǎn)生水躍而使管身引起振動(dòng)。進(jìn)口具有平順的輪廓，以減小水頭損失，并應(yīng)滿足穩(wěn)定、防沖和防滲等要求。（1）進(jìn)口段應(yīng)修建在地基較好、透水性小的地基上。當(dāng)?shù)鼗^差、透水性大時(shí)應(yīng)做防滲處理。通常做30～50cm厚的漿砌石或做15～20cm的混凝土鋪蓋，其長(zhǎng)度約為渠道設(shè)計(jì)水深的3～5倍。擋水墻可用混凝土澆筑，也可用圬工材料砌筑。砌筑時(shí)應(yīng)妥善與管身銜接好。對(duì)于岸坡較陡、管徑較大的鋼筋混凝土管，進(jìn)口常做成喇叭口形。當(dāng)岸坡較緩時(shí)，可將管身直接伸入胸墻0.5～1.0m，并與喇叭口連接。對(duì)于小型倒虹吸管，為了施工方便，一般將管身直接伸入擋水墻內(nèi)。

進(jìn)口布置圖

（2）雙管倒虹吸進(jìn)口一般不設(shè)置閘門，通常在側(cè)墻設(shè)閘門槽，以便在檢修和清淤時(shí)使用，需要時(shí)臨時(shí)安裝插板擋水。當(dāng)小流量時(shí)可減少輸水管道的根數(shù)，以防止進(jìn)口水位跌落，同時(shí)可增加管內(nèi)流速，防止管道淤積。

雙管倒虹吸進(jìn)出口布置圖（單位：cm）

閘門常用平板閘門或疊梁閘門。
（3）為了防止漂浮物或人畜落入渠內(nèi)被吸入倒虹吸管內(nèi)，在閘門前需設(shè)置攔污柵。攔污柵的布置應(yīng)有一定的坡度，以增加過水面積和減小水頭損失，常用坡度為1/3～1/5。柵條用扁鋼做成，其間距為20～25cm。為了清污或啟閉閘門可設(shè)工作橋或啟閉臺(tái)，如圖8－72所示。啟閉臺(tái)臺(tái)面高出閘墩頂?shù)母叨葹殚l門高加1.0～1.5m。

沉沙池及沖沙閘布置圖（高程單位：m，尺寸單位：cm）

（4）沉沙池的主要作用是攔截渠道水流攜帶的大粒徑砂石和雜物，以防止進(jìn)入倒虹吸管內(nèi)引起管壁磨損和淤積堵塞。有的倒虹吸管由于管理不善，管內(nèi)淤積的碎石雜物高度達(dá)到管高的一半，嚴(yán)重影響了輸水能力。在懸移質(zhì)為主的平原區(qū)渠道，也可不設(shè)沉沙池。有輸沙要求的倒虹吸管，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)使管內(nèi)流速不小于挾沙流速，同時(shí)為保證輸沙和防止管道淤積，可考慮采用雙管或多管布置。在山丘地區(qū)的繞山渠道，泥沙入渠將造成倒虹吸管的磨損，沉沙池應(yīng)適當(dāng)加深。
沉沙池尺寸可按下面的經(jīng)驗(yàn)公式加以確定：

沉沙池底部低于渠底的深度T（cm）的計(jì)算公式為：

式中　b、h——渠道底寬與水深；D、δ——管內(nèi)徑與管壁厚度。

（5）倒虹吸管進(jìn)口前一般設(shè)漸變段與渠道平順連接，以減少水頭損失。漸變段形式有扭曲面、八字墻等形式。其底寬可以是變化的或不變的。漸變段長(zhǎng)度一般采用3～5倍渠道設(shè)計(jì)水深。對(duì)于漸變段上游渠道應(yīng)適當(dāng)加以護(hù)砌。（6）大型或較為重要的倒虹吸管進(jìn)口一般設(shè)置退水閘。當(dāng)?shù)购缥馨l(fā)生事故時(shí)，關(guān)閉倒虹吸管前閘門，將渠水從退水閘泄出。

