輸水橋

渠道跨越河道、山谷的輸水橋，用於灌溉、排泄山洪等。結構與橋樑相似，由輸水的水廂(槽身)和支承水廂的支承排架或支承拱結構等組成。

基本介紹

• 中文名：輸水橋
• 外文名：aqueduct
• 套用領域：水利工程，土木工程
• 別名：渡槽

渡槽

又稱輸水橋。為克服天然障礙而修建的槽式輸水建築物。當渠道與河流、溝谷、窪地或道路相交時、允許平直穿越時採用，用以銜接兩端渠道。由輸水槽身、槽墩或槽架及進出口漸變段組成。槽身斷面主要有矩形、U形。常用木料、石料、混凝土或鋼筋混凝土等建造。槽身斷面比渠道小，槽底有一定縱坡。水流通過渡槽的水頭損失(上下游水面降落)應較小。通過河流時，應考慮過船高度，並架設在最高洪水位以上，以免阻滯洪水或被洪水沖壞。

嘎爾輸水橋

又稱尼姆 (Nimes)水槽，也叫嘎爾渡槽。位於 法國跨嘎爾河，用於向尼姆城供水的渡槽。橋長 275m，高48. 8m，由上下三層石灰石拱券組成。下 層6個拱，中層11個拱，上層36個拱支承著輸水 槽。下層是人行橋，上層小拱平均跨徑4.8m，墩厚 與拱跨比1/5。水槽寬1.22m，高1.45m，頂面覆蓋 石板。拱石用鐵箍相連。橋始建於公元前19年。歷 經修繕，公元1855年至1859年照原樣修復，作為文物保存。

沿革

世界上最早的渡槽誕生於中東和西亞地區。公元前700餘年，亞美尼亞已有渡槽。公元前703年，亞述國一西拿基立下令建一條483公里長的渡槽引水到國都尼尼微。渡槽建在石牆上，跨越澤溫的山谷。石牆寬21米，高9米，共用了200多萬塊石頭。渡槽下有5個小橋拱，讓溪水流過。

古希臘的許多城市建有良好的渡槽，但古羅馬人最為認真，把供水系統看作是公共衛生設施的重要部分。羅馬第一條供水渡槽是建於公元前312年的阿庇渡槽；第十條也是最後一條則是公元226年建成的阿歷山大渡槽；最長最壯觀的是建於公元前114年的馬西亞渡槽，雖然水源離羅馬僅37公里，但渡槽本身長達92公里。這是因為渡槽要保持一定坡度，依地形蜿蜒曲折地修建。

中國修建渡槽也有悠久的歷史。古代人們鑿木為槽，引水跨越河谷、窪地。據記載，西漢時修渠所建渡槽稱為“飛渠”。中華人民共和國成立初期所建渡槽多採用木、砌石及鋼筋混凝土等材料，槽身過水斷面多為矩形，支撐結構多為重力式槽墩，跨度和流量一般不大，施工方法多為現場澆築。20世紀60年代以後，施工方法向預製裝配化發展。各種類型的排架結構、空心墩、鋼筋混凝土U形薄殼渡槽及預應力混凝土渡槽相繼出現。隨著大型灌區工程的發展，又促使採用各種拱式與梁式結構渡槽以適應大流量、大跨度、便於預製吊裝等要求，並且開始套用跨越能力大的斜拉結構形式。

許多水利工程、引水工程等大量地使用著渡槽，創造出很多富有特色的新式渡槽、現代化渡槽。二十世紀中期的中國，由於水利設施落後，直接影響了農村的發展。為了擺脫這種困境，引水灌溉就成為一項突出的民生工程。渡槽作為一種水利設施，就在這種背景下在全國各地開始大規模興建，它見證了近代中國農業、水利發展的起承轉合。

南水北調工程中，40餘座引水跨越山谷和江河的渡槽，將成為世界最大的引水渡槽。日前，由武漢大學王長德教授帶頭的該項目通過專家評審，成功解決了在我國建設世界最大渡槽的技術難關。

渡槽有悠久的歷史。公元前690年,在今蘇聯的戈梅利河向特比圖河引水，曾架設一座拱形渡槽，長274.3m、高9.1m，並用砂漿勾縫防滲。公元前19年在今法國境內修建了蓬迪加爾渡槽。該渡槽長274m、高49m,為塊石乾砌拱形結構。中國最古老的渡槽，距今已有2000餘年。早期修建的渡槽多為木石結構。20世紀30年代出現了鋼筋混凝土渡槽。60年代以後，隨著大型灌區工程的發展，各種輕型結構渡槽、大跨度拱式渡槽被廣泛採用，預製裝配式施工方法也得到推廣。結構形式優選理論、新型材料、電子計算機技術及先進施工技術等已開始套用。

