涵洞检测方法及病害特征研究(7)

2019-04-22 19:56

措施。渗透水流将给涵洞周边以压力,作用于底面上的渗透压力将减轻涵洞的有效重量。同时沿涵洞四周或土体中移动的渗流有可能将土颗粒带走或在渗流逸出处造成整块土体的移动,即产生管涌或流土。

涵洞渗漏破坏有沿洞外壁的纵向渗漏破坏和涵洞本身引起的破坏。工程中常用的防渗措施有以下几种:

① 涵洞周围填透水性小的材料。为加强洞壁防渗性能,可选用粘土或三合土等,在涵洞周围回填一层厚约1~2m的防渗层。填筑质量应严格控制,一般都应高于坝体的填筑质量。

② 截水环。截水环是延长渗径、防止沿着管壁发生管涌的有效措施。截水环的材料宜与涵洞的材料相同,以利于涵洞和环的连接和施工。截水环要与洞身紧密连接,不能漏水,截水环的高度和厚度,一般按上游承受的水头来计算,小型涵洞也可以采用经验数据。为利于涵洞的自由伸缩,截水环的位置从受力条件考虑,应放在每段涵洞的中间。

③ 进口防渗。以“上堵下排”为原则,在上游进口处封堵渗漏通道,在下游处设置排水反滤设施。“上堵”为其主要方面,进口防渗处理应倍加小心。为考虑涵洞与土体防渗措施的统一,通常在涵洞的进口和出口附加以下几种防渗措施。一为进口作柔性止水,在涵洞进口用沥青麻袋等作一圈柔性止水,一端用螺栓压紧在涵洞进口的混凝土或砌石上,一端埋入土中;二为涵洞的接头处铺设反滤层,实际工程中,因各种客观原因,难免产生渗漏,尤其是接头部位免不了会有渗漏现象,为防止接头万一渗漏时带走涵洞周围填土,可在涵洞的接口部位作一周反滤层。

4.4消能防冲复核

涵洞水能防冲校设计是在已知总水头、出口单宽流量及下游水位流量关系的条件下,判别水流的衔接型式,判断消能设施的设置是否符合要求。

计算下游收缩水深hc及与其共轭的跃后水深hc'',然后比较hc''与下游水深hs的关系,如果hc''?hs,表明不需要消能设施,如果hc''?hs,则需要消能设施并进一步作消能计算。

涵洞的消能设施常用的布置型式有深挖式消力池、综合式消力池及消力坎式消力池。

① 深挖式消力池计算

d??ohc''?hs??Z

0.252????hb18?qhc''?c?1??1??? 3??2?ghc??b2??q2h?Th??0 22g?3c20c?q2?q2 ?Z??2g?2hs22ghc''2Lsj?Ls??Lj

Lj?6.9?hc''?hc?

式中:d—消力池深,m;

?0—水跃淹没系数,可采用1.05~1.10;

hc''—跃后水深,m; hc—收缩水深,m; hs—下游尾水深,m;

?—水流动能校正系数,可采用1.0~1.05;

q—单宽流量,m3/?m?s?;

b1—消力池首端宽度,采用与洞宽相等,m;

b2—消力池末端宽度,m;

T0—由消力池底板顶面算起的上游总能头,m;

?—流速系数,一般采用0.98;

?Z—出池水位落差,m; Lsj—消力池长度,m;

Ls—消力池斜坡段水平投影长,m;

?—水跃长度校正系数,可采用0.7~0.8; Lj—水跃长度,m。

上游总能头T0除无压流短洞按涵洞进口前断面的能量计算外,其余各种流态的涵洞均按出口端断面的能量计算。各种流态涵洞的上游总能头T0分别按下列公式计算:

无压流短洞:

T0?H?无压流长洞:

?v122g?iL?P

T0?h??v22g?P (出口水深大于临界水深)

T0?hk?半压力流涵洞:

?v22g?P(出口水深小于临界水深)

T0??1?非淹没压力流涵洞:

?v22g?P

T0?0.85D?淹没压力流涵洞:

?v22g?P

T0?H??v122g???1??2??3??4??v2?v2L2g?C2R?iL?P

式中:H—从进口洞底算起的进口水深,m;

h—从出口洞底算起的出口水深,m; D—洞高,m;

hk—相应于洞身宽度的临界水深,m;

?1—修正系数; L—洞身长度,m; i—洞底纵坡;

P—出口洞底至消力池的跌差,m;

v1—上游行进流速,m/s;

v—与出口端断面水深相应的出口端断面流速,m/s;

?—水流动能校正系数,可采用1.0~1.05;

R—洞身水力半径,m; C—谢才系数,m0.5/s;

?1—进口损失系数; ?2—拦污栅损失系数; ?3—闸门槽损失系数; ?4—进口渐变段损失系数;

各损失系数的取值应与孔径计算时的取值相同。

② 综合式消力池计算

综合式消力池是采用降低护坦高程和建造消力墙两种措施,以局部加大下游水深,形成淹没水跃,以达到消能的目的。

'hct?ht2?1?8Frt2?1

?Frt?q

htght'cT10?C0?H10?h?23q22g?h2'2c

?q? H10???m2g????C0?T10?H10

S0??hc''??C0?H1?

H1?H10?q22g??h''2c?

式中:ht—下游水深,m;

Frt—下游断面的佛汝德数;

?'—水流过墙断面的流速系数,可取0.95;

m—水流过墙顶的流量系数,一般取0.42; Q—消能工的设计流量,; q—消能工的单宽流量,;

T10—消力墙前总水头,m; H10—消力墙顶总水头,m; H1—消力墙顶水头,m; S0—消力池深,m。

池深S0可用试算法求出,池长计算同深挖式消力池。

4.5洞身结构强度复核

为复核涵洞结构强度,就必须求解涵洞内力,计算作用于涵洞上的各种荷载。作用于涵洞的主要荷载有:土压力、水压力、车辆荷载及洞身自重力等。其中土压力包括洞顶垂直土压力及侧向水平土压力,水压力包括内水压力及外水压力,车辆荷载主要为汽车荷载。涵洞为小规模地下水工建筑物,一般可不进行抗震设计及考虑地震荷载。同时,因涵洞埋设于地下,温度变化及混凝土收缩对结构应力的影响也较小,一般在箱涵的结构计算中也多未考虑温度应力及混凝土收缩的作用。 4.5.1 洞顶垂直土压力计算

涵洞上的垂直土压力大小,直接与涵洞的埋置方式有关。涵洞的主要埋置方式有上埋式和沟埋式,上埋式涵洞的垂直土压力大于沟埋式涵洞的垂直土压力。地基刚度越大,上埋式涵洞的垂直压力越大;填土含水量越大,沟埋式涵洞的垂直土压力越大;当填土高度与基底宽度之比Hd/B1?3时,基底宽度越大,上埋式涵洞的垂直土压力越小;当Hd/B1?3时,基底宽度越大,上埋式涵洞的垂直土压力越大;基底宽度越大,沟埋式涵洞的垂直土压力越大。

渠下涵、穿堤涵洞以及穿公路涵洞等多为上埋式,作用于上埋式涵洞单位长度洞顶的垂直土压力强度标准值按下式计算:

qt2?Ks?Hd

式中:qt2—洞顶垂直土压力强度标准值,kN/m;


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