南水北調中線工程漕河渡槽安全監測設計

張穎軍

（河北省水利水電勘測設計研究院，天津 300250）

1 工程概況

南水北調中線工程規模大、輸水距離長、流量大、涉及建筑物種類多，技術難度高。京石段應急供水工程作為先期開工段，涵蓋了南水北調中線工程中的各類建筑物，其設計和施工對整個南水北調中線工程具有指導和借鑒作用。漕河渡槽是南水北調中線總干渠上跨度較大的交叉建筑物，位于河北省滿城縣神星鎮，由進口段、槽身段、出口段組成。

槽身段包括進口連接段、落地矩形槽段、20m跨多側墻段、30m跨多側墻段和出口連接段。其中進口連接段長8.4m；落地矩形槽段長240m，分24節，每節10m；20m跨多側墻段長710m，共35跨（其中一跨為30m）；30m跨多側墻段長1230m，共41跨。出口連接段長10.6m。槽身為三槽一聯，單槽斷面尺寸6m×5.4m，槽身底板厚0.5m，邊墻厚0.6m，頂部設2m寬的人行道板，中墻厚0.7m，頂部設2.7m寬的人行道板，槽身頂部設拉桿，斷面尺寸0.3m×0.4m；落地矩形槽段槽身加設側肋，20，30m跨多側墻段槽身加設側肋及底肋，肋間距2.5m，側肋寬0.5m，高0.7m，底肋寬0.5m，高1.1m。20，30m跨多側墻段為三向預應力結構，為保證預應力張拉的操作空間，各跨之間設置1.1m寬的后澆帶。

渡槽槽墩為空心重力墩，墩高11.1～22.8m，墩身外坡比為20∶1，墩身壁厚1.0m，墩身空腔內設3道橫隔板，板厚1.0m。槽墩基礎少數為摩擦樁，一般為端承樁，部分為擴大基礎。

2 觀測目的及設計原則

2.1 觀測目的

漕河渡槽采用三槽一聯多側墻結構，其規模、結構形式國內外尚無工程經驗可供借鑒，結構的受力狀態、變形規律及各向預應力效果等無成熟的計算理論，因此，渡槽的安全監測尤為重要。觀測渡槽的主要目的是掌握渡槽的運行狀態（包括受力狀態和變形情況），確保渡槽安全、可靠運行；改善施工工藝，加快施工進度，提高施工質量；驗證設計，提高設計水平，為科學研究提供資料。

2.2 觀測設計原則

渡槽屬于受力構件，槽壁的結構尺寸相對較小，屬于薄壁結構，與大壩等大體積混凝土結構有很大差異，根據漕河渡槽的結構特點，觀測設計遵循以下原則：

（1）觀測項目以受力和變形為主。

（2）為了更全面地反映渡槽的受力狀態和變形規律，觀測跨的選擇應有代表性，在觀測跨進行綜合布置觀測項目，以便于觀測資料的綜合分析和各相關觀測資料互相佐證。

（3）按結構計算模型布設觀測儀器。

（4）為盡量避免監測儀器和電纜對結構強度的改變，同時減少對施工干擾，在布設觀測點時，力求做到少而精。

（5）觀測儀器設備選用可靠、耐用、長期穩定性好，在國內外工程中有長期運用實例且便于實現自動化觀測的儀器。

（6）在經濟合理的前提下，盡量采用自動化觀測，以減輕觀測人員的工作量，提高觀測精度及管理水平。

3 觀測項目及觀測部位選定

3.1 觀測項目選定

結合工程的結構特點，設置的觀測項目包括：槽身表面垂直位移觀測和槽墩不均勻沉降觀測；槽身應力、應變觀測；槽身預應力損失觀測；槽身溫度觀測；槽身伸縮縫開合度觀測；作用在槽墩上的土壓力、水壓力觀測；槽墩地基反力觀測。

觀測儀器包括應變計、無應力計、鋼筋計、溫度計、錨索測力計、土壓力計和滲壓計等。

3.2 觀測部位選定

根據結構布置及受力特點，在巖石基礎落地槽段、回填碎石基礎落地槽段各設1個觀測橫斷面，觀測斷面設置在跨中部位；在20m跨多側墻彎道段、30m跨多側墻段各布設1個觀測跨。選擇20m跨多側墻段槽墩、30m跨多側墻段槽墩為觀測墩。

4 觀測點布置

4.1 表面垂直位移測點布置

落地槽段在每節槽身中部左、右邊墻頂面各布設1個沉降點，用于觀測槽身的沉降和傾斜；20，30m跨多側墻段，在每跨槽身右中梁上游側頂面各布設1個沉降點，用于觀測各跨支座部位的總沉降；觀測跨的各邊梁和中梁的頂面上，在支座和跨中部位各布設1個沉降點，用于觀測跨的撓度觀測。

