燈塔灌區東沙滸渡槽拆除重建工程設計方案分析

張 帥

(撫順市水利勘測設計研究院有限公司，遼寧 撫順 113000)

燈塔灌區位于遼寧省中部，遼陽市的東北部，北沙河以東，太子河以北。總面積420km2，占全縣總面積(1331 km2)的31.6%。東沙滸渡槽位于燈塔灌區一分干上，全長350m，設計流量2.46 m3/s，工程等別為Ⅴ級，建筑物級別為5級。

1 工程概況

1.1 工程現狀

東沙滸渡槽始建于1976年，現狀為重力墩基礎連續梁式矩形渡槽，進出口采用漿砌石擋土墻，進口漸變段長6.0m，底寬為2.2-1.8m，出口漸變段長8.0m，底寬為1.8-2.2m。槽身為帶拉桿矩形渡槽，單跨8.0m，共42跨，槽身段長8.0 m /跨×42跨=336.0m，槽身凈寬1.8m，凈高為1.7m，側墻厚度0.15m，底板厚度0.15m，槽頂設置拉桿，尺寸為0.2m×0.2m，間距為2.0m。渡槽下部為重力式槽墩，槽墩由墩帽、墩身和基礎三部分組成，墩帽為混凝土結構，長2.4m，寬1.0m，高0.6m，墩身為漿砌石結構，長2.2m，寬0.8m，高0.7m-3.2m，基礎為漿砌石結構擴大基礎，長3.2m，寬2.0m，高0.8m。工程運行38a來基本上保證了灌區范圍內的農業生產的要求，但是由于當初工程施工條件差，影響了工程質量，加之多年的運行，渡槽現狀已出現不同程度破損，槽身漏水嚴重，墩身漿砌石風化，墩身基礎沉降等灌區每年都需要投入大量的資金進行維修，嚴重影響了工程的正常運行，灌區灌溉生產難以保證，工程急需改造。

1.2 工程地質情況

燈塔灌區地處遼東山丘區，高程為30m以上，以西為平原區，其高程為20m左右。地形總的趨勢是東北向西南傾斜，地面比降為1/80--1/1000。按不同地形、地貌與地層巖性分為Ⅰ、Ⅱ兩區。

Ⅰ區：處于太子河床，包括渠首工程及灌區渠首進水閘出口至官屯倒虹吸進口段。

Ⅱ區：官屯倒虹吸出口-八支渠進水口。

I區呈“U”型堆積河谷，地形微具起伏。壩址東部及北部為巖石裸露的低山五陵，南部較開闊。

Ⅱ區地貌分層單一，為渾太沖積平原，地形微具起伏。地層巖性為粉質黏土，該層分布較均勻，呈黃褐色，較深。

本次渠系改建工程全部位于Ⅰ、Ⅱ區。

粉質黏土：呈黃褐色、濕、硬塑狀態，具中等壓縮性。探坑深度內為穿透此層。

黏土：呈黃褐色、濕、硬塑狀態，具中等壓縮性。

2 渡槽設計

2.1 改造方案

東沙滸渡槽擔負著下游1133hm2農田的灌溉任務，每年5-10月灌區統一進行放水灌溉，灌溉期間不能斷水，11月末-3月初，遼陽地區進入冬季，混凝土工程無法正常施工，導致渡槽的正常施工期只有3個月。若選擇現澆混凝土施工，需要采取混凝土冬季施工措施，既增大了施工難度和施工費用，也很難保證施工質量和施工進度；若選擇在原渡槽旁邊新建，工期可以滿足施工要求，但是無法解決渡槽新址的永久征占地問題[1]。

根據現場實際，本次東沙滸渡槽選擇在原址拆除重建，渡槽槽身采用懸臂側墻式帶拉桿矩形槽，支撐結構選擇預制裝配式排架，基礎采用現澆杯口擴大基礎。新建渡槽設計流量2.46 m3/s，工程等別為Ⅴ，建筑物級別為5級，槽身凈寬1.8m，槽身凈高1.7m，渡槽全長352.0m，比降為1:1000，槽身為鋼筋混凝土結構，長10.0m/跨×34跨=340.0m，進口漸變段長5.0m，底寬為2.2m-1.8m，出口漸變段長7.0m，底寬為1.8m-2.2m，槽身兩側與渠道連接采用鋼筋混凝土式擋土墻連接。渡槽槽身采用懸臂側墻式矩形槽，槽身側墻為等厚度壁，壁厚為200mm，頂部設置拉桿，拉桿截面尺寸為200mm×200mm，間距2.0m，底板厚為200mm。側墻與底板澆筑成整體，側墻地緣低于底板地面200mm；在側墻和底板的連接處加設貼角，以減少轉角處的集中應力。渡槽下部結構采用預制裝配式排架和杯口基礎，排架柱在橫槽向為雙根排架柱，高度最低2.5m，最高4.5m，柱橫截面尺寸600mm×600mm；柱頂澆筑蓋梁，蓋梁長2.62m，寬0.8m，厚0.5m；杯口基礎長4.5m，寬2.5m，高1.2m。渡槽槽身、排架和基礎均采用強度為C30的商品混凝土，抗滲標號為W4，抗凍標號為F200。

