寶雞峽漆水河渡槽設計方案及施工方法比選

韓乾鋒

（陜西省寶雞峽工程局，陜西 寶雞 712200）

寶雞峽漆水河倒虹是灌區塬下北干渠23＋567 km處跨越漆水河的一座輸水建筑物，位于楊凌區東北3.5 km處，是寶雞峽北干渠的輸水“咽喉”，進口在陜西省楊凌區境內，出口在武功縣境內。工程始建于1958年，1971年建成通水，由兩根并行的鋼筋砼管組成，內徑2.4 m，長度31 m，設計流量22 m3/s，最大水頭為34 m3/s，控制灌溉面積77.7萬畝。經50多年運行，工程多個部位出現病險問題。管道磨損、銹蝕、剝蝕，結構強度下降；倒虹底部、出口淤積嚴重，過流斷面減小，過水能力降低；進口雍水運行，存在極大安全隱患，行水中多次發生倒虹堵塞現象，影響渠道正常輸水安全，亟待改建。

寶雞峽漆水河倒虹工程，主要灌溉下游77.7萬畝農田作物。工程原設計采用倒虹方式輸水，渠道容易淤積，倒虹多次出現堵塞問題，存在明顯缺陷，經過近60年運行，安全隱患眾多。2013年，經批復決定將原深埋倒虹方式改建為架空預應力薄殼梁式渡槽，共15跨，每跨30 m，總長450 m。同時改造渡槽進出口明渠段243 m，恢復段家灣泵站引水渠147 m，新建分水閘1座。改造興平總站管護設施1800 m2，段家灣站新建管理用房850 m2，改造進出站道路4.5 km。

1 建設線路選擇

寶雞峽漆水河倒虹是塬下北干渠跨越漆水河的一座輸水建筑物，位于陜西省武功縣大莊鎮段家灣村。因原線路建設方案施工期與北干渠下游77.7萬畝農田灌溉用水直接沖突，施工最少影響下游一年灌溉，年直接經濟損失1.05億元；且進出口填方體長，彎道多，流態差，容易引起出口段的淤積，工程運行管理不便，而小南線方案在施工期間部分時段不影響渠道灌溉，水流條件好，運行管理便利，均優于原線路方案，故選擇小南線作為改建工程實施線路。

2 渡槽設計方案

結合實際情況，渡槽初步設計擬定了三種方案，分別為簡支梁渡槽、桁架拱渡槽和橋式倒虹。三種方案總體布置基本相同，均布置進、出口渠道與原北干渠平順銜接，進口渠道在北干渠樁號23 km＋493 m處與原北干渠相接，出口渠道在原北干渠樁號24 km＋428 m處和北干渠相連。主體建筑物均由進口漸變段、進口連接段、槽身段（或倒虹管段）、出口連接段、出口漸變段等組成。

方案一：簡支梁渡槽

空心重力墩作為下部支撐結構，墩高13.0 m～28.0 m，壁厚35 cm～60 cm，用砼鉆孔灌注樁作為基礎。上部結構為10跨預應力大梁，預應力梁長40.0 m，每跨4根。梁裝配后，在其上疊合澆筑混凝土有拉梁帶肋槽身。

方案二：桁架拱渡槽

上部結構為矩形槽身，下部結構為桁架拱橋，共7跨，每跨53.0 m，拱助設計矢跨比為1/6。桁架拱橋兩岸橋臺采用重力式“U”形臺，橋墩為柱式輕型墩，墩下通過承臺用鉆孔砼灌注樁作為基礎。

方案三：橋式倒虹

在軸線上新建橋式倒虹，倒虹管水平投影長408.8m，為鋼筋砼雙管，管內徑2.9 m，管壁厚40 cm。進水段斜管設1#～2#鎮墩，出口段斜管設3#鎮墩。管橋共分10跨，第一跨38.8 m，其余每跨30.0 m，為預應力梁式結構。預應力梁采用T型梁，梁長分38.8 m和30.0 m兩種，高1.6 m，每跨7根，預應力混凝土采用C50。用直徑1.0m的砼圓柱作為下部支承結構，砼圓柱以下通過8.6 m×4.0 m×1.5 m（長×寬×深）的承臺，用6個直徑1.0 m的砼鉆孔灌注樁作為基礎，灌注樁深18.0 m～22.0 m[1][2]。

因采用倒虹輸水在多年運行實踐中，倒虹前段渠道容易淤積、內部多次發生堵塞、且維修搶修極為不便，影響工程安全高效供水，存在明顯缺陷，專家組首先對橋式倒虹方案給予了否決。

從地質地形條件看，渡槽跨越漆水河處為U形河谷，河谷寬度達300 m，發育有一、二級階地及河漫荒灘，主要地層分布為第四系松散堆積黃沙土，若采用拱式渡槽，必為連續拱式連槽結構。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，安全穩定性能不是最優。

