水利倒虹吸，猜猜你知多少？

倒虹吸管是设置在渠道与河流、山沟、谷地、道路等相交处的压力输水建筑物。它与渡槽相比，具有造价低、施工方便的优点，但水头损失较大，运行管理不如渡槽方便。一般在下列情况时采用：

1. 渠道跨越宽深河谷，修建渡槽、填方渠道或绕线方案困难或造价高时；

2. 渠道与原有渠、路相交，因高差较小不能修建渡槽、涵洞时；

3. 修建填方渠道影响原有河道泄流等。

一、倒虹吸管的布置

（一）管路布置

倒虹吸管一般由进口、管身和出口三部分组成。管路布置应根据地形、地质、施工、水力条件等分析确定。总体布置的一般原则是：管身最短、岸坡稳定、管基密实，进出口连接平顺，结构合理。根据流量大小及运用要求，可采用单管、双管或多管。根据管路埋设情况及高差大小，倒虹吸管的布置形式可分为以下几种。

竖井式

多用于压力水头较小（H＜3～5m），穿越道路的倒虹吸。这种形式构造简单、管路短。进出口一般用砖石或混凝土砌筑成竖井。竖井断面为矩形或圆形，其尺寸稍大于管身，底部设0.5m深的集沙坑，以沉积泥沙，并便于清淤及检修管路时排水。管身断面一般为矩形、圆形或其他形式。竖井式水力条件差，但施工比较容易，一般用于工程规模较小的倒虹吸管。

斜管式

多用于压力水头较小，穿越渠道、河流的情况（图8－67）。斜管式倒虹吸管构造简单，施工方便，水力条件好，实际工程中常被采用。

竖井式倒虹吸

斜管式倒虹吸

曲线式

当岸坡较缓（土坡m＞1.5～2.0，岩石坡m≥1.0）时，为减少施工开挖量，管道可随地面坡度铺设成曲线形。管身常为圆形的混凝土管或钢筋混凝土管，可现浇也可预制安装。管身一般设置管座。当管径较小且土基很坚实时，也可直接设在土基上。在管道转弯处应设置镇墩，并将圆管接头包在镇墩内。为了防止温度引起的不利影响，减小温度应力，管身常埋于地下，为减小工程量，埋置不宜过深。从已建倒虹吸管工程运行情况看，不少工程因温度影响或土基不均匀沉陷，造成管身裂缝，有的渗漏严重，危及工程安全。

桥式

当渠道通过较深的复式断面或窄深河谷时，为降低管道承受的压力水头，减小水头损失，缩短管身长度，便于施工，可在深槽部位建桥，管道铺设在桥面上或支撑在桥墩等支撑结构上。

桥下应有足够的净空高度，以满足泄洪要求。在通航河道上应满足通航要求。

管道在桥头山坡转弯处设置镇墩，并在镇墩上设置放水孔（也可兼作进人孔），以便于检查修理。

曲线式倒虹吸

桥式倒虹吸

（二）进出口布置

进口段的布置

进口段包括进水口、拦污栅、闸门、启闭台、进口渐变段及沉沙池等。进口段的结构形式，应保证通过不同流量时管道进口处于淹没状态，以防止水流在进口段发生跌落、产生水跃而使管身引起振动。进口具有平顺的轮廓，以减小水头损失，并应满足稳定、防冲和防渗等要求。

（1）进口段应修建在地基较好、透水性小的地基上。当地基较差、透水性大时应做防渗处理。通常做30～50cm厚的浆砌石或做15～20cm的混凝土铺盖，其长度约为渠道设计水深的3～5倍。

挡水墙可用混凝土浇筑，也可用圬工材料砌筑。砌筑时应妥善与管身衔接好。

对于岸坡较陡、管径较大的钢筋混凝土管，进口常做成喇叭口形。当岸坡较缓时，可将管身直接伸入胸墙0.5～1.0m，并与喇叭口连接。对于小型倒虹吸管，为了施工方便，一般将管身直接伸入挡水墙内。

