水工建筑物——坝下涵管

在土石坝枢纽中，当由于两岸地质条件或其他原因，不易开挖隧洞时，可以采用在土石坝下埋设涵管的方式来满足泄水、引水的需求。

一、坝下涵管的特点

与在山岩中开挖隧洞相比，坝下涵管不需要开山凿洞，结构简单、施工方便、工期较短、造价也低，因此在中、小型工程中使用较多。同时，坝下涵管的进口通常在水下较深处，也是属于深式泄水或放水建筑物。因此，其工作特点、工程布置、进出口的形式与构造等方面与水工隧洞均有相似之处。但是，坝下涵管的管身埋设于土石坝坝下，穿坝而过，如设计施工不良或运用管理不当，极易影响土石坝的安全。

根据国内外土石坝失事资料的统计分析表明，坝下涵管的缺陷是引起土石坝失事的重要原因之一。涵管的材料与土石坝的填土是两种性质差别较大的材料，如果两者结合不好，水库中的水就会沿管壁与填土之间接触面产生集中渗流，引起管外填土的渗透变形，特别当涵管由于坝基的不均匀沉陷或连接结构等方面原因，发生断裂、漏水时，后果更加严重，甚至导致坝体的失事。因此在坝下涵管的设计、施工中必须采取适当的措施，做到管身与周围土体的紧密结合，加强管身的防渗处理，保证坝下涵管及坝体安全可靠运行。对于高坝或多地震地区的坝，应尽量避免采用坝下涵管。

二、坝下涵管的位置选择

坝下涵管的线路选择及工程布置的一般原则为经济合理、安全可靠、运行方便。在进行坝下涵管的位置选择时，主要应考虑以下几个方面的问题。

1.地质条件

应尽量将涵管设在岩基上。如不可能时，对于坝高在10m以下的涵管也可设于压缩性小、均匀而密实的土基上，但必须有充分的技术论证。涵管上部所受的外荷载沿管轴线方向变化较大，将可能产生不均匀沉陷，而引起管身断裂，因此，必须避免将管身部分设于岩基上、部分设于土基上，以防止因地基的不均匀沉降而使得管身断裂。不得将涵管直接建在坝体填土中。在进出口的位置，要注意山坡地质的稳定性，防止山坡塌方堵塞涵管。

2.地形条件

涵管应布置在与进口高程相适应的位置，以免增加过多的挖方工程量。涵管进口高程的确定，可根据运用要求、河流泥沙情况及施工导流等因素来考虑。

3.运用条件

涵管的布置要尽量从方便运用来考虑，引水灌溉的坝下涵管最好与灌区布置在同一岸侧，如两岸均有灌区，可在两岸各设一个涵管，以免修建过河交叉建筑物。涵管不宜离溢洪道太近，以免泄水时相互干扰。

4.水流条件

涵管的轴线应为直线，且与坝轴线垂直，以使水流顺畅，并缩短管线，减小工程量，降低水头损失。当为了适应地形、地质的变化，涵管必须转弯时，轴线应以光滑曲线连接，其转弯曲率半径应大于管径的5倍。

在进行涵管布置时，应综合考虑以上条件，并注意与其他建筑物之间的相互位置关系，拟定若干方案，经过经济技术比较后加以确定。

三、坝下涵管的进出口建筑物

1.进口建筑物

坝下涵管多见于小型水库，且涵管多用于引水灌溉，因此其进口建筑物最好选择分层取水的结构形式，以便在引水灌溉时引取水库表层温度较高的清水，有利于农作物的生长。

分级卧管式进口

（1）分级卧管式

此种进口形式广泛地应用于引水灌溉工程中，它是由斜卧在坝前岸坡上的进水卧管、卧管下部的消力井组成的（图7－33）。在卧管上设有多级台阶，每个台阶上设圆孔进水口，孔径10～50cm，用木塞或平板门控制引水。卧管应布设在坚实的地基或岩基上，坡度不宜太陡，坡度以1∶2.5～1∶3为宜，以免水流过急影响管身稳定，卧管上端应高于最高水位，并在顶端设通气孔，以保证管内的无压水流状态。引水时，打开靠近水面的进水孔，使表层水进入卧管，并经底部的消力井消能后较平稳地转向，流入坝下涵管。

这种形式的进口建筑物结构简单、施工方便，由于卧管内的水流为无压流，对于小型工程，可以使用浆砌石块、条石来修建，可就地取材，降低造价。同时，引取水库表层温度较高的水，对农作物生长有利。但缺点是孔口较多，容易漏水，且闸门运用管理不便，对引水流量不易准确控制。