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。加之矩形槽身設計阻力對水流速度有影響，從而影響用水關鍵期抗旱供水量。

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，結構型式優勢明顯。加之施工臨時占地少，工程量、需要投資也較少，且近年來越來越多的輸水渡槽采用簡支梁結構型式，取得了較好的效果，積累了較多的成功經驗。綜合分析本工程場區地形、地質條件，結構型式、施工、投資等因素，故設計選擇了受力明確的簡支梁式渡槽為推薦方案[3]。

經過三個方案的地形地質條件、輸水水力條件、運行管理條件、流態、施工條件、工程量及投資等因素綜合比較分析，初步選定方案一簡支梁渡槽為推薦方案。

3 施工方法選擇

目前，國內渡槽施工比較傳統的方法為滿堂支架法。但隨著近年來大型輸水調水工程的建設實施，橋梁施工中較先進的架橋機、造橋機施工技術被引進至渡槽施工當中，并獲得成功。

滿堂支架法是渡槽現澆施工中傳統的施工方法，其優點是無需預制場地，無需大型起吊及運輸設備，施工時上部結構受力與前期設計的結構受力基本一致，無需再進行施工階段驗算；缺點是搭施工腳手架和模板工作量大，施工期較長。滿堂支架法一般適用于上部荷載相對較小，下部基礎承載力較高，凈空較低的情況，且該方法施工受汛期影響較大。漆水河渡槽最大凈空為27 m，且下部持力層較深，為減小支架變形及基礎沉降問題需先進行地基處理，對漆水河渡槽來說，采用滿堂支架法不是最優方案。

造槽機法與滿堂支架法都屬于渡槽原位現澆方案，造槽機方案是在槽墩上安裝支撐架及其整孔模板（內模及外模），然后在模板內進行澆筑作業、施加預應力，待完成一孔作業后，且混凝土達到設計強度后活動模板脫模并與支撐架一起移動至下一孔，然后調整并固定支撐架，組拼好模板，進行新的澆筑作業。該方法優點是不受河灘軟弱地基或水中的地理環境影響，可以節省大量的落地支架和臨時基礎及地基處理的費用，并可在汛期施工。渡槽澆筑及模架移動時，在渡槽墩頂及渡槽頂部會受到一定的臨時施工荷載，結構設計時需充分考慮。南水北調中線工程雙泊河渡槽、湍河渡槽均采用造槽機法施工，效果良好。

架槽機原理及架設槽身的方法與公路、鐵路架設橋梁方法基本相同。架槽機法施工過程工序為：首先在槽場預制槽身，在槽墩上架設槽機，由架槽機將預制好的渡槽放至輪軌式運梁車上，由運梁車將槽身運至槽位處，再由架槽機完成槽身架設。架槽機的優點是作業面主要在槽墩的頂部，不受河灘軟弱地基或水中的地形影響；可采用地面預制，蒸汽養護，施工周期短，施工質量較高。缺點是占用臨時施工場地較大，架槽機、運槽車及架槽機等施工機械成本較高。架槽機法適用于渡槽數量較多且對工期有要求的工程，南水北調中線工程沙河U型渡槽，其施工方法為架槽機法，共計228榀渡槽，目前渡槽已全部施工完成。漆水河渡槽槽數較少，若采用架槽機法，施工成本較大，不經濟。

各方案施工設備費用見表1。

表1 各方案施工設備費用表 單位：萬元

由表1可知：各施工方案中，40 mU形渡槽方案架槽機費用遠高于另外兩個方案，故架槽機方案首先予以排除。其余各方案施工費用相差不大，但是滿堂支架法需要施工工期較長，且漆水河洪水對施工影響較大。

綜合以上3種方案，滿堂支架法雖為傳統的施工方案，但搭施工腳手架和模板工作量大，需要進行地基處理，工期較慢、工序繁雜、受汛期及河道地形影響，施工質量不易保證。造槽機法雖可進行工廠化生產，工期及質量容易保證，但該方法需布置臨時制槽場地，提槽、運漕及架槽等施工設備費用較大。本次渡槽施工方案，從技術先進性、施工澆筑質量考慮，采用造槽機法施工效能比最佳[4]。

4 結語

寶雞峽漆水河倒虹改建渡槽工程，設計秉承“科學、精細、創新、優質”原則，對方案進行現場勘察，借助設計新技術新方法，多方比較，擇優定案，務求建設優質精品工程，為提升工程運行經濟社會效益奠定了可靠基礎。建成后必將有效提升北干渠道安全輸水性能，促進灌區糧果穩步增產，改善區域生態環境，工程建設成效顯著。