引江濟淮工程淠河總干渠混凝土渡槽充水試驗與安全評價

董福歧，付建勝，韓 炎，張福強，馮 偉

(1.中國鐵建大橋工程局集團有限公司，天津 300300；2.安徽省水利水電勘測設計研究總院有限公司，安徽 合肥 230088)

目前，我國南水北調、引江濟淮工程建設如火如荼，在平衡水資源、改善生態、助力經濟發展等各方面具有重大意義。大型渡槽結構在水利工程中有著極其重要的地位。在渡槽結構進行全線通水前，需要進行充水試驗，通過監測渡槽結構在不同充水工況下的力學性能指標，觀察結構質量缺陷，從而評價其承載能力和判斷結構安全性。

本文主要針對進、出口段混凝土渡槽開展現場充水試驗，監測混凝土渡槽的應力應變、混凝土渡槽接縫開合度、渡槽變形，同時檢查試驗過程中渡槽各部分混凝土表面裂縫及滲水情況、分縫施工質量及止水效果等情況。分析質量缺陷產生的原因，為淠河總干渠和引江濟淮工程安全、順利通水運行提供技術保障。

1 工程概況

引江濟淮工程引江流量300 m3/s，入淮流量280 m3/s，輸水干線長723 km。淠河總干渠全長104.5 km，控制灌溉面積660萬畝，淠河總干渠渡槽是引江濟淮工程中的控制性節點工程，與引江濟淮渠道立體交叉。渡槽分左右兩幅，單幅凈寬16 m，總長350 m，分為進口段、跨主河渠槽身段(鋼結構)、出口段三部分，其中進、出口段包括干渠堤防、分流島、護底、翼墻、檢修閘室、混凝土渡槽等建筑物。

混凝土渡槽斷面尺寸及外形輪廓為槽型斷面。順水流方向為52 m，劃分為4節(從端部往鋼渡槽方向編號依次為1#～4#)，單節長度13 m。混凝土渡槽為C30鋼筋混凝土U型結構，凈寬16 m，兩邊空箱邊墻寬度3 m，底板寬度22 m，厚度2 m。空箱邊墻高度7 m，頂部懸臂長度1 m，邊墻厚度均為0.6 m。為減小邊墻板跨度，在每節空箱中均設置橫隔墻，厚度0.6 m。

2 充水試驗方案

2.1 監測內容、頻次及允許值

本次充水試驗過程監測內容[1-2]為：混凝土渡槽的應力應變、混凝土溫度；混凝土渡槽接縫開合度(精度要求±0.2 mm)；4#渡槽變形(水平位移及垂直位移精度要求±0.2 mm，1#～3#混凝土渡槽均為落地槽，不進行撓度監測)；水位、水溫監測；現場巡視。

考慮到渡槽各建筑物在充、排水試驗期間的工作狀態和所受荷載會發生急劇變化，為有效反映實際情況，監測頻次[1-2]具體要求如下：各類電子監測儀器在充、排水期間全天24 h實時開啟并記錄。人工巡視檢查頻次根據充、排水速度確定，水位上升或下降速度較快時每天巡視檢查不少于24次，間隔1 h；水位平穩或變化不大時每天巡視檢查不少于12次，間隔2小時。巡查記錄準確、清晰、完整，記錄水位精度不低于0.01 m。

監測允許值：4#混凝土渡槽底板跨中撓度不大于15 mm[3-4]；各混凝土結構建筑物的沉降不大于60 mm，分縫兩側的沉降差不大于30 mm[3-4]。C30混凝土渡槽拉應變和壓應變標準值分別為67和670[5]。

2.2 測試方法及測點布置

2.2.1 應力應變測試方法及測點布置

根據混凝土渡槽結構受力特點，充水試驗關鍵截面選擇進、出口段左右兩幅混凝土渡槽各5個斷面，總計20個斷面，如圖1所示，應力應變測點編號規則：“S”表示上游，“X”表示下游；“L”表示左幅，“R”表示右幅。每一段靠近鋼渡槽側為4、5斷面。應變測點布置在混凝土渡槽側墻底部水壓及應變較大的倒角上方，每個斷面布置14個應變計，共布置280個應變計。

圖1 關鍵截面分布及應變測點位置示意圖

2.2.2 渡槽垂直位移測試方法及測點布置

4#渡槽垂直位移采用水準法觀測，水準觀測等級為二等[6-7]。本次觀測結合渡槽上布設的監測點比較密集、工期緊、渡槽充水靜置時間短的實際情況，采用單點觀測法，觀測工作基點與所有變形監測點之間的獨立高差，為提高精度，采用變換儀器高法增加一次重復測量，兩次測量值的平均值作為最終成果。

2.2.3 接縫開合度測點布置

測點布置需滿足接縫的軸線及橫向位移的測量要求，在分縫兩側分別安裝角鐵，采用游標卡尺測量兩個角鐵間的軸向及橫向位移，混凝土渡槽共16道分縫，安裝16對角鐵測點，如圖2所示。