2.2 水利設計

渡槽上游渠道的設計水深1.25m，渡槽進出口全長352.0m，其中槽身長度為340.0m，槽身長度遠遠大于進口前渠道水深20倍，槽中水流按明渠均勻流公式計算：

(1)

式中：L為渡槽長度(m)，340m；h0為渡槽上游渠道(進口漸變段前)正常水深，m，1.25m；Q為渡槽設計流量，2.46 m3/s；w為渡槽過水斷面面積，m2；B為槽身寬度，1.8m；R為水力半徑，m；i為槽底比降，1∶1000；n為槽身糙率，0.014。

東沙滸渡槽過流能力計算見表1。

表1 東沙滸渡槽過流能力計算

假設槽身凈寬度B=1.8m，經計算，滿足設計流量Q=2.46m3/s要求，此時槽內流速V=1.37m/s；當通過加大流量時，水深1.20m，經計算，可通過最大流量Q=3.13m3/s，大于規劃加大流量3.07m3/s，滿足要求，此時槽內流速V=1.45m/s，因此確定槽身凈寬度B=1.8m。

矩形斷面渡槽側墻高計算：H=max﹛13/12h+0.05，h加+0.1﹜

根據《渠系建筑物-2015》規范要求，矩形斷面渡槽槽身頂部超高可取通過設計流量時槽內水深的1/12加5cm，通過加大流量時槽中水面與拉桿底部高差不應小于0.1m，墻高取兩者數值大的，經計算，渡槽槽身側墻凈高H進=1.40m，但是，東沙滸渡槽下游有1座節制閘，灌溉期間用以調節節制閘上游水位，滿足支閘進水，節制閘運行壅高東沙滸渡槽槽內水位24cm。綜合考慮，本次設計槽身側墻高取1.7m。

渡槽總水頭損失可按下列公式計算：

渡槽進口段水頭損失：

Z1=(1+ξ1)(v2-v12)/2g

(2)

式中：Z1為進口段水頭損失，m；ζ1為進口段局部水頭損失系數，可根據進口漸變段形式查得，0.30；v為糟內平均流速，m/s。

槽身段水頭損失：

Z2=iL

(3)

式中：Z2為槽身段水頭，m。

渡槽出口段水頭損失：

Z3=(1+ξ2)(v2-v12)/2g

(4)

式中：Z3為出口段水頭損失，m；ζ2為出口段局部水頭損失系數，可根據出口漸變段形式查得，0.50。

渡槽總水頭損失：

Z=Z1+Z2-Z3

(5)

式中：Z為渡槽總水頭損失，m，應等于或小于渠系分配的水頭損失值。

東沙滸渡槽總水頭損失計算見表2。

表2 東沙滸渡槽總水頭損失計算

續表2 東沙滸渡槽總水頭損失計算

經計算，東沙滸渡槽總水頭損失0.497m，小于渠系分配的水頭損失值0.5，滿足設計要求。

渡槽進出口槽底高程確定：

根據燈塔灌區渠系規劃渠底高程，上游渠道渠底高程為▽3=47.86m，根據規范公式計算確定進出口高程。

渡槽進口槽身底部高程▽1按下列公式計算：

▽1=▽3+h1+Z1-h

(6)

式中：▽3為進口漸變段前上游渠底高程，m；h1、h為渡槽通過設計流量時相應的上游渠道水深及槽內水深，m。

東沙滸渡槽出口槽身底部高程▽2按下列公式計算：

▽2=▽1-iL

(7)