渡槽各槽墩在距原地面1.0m高處左、右側各布設1個沉降點，用于觀測槽墩的沉降和傾斜。

垂直位移觀測采用一等水準測量法，槽身上的測點采用地面標志，槽墩上的測點采用墻上標志。

4.2 槽身應力、應變測點布置

落地槽段結構對稱，兩側受力條件基本相同，觀測斷面的觀測儀器僅布置在槽身右側。在底板、邊墻受力較大部位的內、外側布設鋼筋計和應變計，拉桿上布設鋼筋計，并在底板和邊墻內各布設1支無應力計，2支無應力計可互相備用。

20，30m跨多側墻段沿渡槽軸線方向邊縱梁和中縱梁為工字型簡支梁，垂直渡槽軸線方向槽身橫斷面為由拉桿、中墻、側肋和底肋組成的閉合框架，因此觀測跨上測點按縱、橫兩個方向布置。縱向觀測斷面取右邊梁和右中梁，分別在梁底部支座、1/4跨、跨中及3/4跨，梁頂部支座、跨中部位布設鋼筋計和應變計。橫向觀測斷面取跨中的肋部和跨中部位 （兩肋間），由于槽身兩側內外溫差不同，兩側溫度應力對結構影響不同，橫斷面觀測儀器按全斷面布置。肋部觀測斷面在底肋、邊肋受力較大部位的內外側布設鋼筋計和應變計，在拉桿上布設鋼筋計，用于觀測底肋、邊肋和拉桿的受力狀況。跨中觀測斷面在底板、側墻中部內外側布設鋼筋計和應變計，用于觀測底板和側墻的受力狀況。整個觀測跨在肋部觀測斷面底肋和邊肋內各布設2支無應力計。

4.3 槽身預應力損失測點布置

20，30m跨多側墻段觀測跨上，選取上游端橫斷面為縱向預應力損失觀測斷面，觀測儀器布置在槽身右半側。在邊縱梁、中縱梁底部、中部、頂部及底板部位分別選取1個錨索為觀測錨索，在觀測錨索上布設錨索測力計。選取上游側肋部和跨中部位肋部橫斷面為橫向和豎向預應力損失觀測斷面，在底肋、底板、邊墻頂面、側肋頂面分別選取1個錨索為觀測錨索，在觀測錨索上布設錨索測力計。

錨索測力計布設在錨索的張拉端，兩端張拉的錨索布設在上游側和右側。

4.4 槽身溫度測點布置

20，30m跨多側墻段縱向內力計算采用簡支梁模型，溫度應力對結構的影響較小，甚至可以忽略；橫向內力計算采用超靜定框架結構模型，溫度應力的影響較大，因此落地矩形槽段和20，30m跨多側墻段槽身溫度觀測點均布設在橫向觀測斷面。為便于資料分析，溫度觀測斷面與應力、應變觀測斷面相同，由于應變計、無應力計等具有測溫功能，在布設應變計、無應力計部位，不再布設溫度測點。僅在邊墻、底板上沿壁厚方向分別布設2組溫度計，用于觀測混凝土的溫度梯度。

4.5 槽身伸縮縫開合度測點布置

在巖石基礎落地槽與回填碎石基礎落地槽分界處、落地槽與架空槽分界處槽身伸縮縫頂部人行道板各設1個彎板式三向測縫標點，用于觀測伸縮縫沿渡槽軸向、橫向和豎向的變位。

4.6 槽墩土壓力、水壓力測點布置

在槽墩上游側面軸線上，沿高度方向布設3支土壓力計，用于觀測作用在槽墩上的土壓力，同時在最底部土壓力計的上游側布設1支滲壓計，用于觀測作用在槽墩上的水壓力，并監測河道水位。

4.7 槽墩地基反力測點布置

在槽墩中心基礎底面上布設2支土壓力計和1支滲壓計，用于觀測槽墩地基反力和作用在墩基上的揚壓力，該滲壓計與槽墩側面的滲壓計可互相校正。

5 電纜牽引和保護

漕河渡槽全長2300m，長度較大，若將觀測儀器電纜分別引至進出口閘室，便于管理，但電纜牽引路線長，電纜投資很大，且渡槽為薄壁結構，電纜在混凝土內牽引，可能會削弱結構強度，電纜在渡槽外牽引，不利于電纜的保護，影響建筑物的美觀，電纜長距離牽引還需解決跨縫問題。因此，漕河渡槽安全監測設計將觀測儀器電纜在槽身內就近匯集，由槽身引出，放置在引出位置的人行道板上，接入測控單元或集線箱。

［1］趙志仁.大壩安全監測設計［M］.鄭州:黃河水利出版社，2003.

［2］儲海寧.混凝土壩內部觀測技術［M］.北京:中國水利電力出版社，1989.

［3］水利部.水工建筑物觀測工作手冊［K］.北京:中國水利電力出版社，1978.

［4］何勇軍，劉成棟，向衍，等.大壩安全監測與自動化［M］.北京:中國水利水電出版社，2004.

［5］牛桂林.漕河渡槽結構內力計算和預應力布置［J］.水科學與工程技術，2005（2）.