寶雞峽漆水河倒虹改建工程渡槽設計探析

靳榮輝

（陜西省寶雞峽引渭灌溉管理局，陜西咸陽712000）

寶雞峽漆水河倒虹改建工程渡槽設計探析

靳榮輝

（陜西省寶雞峽引渭灌溉管理局，陜西咸陽712000）

漆水河倒虹是寶雞峽北干渠輸水咽喉，投運60年來，漏水、管底淤堵頻繁，影響渠道正常安全運行，問題日趨嚴重，需要進行改建。借鑒國內近年來實踐經驗，結合工程運行現狀，提出將原深埋倒虹改建為架空預應力薄殼梁式渡槽，以克服原有設計方式缺陷。章對渡槽設計型式、上部槽型結構、跨度、施工方案等做了定性與定量分析，采用受力明確的簡支梁式單體渡槽、下部支承結構選用實體重力墩、渡槽基礎采用灌注樁方法施工，以優化提升渡槽工程設計效能。

寶雞峽；漆水河倒虹改建；渡槽設計；方案比選

1 概況

漆水河倒虹是寶雞峽灌區塬下北干渠上大型輸水建筑物，為鋼筋砼雙管結構，全長382 m，管內徑2.4 m，設計流量22.0 m3/s，最大工作水頭34.27 m，灌溉楊凌、武功、興平等8縣（市、區）農田80萬畝，累計向下游灌區輸水80多億m3。該工程1958年建成，初建總體布置、排空設施設置均有先天不足，投運以來進口段雍水、出口段淤積問題突出，管道鋼內襯大面積深度銹蝕，漏水、管底於堵頻繁，安全問題日趨嚴重。據此，陜西省政府、水利廳決定對該工程進行改建，將原深埋倒虹改建為架空預應力薄殼梁式渡槽，共13跨，總長390 m。

2 渡槽設計方案比選

本次渡槽方案比選范圍為420 m渡槽段主體工程比選。

2.1 渡槽型式

常見的渡槽構型式按支承結構分有梁式、拱式、桁架式、承重結構與輸水結構分離的組合梁渡槽等。

漆水河河谷地面高程446.00～455.50 m，槽底高程距地面高差15～26 m左右，渡槽凈空高度較大，可修建大跨度梁式、拱式及桁架式渡槽。但漆水河為U形河谷，河容寬180～300 m，發育有一、二級階地及河漫灘，分布的主要地層為第四系松散堆積土，若采用拱式連槽，必為連續拱式結構，由于拱圈水平堆力的存在，對墩臺尤其是邊墩的要求較高，工程區承載力較大的砂礫石地層相對埋深較大，對墩臺的處理和設計難度也較大，若某一拱角因水平推力破壞則相鄰跨也會隨之破壞；且拱式渡槽的主拱圈為超靜定結構，在溫度荷載作用下拱圈易產生溫度裂縫。

桁架式渡槽雖縱向可為靜定結構，但結構本身為超靜定結構，桁架各桿件間會產生次內力，與拱式渡槽類似承重結構宜產生較大溫度應力，另外，這類超靜定結構某一部位產生位移或局部結構出現問題可能導致總體結構承載失效，存在較大安全隱患；且桁架式渡槽施工較復雜，施工質量不易保證。

與拱式渡槽、桁架式渡槽相比，簡支梁式渡槽受力明確、施工方便，結構變形基本不受約束，不產生溫度應力。隨著新設計理念、新材料及新施工方式的運用，近年來越來越多的輸水渡槽采用簡支梁結構型式。結合本工程場區地形、地質條件，結構型式選擇了受力明確的簡支梁式渡槽。

2.2 槽數選擇

渡槽輸水建筑物設計流量25.3 m3/s、加大流量為29.0 m3/s。根據水力計算，進出口渠設計水深和加大水深分別為2.16 m和2.33 m，且水源供應較為緊張，單槽水力條件相對多槽水力條件較好。從工程投資設計來看，本工程槽寬5 m以內，規模不是很大，多槽投資大于單槽投資。此外，多槽施工各槽身之間互相影響加大，加大施工難度。本灌區渡槽的檢修根據用水調度情況可在灌溉間歇停水檢修，因此綜合比較，采用單槽輸水。

2.3 上部結構型式選擇

槽身過水斷面最常用的為U形及矩形兩種，U形斷面外觀優美、過水條件好，迎水面基本無應力集中，U形渡槽據斷面特點可做成薄壁結構，大跨度的U型渡槽自重較輕。但U形渡槽施工略微復雜，由于壁厚較薄，混凝土澆筑時需精細化施工。