結構

渡槽由進出口段、槽身、支承結構和基礎等部分組成。

①進出口：包括進出口漸變段、與兩岸渠道連線的槽台、擋土牆等。其作用是使槽內水流與渠道水流平順銜接，減小水頭損失並防止沖刷。

②槽身:主要起輸水作用,對於梁式、拱上結構為排架式的拱式渡槽，槽身還起縱向梁的作用。槽身橫斷面形式有矩形、梯形、U形、半橢圓形和拋物線形等,常用矩形與 U形。橫斷面的形式與尺寸主要根據水力計算、材料、施工方法及支承結構形式等條件選定。也有的渡槽將槽身與支承結構結合為一體。

③支承結構：其作用是將支承結構以上的荷載通過它傳給基礎，再傳至地基。按支承結構形式的不同,可將渡槽分為梁式、拱式、梁型桁架式及桁架拱（或梁）式以及斜拉式等。梁式渡槽的支承結構有重力式槽墩、鋼筋混凝土排架（圖a）及樁柱式排架等。拱式渡槽的支承結構由墩台、主拱圈及拱上結構組成。槽身荷載通過拱上結構傳給主拱圈，再由主拱圈傳給墩台。根據拱上結構形式的不同，拱式渡槽又可分為實腹式及空腹式兩類。桁架拱式渡槽按結構特徵和槽身在桁架拱上位置的不同，可分為上承式、下承式、中承式和復拱式四種。斜拉式渡槽支承結構由塔架與塔墩（或承台）組成，並由固定在塔架上的斜拉索懸吊槽身。

④基礎：為渡槽下部結構，其作用是將渡槽全部重量傳給地基。

渡槽

箱形輸水橋

混凝土箱形橋身在太陽照射下，其向陽的外表面溫度變化較大，而背陽的外表面溫度變化甚小，橋身的內表面與水流接觸，內表面溫度接近於水溫，基本保持恆定，從而在結構中產生較大的溫度梯度，即沿橫截面高度方向及板厚方向各纖維層的溫度是不同的。由於材料熱脹冷縮的性質，勢必產生溫度變形，當變形受到結構內部纖維約束和超靜定約束時，結構會在橫向和縱向產生相當大的溫度應力。混凝土箱形輸水橋在內外溫差模式的選取方面，各國規範的規定有所不同。如果溫度梯度模式選用不當，即使增大溫度設計值，也不能保證結構的抗裂性。輸水橋與箱梁橋的溫度邊界條件有很大的不同，輸水橋內為流動的水體，在夏季其水溫明顯低於日平均氣溫，因此輸水橋身中的內外溫差比普通箱梁橋的內外溫差大很多。

溫度場計算分析

箱形輸水橋的日照溫度分布比較複雜，呈現外高內低的趨勢。從箱形橋身的溫度分布來看，頂板溫度變化最劇烈，腹板次之，底板最小。

溫度應力計算分析

截面寬度方向最大拉應力出現在頂板下緣，截面高度方向最大拉應力出現在腹板內壁處，截面橋身長度方向最大拉應力出現在腹板內壁角隅處。由此可知: 日照溫差作用下混凝土箱形輸水橋身內將產生可觀的溫度拉應力，其值已超過混凝土的抗拉設計強度。所以，在箱形輸水橋結構設計中對日照溫差作用下的溫度應力必須予以重視，在設計中應配置適當的溫度鋼筋。

連續梁箱形輸水橋

（1）將日照溫差應力分成自約束應力和外約束應力兩部分。針對連續箱形輸水橋溫度邊界特點，提出了二次曲線日照溫度梯度模式，並根據溫度自約束應力的平衡特點，導出了自約束應力的計算公式；按照等效線性化的原則，給出了非線性溫差作用下輸水橋溫度次應力的計算方法和相應的基本公式，該方法與力法結果一致，均能滿足設計的精度要求。

（2）設計預應力混凝土連續箱形輸水橋時，應考慮日照溫度作用在效應組合中的影響，並特別注意中跨截面和支座附近截面抗裂性的驗算。

（3）合理選取日照溫度梯度模式和內外溫差值是箱形輸水橋溫度應力計算的關鍵，目前仍缺少這方面的實測試驗數據。所以，有必要進行進一步的研究，得到更準確的計算結果。

加固

（1）採用水泥深層攪拌粉噴樁加固地基，機械化程度高，施工速度快，可使用幾台設備同時作業，縮短了施工工期。

（2）採用水泥深層攪拌粉噴樁加固地基，基於水泥土的一系列物理化學反應，改變了原狀土的結構，使土顆粒重新排列，重新固結成水泥土，硬結成具有整體性、水穩性和強度較高的水泥土拌合柱體，從而大大提高地基土的承載力。

（3）由於粉噴樁是就地攪拌加固地基，使軟土不向側向擠壓，因此對鄰近已有建築物影響很小。