出口段的布置出口段包括出水口、閘門、消力池、漸變段等。其布置形式與進(jìn)口段相似。為運(yùn)行管理方便，在雙管或多管倒虹吸出口應(yīng)設(shè)置閘門或預(yù)留檢修門槽。為使出口與下游渠道平順連接，一般設(shè)漸變段，其長(zhǎng)度為4～6倍的渠道設(shè)計(jì)水深。同時(shí)漸變段下游3～5m長(zhǎng)度內(nèi)的渠道還應(yīng)護(hù)砌，以防止水流對(duì)下游渠道沖刷。漸變段的底部常設(shè)消力池。消力池長(zhǎng)度一般為渠道設(shè)計(jì)水深的5～6倍。消力池深度T（cm）可按下式估算：

式中　D、δ——管內(nèi)徑與管壁厚度。

倒虹吸管出口水流流速一般較小，消力池的作用主要在于調(diào)整出口水流的流速分布（對(duì)雙管或多管布置的倒虹吸管出口更為突出），以使水流較平穩(wěn)地進(jìn)入下游渠道，防止對(duì)下游渠道沖刷。

管身及鎮(zhèn)墩的布置管身倒虹吸管的材料應(yīng)根據(jù)壓力大小及流量的多少，以及就地取材、施工方便、經(jīng)久耐用等原則綜合分析選擇。1）常用的材料主要有混凝土、鋼筋混凝土、預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土和鑄鐵等。混凝土管適用于水頭較低、流量較小的情況，一般用于水頭為4～6m的倒虹吸管。從混凝土管運(yùn)行情況看，管身裂縫、接縫處漏水嚴(yán)重的現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生，這多與材料強(qiáng)度、施工技術(shù)與質(zhì)量等因素有關(guān)。鋼筋混凝土管適用于較高水頭，一般為30m左右，可達(dá)50～60m，管徑通常不大于3m。預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土管適用于高水頭。它具有較好的彈性、不透水性和抗裂性，能充分發(fā)揮材料的性能。已建工程大水頭達(dá)212m，管徑為1.25m。預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土管比金屬管節(jié)省鋼材用量80%～90%。鑄鐵鋼管多用于高水頭地段，因耗用金屬材料較多，應(yīng)用較少。
2）在較好的土基上修建小型倒虹吸管可不設(shè)連續(xù)座墊，而設(shè)中間支墩，其間距視地基、管徑大小等情況而定，一般采用2～8m。
3）為防止耕作、冰凍等不利因素影響，管道應(yīng)埋設(shè)在耕作層以下；在冰凍區(qū)，管頂應(yīng)布置在冰凍層以下；在穿越河道時(shí)，管頂應(yīng)布置在沖刷線以下0.5m；當(dāng)穿越公路時(shí)，為改善管身的受力條件，管頂應(yīng)埋設(shè)在路面以下1.0m左右。
4）為了防止管道因地基不均勻沉陷及溫度過低產(chǎn)生較大的縱向應(yīng)力，使管身發(fā)生橫向裂縫，管身應(yīng)設(shè)置伸縮縫，縫內(nèi)設(shè)止水?？p的間距應(yīng)根據(jù)地基、管材、施工、氣溫等條件確定?，F(xiàn)澆鋼筋混凝土管縫的間距，在土基上一般為15～20m；在巖基上一般為10～15m。如果管身與巖基之間設(shè)置油毛氈墊層等措施，以減小巖基對(duì)管身收縮約束作用，且管身采用分段間隔澆筑時(shí)，縫的間距可增大至30m。
伸縮縫的形式主要有平接、套接、企口接（圖8－73）以及預(yù)制管的承插式接頭等?？p的寬度一般為1～2cm，縫中堵塞瀝青麻絨、瀝青麻繩、柏油杉板或膠泥等。