矩形斷面渡槽結構簡單，易于施工，但矩形斷面底部角點處易出現應力集中現象，與U形斷面相比，短形斷面壁厚不宜過薄，相同跨度矩形渡槽較U型渡槽重。

兩種槽形結構各有優劣，因此選取U形、矩形兩種斷面形式結合槽壁厚度、下部結構和施工方案進行綜合比較。

U形斷面水力計算成果見表1。

表1 U形渡槽水力計算成果表

2.4 下部支承結構型式選擇

2.4.1 下部支承結構選型

在渡槽設計中，支承結構的形式和布置對整個設計方案有較大影響，設計時應合理選擇，使上、下結構協調一致，在保證工程安全的前提下，工程量及造價較小。梁式渡槽常見的支承結構形式有重力槽墩、鋼筋混凝土槽架、混合式墩架等多種形式。排架一般適用于跨度相對較小。且上部結構較輕的結構。重力式槽墩的穩定性好，能較好地把上部結構的荷載均勻傳遞到下部承臺和樁上，同時下部穩定性高，利于提高上部槽身的整體穩定性。

本次進行30 m、40 m跨度U形和矩形槽比較，上部槽身單跨荷載達到1000噸，且支撐高度較高達到27 m，不宜選用排架式。正常運行期上部槽身重量對下部支承穩定性要求較高，因此，從結構的穩定和安全性考慮采用重力式槽墩。

重力式槽墩包括重力實體墩和重力空心墩。根據工程情況對不同槽型及不同跨度4種上部槽身結構方案分別進行了空心重力墩和實心重力墩共8種方案比較，重力實體墩和重力空心墩方案結構布置如下：

（1）重力實體墩方案

重力實體墩方案包括墩帽、托盤、承臺及樁基礎四部分。

重力實體墩墩帽帽平面形式采用矩形布置，頂帽邊緣距支撐墊石邊緣在順槽向取為0.5 m，墩帽順流向長度為3.04 m，垂直水流方向寬度為7.6 m，高度為0.8 m，托盤頂為矩形斷面，邊緣比頂帽內收0.1 m，托盤下邊緣接重力墩墩身，寬度方向端部為半圓形，托盤高度為1.5 m，墩帽采用C30鋼筋混凝土。

墩身頂部平面尺寸同托盤底部平面尺寸一致，墩高為6～26 m，墩身四側從墩頂平面按照40∶1（豎：橫）坡比向墩底平面擴大，墩底平面尺寸由墩頂平面尺寸、墩高及坡比確定，墩身采用C30鋼筋混凝土。

下部樁基采用混凝土灌注樁，采用2排對稱形布樁，每排樁數為3根，樁長為21～29m，承臺厚度為2.0m，灌注樁采用C25鋼筋混凝土灌注樁。

（2）重力空心墩

薄壁墩的墩頂平面尺寸、墩高及墩底平面尺寸與實體墩布置原則一致。為改善托盤與墩頂連接處及墩底與基礎連接處應力集中現象，在墩頂平面以下及墩底平面以上均設置1 m高的實體過渡段，同時設置0.5 m×0.3 m的牛腿。為滿足墩身結構強度、施工構造及墩身穩定要求，墩頂實體過渡下部墩壁厚度取0.4 m，墩底實體過渡段上部墩壁厚度取0.65 m。

實體墩充分利用材料的抗壓性能，借自身截面尺寸和重量承受豎直方向和水平方向外力，具有堅固耐久施工簡易的優點。

空心墩較實體墩可節省混凝土30%～50%左右，空心墩鋼筋用量約為實體墩的2倍，墩帽與墩身連接處、墩身與承臺連接處容易引起應力集中現象，同時空心墩墩內通風不良、混凝土導熱性能低，當墩身周圍氣溫發生驟變時，墩壁內外產生較大溫差，容易引起墩壁裂縫，同時空心重力墩施工難度較大。

由表2看出，各方案實體墩投資比空心墩投資增加30～66萬元，占下部支承結構總投資2.8%～7.2%，投資增加不大。

表2 各方案下部結構主體投資表

表3 基礎埋置深度表

綜上所述，從施工難度、結構長期安全性及投資綜合比較，下部支承結構選用實體重力墩。

2.4.2 基礎類型選擇

基礎一般可以采用擴大基礎和灌注樁樁基。

漆水河梁式渡槽段下伏基巖為第四系的礫石層等，其上是黃土層，表層為礫石層及壤土層，重探擊數一般8.3～24擊，地基分布不均勻，且承載力較高礫石層深度達10m以上，采用擴大基礎為控制基礎沉降，處理難度和投資均較大，因此從工程安全角度考慮，渡槽基礎不宜采用擴大基礎，采用灌注樁施工方法常規，沉降變形小，對上部結構穩定有利。

2.4.3 基礎埋置深度確定

基礎埋置深度按沖刷計算結算確定詳見表3。

考慮水流沖刷影響，承臺頂面一般置于地面以下2 m。

3 結語

寶雞峽漆水河倒虹改建工程根據國內近年水利工程渡槽設計經驗，精益求精，多方分析比較，擇優確定渡槽具體設計方案，為優質高效完成項目建設任務奠定了重要基礎。目前，該工程正在加緊組織實施，應按照設計方案嚴格有序規范施工，切實保證質量進度，以早日發揮工程效能造福灌區群眾。

TV332

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1673-9000（2017）04-0079-03

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靳榮輝（1975-），男，漢族，陜西興平人，大學文化，工程師，主要從事水利工程灌溉管理工作。