进口布置图

（2）双管倒虹吸进口一般不设置闸门，通常在侧墙设闸门槽，以便在检修和清淤时使用，需要时临时安装插板挡水。当小流量时可减少输水管道的根数，以防止进口水位跌落，同时可增加管内流速，防止管道淤积。

双管倒虹吸进出口布置图（单位：cm）

闸门常用平板闸门或叠梁闸门。

（3）为了防止漂浮物或人畜落入渠内被吸入倒虹吸管内，在闸门前需设置拦污栅。拦污栅的布置应有一定的坡度，以增加过水面积和减小水头损失，常用坡度为1/3～1/5。栅条用扁钢做成，其间距为20～25cm。

为了清污或启闭闸门可设工作桥或启闭台，如图8－72所示。启闭台台面高出闸墩顶的高度为闸门高加1.0～1.5m。

沉沙池及冲沙闸布置图（高程单位：m，尺寸单位：cm）

（4）沉沙池的主要作用是拦截渠道水流携带的大粒径砂石和杂物，以防止进入倒虹吸管内引起管壁磨损和淤积堵塞。有的倒虹吸管由于管理不善，管内淤积的碎石杂物高度达到管高的一半，严重影响了输水能力。

在悬移质为主的平原区渠道，也可不设沉沙池。有输沙要求的倒虹吸管，设计时应使管内流速不小于挟沙流速，同时为保证输沙和防止管道淤积，可考虑采用双管或多管布置。在山丘地区的绕山渠道，泥沙入渠将造成倒虹吸管的磨损，沉沙池应适当加深。

沉沙池尺寸可按下面的经验公式加以确定：

沉沙池底部低于渠底的深度T（cm）的计算公式为：

式中　b、h——渠道底宽与水深；

D、δ——管内径与管壁厚度。

（5）倒虹吸管进口前一般设渐变段与渠道平顺连接，以减少水头损失。渐变段形式有扭曲面、八字墙等形式。其底宽可以是变化的或不变的。渐变段长度一般采用3～5倍渠道设计水深。对于渐变段上游渠道应适当加以护砌。

（6）大型或较为重要的倒虹吸管进口一般设置退水闸。当倒虹吸管发生事故时，关闭倒虹吸管前闸门，将渠水从退水闸泄出。

出口段的布置

出口段包括出水口、闸门、消力池、渐变段等。其布置形式与进口段相似。

为运行管理方便，在双管或多管倒虹吸出口应设置闸门或预留检修门槽。

为使出口与下游渠道平顺连接，一般设渐变段，其长度为4～6倍的渠道设计水深。同时渐变段下游3～5m长度内的渠道还应护砌，以防止水流对下游渠道冲刷。渐变段的底部常设消力池。消力池长度一般为渠道设计水深的5～6倍。消力池深度T（cm）可按下式估算：

式中　D、δ——管内径与管壁厚度。

倒虹吸管出口水流流速一般较小，消力池的作用主要在于调整出口水流的流速分布（对双管或多管布置的倒虹吸管出口更为突出），以使水流较平稳地进入下游渠道，防止对下游渠道冲刷。

管身及镇墩的布置

管身

倒虹吸管的材料应根据压力大小及流量的多少，以及就地取材、施工方便、经久耐用等原则综合分析选择。

1）常用的材料主要有混凝土、钢筋混凝土、预应力钢筋混凝土和铸铁等。

混凝土管适用于水头较低、流量较小的情况，一般用于水头为4～6m的倒虹吸管。从混凝土管运行情况看，管身裂缝、接缝处漏水严重的现象经常发生，这多与材料强度、施工技术与质量等因素有关。

钢筋混凝土管适用于较高水头，一般为30m左右，可达50～60m，管径通常不大于3m。

预应力钢筋混凝土管适用于高水头。它具有较好的弹性、不透水性和抗裂性，能充分发挥材料的性能。已建工程大水头达212m，管径为1.25m。预应力钢筋混凝土管比金属管节省钢材用量80%～90%。

铸铁钢管多用于高水头地段，因耗用金属材料较多，应用较少。

2）在较好的土基上修建小型倒虹吸管可不设连续座垫，而设中间支墩，其间距视地基、管径大小等情况而定，一般采用2～8m。

3）为防止耕作、冰冻等不利因素影响，管道应埋设在耕作层以下；在冰冻区，管顶应布置在冰冻层以下；在穿越河道时，管顶应布置在冲刷线以下0.5m；当穿越公路时，为改善管身的受力条件，管顶应埋设在路面以下1.0m左右。