管身伸縮縫形式（單位：cm）

（a）平接；（b）管壁等厚套接；（c）管壁變厚套接；（d）企口接1—水泥砂漿封口；2—瀝青麻絨；3—金屬止水片；4—管壁；5—瀝青麻繩；6—套管；7—石棉水泥；8—柏油杉板；9—瀝青石棉；10—油毛氈；11—伸縮縫

現(xiàn)澆管一般采用平接或套接，縫間止水用金屬止水片等。近幾年用塑料止水帶代替金屬止水，以及使用環(huán)氧基液貼橡皮已很普遍。預(yù)制鋼筋混凝土管及預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土管的管節(jié)接頭處即為伸縮縫。接頭形式有平口式和承插式。承插式接頭安裝方便，密封性好，具有較大的柔性，目前大多采用這種形式（圖8－74）。為了清除管內(nèi)淤積泥沙，放空管內(nèi)積水和便于檢修，在管段上應(yīng)設(shè)置沖沙放水孔。沖沙放水孔也常兼作進(jìn)人孔，進(jìn)人孔也可設(shè)在鎮(zhèn)墩上。

鎮(zhèn)墩在倒虹吸管的變坡及轉(zhuǎn)彎處都應(yīng)設(shè)置鎮(zhèn)墩，其主要作用是連接和固定管道。在斜坡段，若坡度陡、長(zhǎng)度大，為防止管身下滑，保證管身穩(wěn)定，也應(yīng)在斜坡段設(shè)置鎮(zhèn)墩，其設(shè)置個(gè)數(shù)視地形、地質(zhì)條件而定。

鋼筋混凝土管承插式接頭

（a）平直形；（b）雙楔形；（c）“63”形1—承口；2—插口；3—橡皮圈

鎮(zhèn)墩的材料主要為砌石、混凝土或鋼筋混凝土。砌石鎮(zhèn)墩多用于小型倒虹吸工程。在巖基上的鎮(zhèn)墩，可加錨桿與巖基連結(jié)，以增加管身的穩(wěn)定性。鎮(zhèn)墩承受管身傳來的荷載及水流產(chǎn)生的荷載，以及填土壓力、自身重力等，為了保持穩(wěn)定，鎮(zhèn)墩一般是重力式的。鎮(zhèn)墩與管蓋的連接形式有兩種：剛性連接和柔性連接

鎮(zhèn)墩與管端的連接（單位：cm）

（a）剛性連接；（b）柔性連接

剛性連接是把管端與鎮(zhèn)墩混凝土澆筑在一起，砌石鎮(zhèn)墩是將管端砌筑在鎮(zhèn)墩內(nèi)。這種形式施工簡(jiǎn)單，但適應(yīng)不均勻沉降的能力差。由于鎮(zhèn)墩的重量遠(yuǎn)大于管身，當(dāng)?shù)鼗赡馨l(fā)生不均勻沉陷時(shí)可能使管身產(chǎn)生裂縫，所以一般多用于斜管坡度大、地基承載能力大的情況。柔性連接是用伸縮縫將管身與鎮(zhèn)墩分開，縫中設(shè)止水，以防漏水。柔性連接施工比較復(fù)雜，但適應(yīng)不均勻沉陷能力好，常用于斜坡較緩的土基上。斜坡段上的中間鎮(zhèn)墩，其上部與管道的連接多為剛性連接，下部多為柔性連接。鎮(zhèn)墩的形式和各部分尺寸，可參考下列經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)：鎮(zhèn)墩的長(zhǎng)度約為管道內(nèi)徑的1.5～2.0倍；底部最小厚度為管壁厚度δ的2～3倍；鎮(zhèn)墩頂部及側(cè)墻最小厚度為30～50cm。轉(zhuǎn)彎時(shí)前后管在鎮(zhèn)墩內(nèi)用圓弧彎管段連接，圓弧外半徑R1一般為管內(nèi)徑的2.5～4.0倍，圓心角α與前后管段的中心線夾角相等。砌石鎮(zhèn)墩在砌筑時(shí)，可在管道周圍包一層混凝土，其尺寸應(yīng)考慮施工及構(gòu)造要求。