采用SPSS軟件統計分析數據,護理質量等計量資料采用(±s)描述,t檢驗分析差異,護理滿意度采用(%)描述,X 2檢驗分析差異,以P<0.05作為差異校驗標準。

圖2 接縫測點布置示意圖

2.2.4 溫度測點布置

溫度測點布置同應變測點，與應變同步測量。

2.2.5 現場巡視

充水試驗期間安排專職人員對渡槽進行全方位的巡視，檢查渡槽、圍堰是否存在滲水、漏水等異常現象，并及時報告。

2.3 充、排水方案水位確定

兩幅同時進行充水試驗，試驗時間短，無相互干擾，一次充、排水過程對淠河總干渠的正常運行及本標段施工進度影響較小。

淠河總干渠渡槽所在渠段的設計流量為150 m3/s，設計水深4.0 m，根據調查，淠河總干渠加大流量為5%～10%，按增加10%計，加大流量為165 m3/s(該流量為淠河總干渠最大輸水流量)。因此，本次充水試驗的最高試驗水位按設計水位47.55 m(水深4 m)加大10%考慮，經計算確定最高試驗水位為47.95 m，對應水深為4.4 m。

按照300 a一遇洪水校核水標準，充水至48.60 m，對應渡槽水深為5.05 m。

mm

2.4 充、排水分級方案

表1 充、排水分級方案

3 監測結果與分析

3.1 應力應變監測結果

充水試驗過程中記錄進、出口段各斷面測點的應變并繪制變化趨勢曲線，限于篇幅，僅給出進口段S1，S2點處的變化曲線，如圖3所示。其余斷面測點應變峰值結果見表2。

表2 充水試驗應變實測值

從圖3可以看出，進口段S1、S2應變變化趨勢基本符合實際充排水工況，自初始水位加荷至六級水位(4.8 m)實測應變值均呈線性增長；六級靜停期間(67 h)，應變基本保持穩定；加荷至七級水位(5.05 m)，應變無明顯變化；自三級卸載開始，應變值顯著回落，趨于收斂。從表2可以看出，充水過程中混凝土應變峰值均未超過C30混凝土允許值。

3.2 接縫開合度監測結果

充水試驗過程中記錄混凝土渡槽接縫開合度并繪制變化趨勢曲線，如圖4所示，可以看出充水試驗期間，混凝土渡槽接縫開合度變化幅度很小，在充水水位至5.05 m時達到最大變化量，最大變化量為2.05 mm，遠未超過30 mm的技術要求；在5.05 m卸荷以后，接縫開合度具有收斂趨勢。

圖4 進口段S1，S2點處的應變變化曲線

3.3 4#渡槽變形監測結果

充水試驗過程中記錄4#渡槽位移并繪制變化趨勢曲線，限于篇幅，僅給出進口段左幅渡槽監測點垂直位移變化曲線，如圖5所示，可以看出進口段左幅4#混凝土渡槽變化趨勢基本符合實際充排水工況，大部分觀測點自初始水位加荷至七級水位(5.05 m)實測垂直位移發現負向變化，即發生沉降；自二級排水卸荷(4.0 m)后，所有觀測點均發生正向變化，即說明進口段左幅4#混凝土渡槽垂直方向變形基本是彈性的。

圖5 混凝土渡槽接縫開合度變化曲線

進口段左幅和右幅4#混凝土渡槽最大變形量分別為1.74 mm和1.24 mm，出口段左幅和右幅4#混凝土渡槽最大變形量分別為3.43 mm和3.66 mm，遠未超出允許值60 mm。

進口段右幅左側4#渡槽底板跨中撓度最大，其變化量為0.76 mm，出口段左幅左側渡槽跨中撓度最大，其變化量為0.73 mm，均未超出允許值15 mm。

3.4 現場巡視

充水試驗期間，現場巡查發現混凝土渡槽滲水共10處，進口段7處、出口段3處；渡槽排水后，再次對混凝土渡槽迎水側進行巡視，共發現混凝土渡槽分縫滲水共9處，進口段8處、出口段1處。以上質量缺陷均為施工質量問題，可通過灌漿好封閉進行處理，未發現影響渡槽結構安全的質量問題。

3.5 承載力安全性評價

進、出口混凝土渡槽各項監測項目數據變化平穩，基本符合實際充、排水工況，采集到的數據均在規范技術要求允許范圍內，有較大安全儲備。可判定在充、排水期間，混凝土渡槽以及下部引江濟淮河渠邊坡整體安全，承載能力滿足設計要求。

圖6 進口段左幅渡槽監測點垂直位移變化曲線

4 結語

本文依托引江濟淮工程淠河總干渠渡槽工程，針對世界第一跨度鋼渡槽(跨主河渠槽身段)兩端混凝土渡槽(進、出口段)，結合一次充、排水試驗，對混凝土渡槽的應力應變、接縫開合度、渡槽混凝土結構變形進行重點監測，系統分析了充實試驗過程中各監測數據隨水位變化的規律，監測結果表明混凝土渡槽的受力和變形均處于安全狀態，為渡槽的全線通水提供了技術依據。

本文詳細說明了混凝土渡槽充水試驗方案及其安全性評價過程，可為南水北調、引江濟淮重大水利工程中類似項目提供技術參考。