式中：i為槽底比降，1/1000；L為渡槽長度，340m。

東沙滸渡槽進出口底高程計算見表3及表4。

表3 東沙滸渡槽進口槽底高程計算

表4 東沙滸渡槽出口槽底高程計算

經計算，確定入口槽底高程48.00m，出口槽底高程47.65m，滿足渡槽過水要求。東沙滸渡槽為小型渡槽，不對加大流量時的水面銜接進行驗算。

3 施工組織

3.1 施工交通

工區域附近有一國防路、沈營公路等國道通過，另外附近鄉級公路很多，對外交通比較方便。上述路網和鄰近農道及原堤頂路構成進出場的交通網，只需在局部位置鋪筑3m寬臨時路即可，鋪筑路面為20cm厚砂石。

3.2 施工布置

根據東沙滸渡槽地形環境，在渡槽的左側臨時占地5100m2，分別布置鋼筋加工廠、預制構件加工廠、預制構件存放場、臨時倉庫、臨時堆料場等。

3.3 主體工程施工

鋼筋混凝土拆除：采用1.0m3挖掘機配合8t自卸汽車運至3km以外棄渣場。

漿砌石拆除：采用1.0m3挖掘機拆除清理，88kW推土機推運，8t自卸汽車運至3km以外棄渣場。

土方開挖：用于回填部分用1m3挖掘機挖土，就近堆放暫存。

土方回填：采用74kW推土機推運土方，刨毛機刨毛，74kW拖拉機壓實土料， 2.8kW蛙式打夯機補邊夯實，回填土方分層推鋪壓實。

預制混凝土施工：預制混凝土主要是渡槽槽身和排架的預制。

所有混凝土預制件均在混凝土預制廠預制。預制件制作按設計要求及有關規定執行。混凝土澆筑前，認真檢查鋼筋及預埋件的規格、數量、位置。驗收合格后方可澆筑[2]。

每個槽身和排架澆筑成型一次完成，澆筑時采用手持式軟軸振搗器振搗密實。預制件表面平整光滑，無蜂窩麻面，與外圍混凝土接觸面鑿毛處理。模板采用鋼模，每種鋼模根據進度要求確定套數，周轉使用。每次拆模后對鋼模及時清除污物，立模時刷脫模劑[3]。

構件澆筑完畢后，灑水養護：構件用油漆或墨汁標注生產日期、標號、型號、構件編號等；預制混凝土澆筑的成型偏差遵守GB 50204—2002規定。

構件在移位堆放或安裝時，其強度不低于設計強度75%，小心裝卸防止出現裂縫或者碰損掉角；一端撬起的高度限制在2cm以內，先松后撬，邊撬邊墊，防止構件開裂；構件移位方法和吊點支撐位置，應符合構件的受力情況，防止損傷。

預制構件在出廠前進行驗收，驗收合格后方能出廠安裝。構件應按施工圖紙或監理工程師的指示進行安裝，安裝前，應使用儀器校核支撐結構的尺寸和高程，并在支撐結構上標出中心線和標高。預制混凝土構件的安裝位置，須經校正無誤后，方可焊接或灌注接縫混凝土，焊接質量應符合規定，灌縫的砂漿或混凝土不得低于構件混凝土強度等級。預制混凝土構件的安裝偏差，不得超過GB50204-2002中的規定[4]。

止水施工：槽身止水為橡膠止水帶和可更換止水。橡膠止水帶采用帶兩道遇水膨脹的止水帶，在混凝土澆筑之前必須安裝好；可更換止水是在混凝土澆筑時在伸縮縫處預留槽和預埋螺栓，混凝土澆筑后再安裝U形止水帶。

3.4 施工進度

東沙滸渡槽施工進度安排為：5月下旬施工準備；6月施工隊正式進場；6-9月進行預制構件生產；待當年的灌溉任務結束，9月初-9月中旬，將原渡槽拆除；9月中下旬，基礎開挖完畢；10月杯口基礎及進出口邊墩澆筑完畢；第二年的3月中旬，預制裝配式排架吊裝完畢；4月中旬，槽身吊裝完畢；4月下旬，進出口混凝土澆筑完成；5月渡槽通水灌溉。

4 結 語

東沙滸渡槽始建于1976年，擔負著下游1.7萬畝農田的灌溉任務，至今已運行40年，存在槽身漏水、漿砌石墩裂縫、基礎沉降等諸多問題，無法保證渡槽下游的農田生產，每年灌溉期間都需要投入大量資金對其進行維修和重點部位加固，既不利于社會穩定，同時存在一定的安全隱患。

東沙滸渡槽拆除重建工程在原址拆除重建，無需增加永久占地；基礎采用擴大杯口基礎，預制裝配式排架和預制槽身，施工時利用吊車吊裝，節省工期，不會影響灌區的通水和農民的日常生活生產。工程的設計理念和施工方案對同類工程具有一定的借鑒意義。