4）为了防止管道因地基不均匀沉陷及温度过低产生较大的纵向应力，使管身发生横向裂缝，管身应设置伸缩缝，缝内设止水。缝的间距应根据地基、管材、施工、气温等条件确定。现浇钢筋混凝土管缝的间距，在土基上一般为15～20m；在岩基上一般为10～15m。如果管身与岩基之间设置油毛毡垫层等措施，以减小岩基对管身收缩约束作用，且管身采用分段间隔浇筑时，缝的间距可增大至30m。

伸缩缝的形式主要有平接、套接、企口接（图8－73）以及预制管的承插式接头等。缝的宽度一般为1～2cm，缝中堵塞沥青麻绒、沥青麻绳、柏油杉板或胶泥等。

管身伸缩缝形式（单位：cm）

（a）平接；（b）管壁等厚套接；（c）管壁变厚套接；（d）企口接1—水泥砂浆封口；2—沥青麻绒；3—金属止水片；4—管壁；5—沥青麻绳；6—套管；7—石棉水泥；8—柏油杉板；9—沥青石棉；10—油毛毡；11—伸缩缝

现浇管一般采用平接或套接，缝间止水用金属止水片等。近几年用塑料止水带代替金属止水，以及使用环氧基液贴橡皮已很普遍。

预制钢筋混凝土管及预应力钢筋混凝土管的管节接头处即为伸缩缝。接头形式有平口式和承插式。承插式接头安装方便，密封性好，具有较大的柔性，目前大多采用这种形式（图8－74）。

为了清除管内淤积泥沙，放空管内积水和便于检修，在管段上应设置冲沙放水孔。冲沙放水孔也常兼作进人孔，进人孔也可设在镇墩上。

镇墩

在倒虹吸管的变坡及转弯处都应设置镇墩，其主要作用是连接和固定管道。在斜坡段，若坡度陡、长度大，为防止管身下滑，保证管身稳定，也应在斜坡段设置镇墩，其设置个数视地形、地质条件而定。

钢筋混凝土管承插式接头

（ a）平直形；（b）双楔形；（c）“63”形1—承口；2—插口；3—橡皮圈

镇墩的材料主要为砌石、混凝土或钢筋混凝土。砌石镇墩多用于小型倒虹吸工程。在岩基上的镇墩，可加锚杆与岩基连结，以增加管身的稳定性。

镇墩承受管身传来的荷载及水流产生的荷载，以及填土压力、自身重力等，为了保持稳定，镇墩一般是重力式的。

镇墩与管盖的连接形式有两种：刚性连接和柔性连接

镇墩与管端的连接（单位：cm）

（a）刚性连接；（b）柔性连接

刚性连接是把管端与镇墩混凝土浇筑在一起，砌石镇墩是将管端砌筑在镇墩内。这种形式施工简单，但适应不均匀沉降的能力差。由于镇墩的重量远大于管身，当地基可能发生不均匀沉陷时可能使管身产生裂缝，所以一般多用于斜管坡度大、地基承载能力大的情况。

柔性连接是用伸缩缝将管身与镇墩分开，缝中设止水，以防漏水。柔性连接施工比较复杂，但适应不均匀沉陷能力好，常用于斜坡较缓的土基上。

斜坡段上的中间镇墩，其上部与管道的连接多为刚性连接，下部多为柔性连接。

镇墩的形式和各部分尺寸，可参考下列经验数据：镇墩的长度约为管道内径的1.5～2.0倍；底部最小厚度为管壁厚度δ的2～3倍；镇墩顶部及侧墙最小厚度为30～50cm。转弯时前后管在镇墩内用圆弧弯管段连接，圆弧外半径R1一般为管内径的2.5～4.0倍，圆心角α与前后管段的中心线夹角相等。

砌石镇墩在砌筑时，可在管道周围包一层混凝土，其尺寸应考虑施工及构造要求。