（2）塔式

这种进口形式与隧洞的塔式进口建筑物基本相同。考虑到引水灌溉的要求，大多做成分层取水的封闭塔（图7－34）。塔的位置可有三种布置方式，第一种是将塔布置在坝体内靠近坝顶附近，优点是塔身受风浪、冰冻的影响小，稳定性好，产生不均匀沉陷和断裂的可能性小，交通桥短。但由于塔身位于坝体中部，如果塔身与涵管的结合处漏水，将会引起坝体的渗透变形，而且塔的上游侧涵管检修不便，塔的下游侧较短，可能会出现渗径不足。另一种布置方式是将进水塔布置在上游坝脚处，其优缺点与上述布置恰恰相反。还有一种布置方式是将塔设在前述两种位置之间，由于这种方式容易造成塔身与斜墙防渗体结合部的漏水，因此这种方式不适用于斜墙坝。

（3）斜拉闸门式

沿库区山坡或上游坝面布置斜坡，在斜坡上设置闸门运用的轨道，进水口在斜坡的底部（图7－35），启闭机安装在山坡平台上或坝顶。这种布置方式的特点是构造简单、操作方便、造价低、启闭力小，但由于闸门是倾斜安置，不易利用自重来关闭闸门，检修困难。对于多泥沙河流及水头较高时不宜采用。

塔式进口布置图（单位：m）

1—工作桥；2—通气孔；3—控制塔

4—爬梯；5—主闸门槽；6—检修门槽

7—截水环；8—伸缩缝；9—渐变段

10—拦污栅；11—黏土心墙；12—消力池

13—岩基；14—坝顶；15—马道

16—干砌石；17—浆砌石；18—黏土

斜拉闸门式

1—斜拉闸门；2—支柱；3—通气孔

4—拉杆；5—混凝土块体；6—截水环

7—涵管；8—消能井

2.出口建筑物

坝下涵管的出口建筑物包括渐变段及消能设施两部分。渐变段的构造与隧洞相同，由于涵管的流量不大、水头较低，涵管出口的消能方式往往为底流式水跃消能方式。

四、坝下涵管的管身形式及构造

1.坝下涵管的管身形式

坝下涵管也分为有压涵管与无压涵管两种类型。从防止管身漏水以免影响土石坝安全来考虑，最好将涵管做成无压的。管身断面通常有圆形、矩形及拱形等。

2.坝下涵管的构造

为了防止管身的不均匀沉陷，避免产生集中渗流，在管身一般均设有伸缩缝、管座、截水环、涵衣等设施。

（1）伸缩缝

为了适应地基沉降变形、管身伸缩变形及施工能力的要求，需在涵管的轴线方向分缝。为了适应地基的变形，铺设在土基上的涵管需设沉降缝。在良好的岩基上，虽然不均匀沉降的影响很小，但由于地基对管身的约束作用，也可能使管身在温度变化时产生横向裂缝，故需设温度伸缩缝，一般将温度伸缩缝与沉降缝统一考虑，称为温度沉降缝。对于现浇混凝土管，缝的间距一般不大于3～4倍管径，且不大于15m，预制管的接头即为伸缩缝。缝宽一般为1～3cm。缝内必须做好止水。

（2）管座

管身应放在较坚实且稳定的地基上，为防止地基因受力不均而产生不均匀沉降导致管身断裂，一般不宜将管身直接布置于土基上，更不允许将管身置于坝体的填方上。

当地基比较软弱时，应将管身置于用浆砌块石和混凝土做成的刚性管座上，管座与管身接触面所形成的包角一般为90°～135°，当竖向荷载较大时，可采用180°包角。管座的厚度一般为30～50cm。在管座与管身的接触面上，涂以沥青或铺上沥青油毡垫层，可减小管座对管身的约束，避免因管身纵向变形而导致管身出现横向裂缝。

（3）截水环

为了防止沿管道外壁发生集中渗流，常在管壁外围设置截水环，以达到改变渗流方向，增加渗径，减小渗流的目的。

截水环的布置位置可根据坝型及上堵下排的防渗原则来定。对于黏土心墙坝或黏土斜墙坝，常将涵管通过防渗体的局部加厚，在两者相交处设2～3道截水环。对于均质坝，在上游侧及坝轴线位置设2～3道截水环，下游侧不必设。

截水环宜设在两伸缩缝之间，以减少截水环对管身纵向变形的约束作用。

（4）涵衣

工 程实践经验表明，涵管与坝体的接触面是防渗的薄弱环节，为了更有效地防止集中渗流，通常在涵管周围1～2m的范围内，回填黏性土做防渗层，这个防渗层称为涵衣。 涵衣与砂性坝壳之间应设过渡层。

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