洛陽市邙山渠城區段加固工程設計分析

蔡旭陽

（洛陽市河渠管理處,河南 洛陽 471000）

邙山渠位于洛陽市區北部邙嶺南坡,1957 年12 月動工修建, 1958 年竣工,原設計為農業灌溉渠道,兼顧排澇功能。渠首位于新安縣磁澗鎮金家村西,引澗河水入渠,補充水源為金水河水庫。邙山渠沿邙嶺自西向東流經新安縣、洛陽市西工區、老城區、瀍河區至瀍河,全長26 km,其中市區段長15 km。渠道設計引水流量2 m3/s,原設計灌溉面積2.4 萬畝。隨著澗河徑流水量的減少,邙山渠首取水困難,灌區灌溉面積逐步萎縮,目前有效灌溉面積為1.05 萬畝。故渠道的主要功能由灌溉變為城市排水和排澇。2011 年對邙山渠城區段進行過治理。

1 工程段現狀存在的問題

（1）位于櫻桃山莊以東渠道上現狀有2 座路涵,分別位于渠道樁號0+205、0+241 處,因 “引黃入洛工程文家溝分水口”位置調整,由在2 座路涵的下游調整至路涵的上游,導致原設計過流能力遠低于2 m3/s,阻水嚴重,急需改造加固改變現狀。

（2）洛北鑄鋼廠（卡口段）,該段渠道西接龍興路（原經五路）橋,東接龍泉（原經六路）長約320 m。2004 年、2007 年該廠分期對該段渠道進行硬化改造。其中：一鋼筋砼箱涵結構長約 70 m,二段為漿砌石渠壁加鋼筋砼框架支撐結構長約190 m,三段為砼結構梯形斷面約長60 m。該段渠道從廠區經過,且廠房直接建在渠道上,廠區內還有部分渠道被覆蓋,且廠區的渠底高程比龍興路原經五路路涵底設計渠底高程高1.2 m～1.4 m,使渠道上下游連接不順暢,影響渠道正常過流,且污染嚴重,見圖1。

圖1 地區洪峰流量模比系數綜合頻率曲線圖

2 工程渠道加固設計

針對目前渠道現狀及存在問題,結合工程實際情況,解決邙山渠渠道排水不暢問題,對渠道進行改造加固。

2.1 生產橋

生產橋方便渠道兩岸群眾的生產、生活出行,本次拆除現狀路涵,在原址處重建生產橋。為保證生產橋處不阻水,生產橋設計按渠道設計水位,加安全超高考慮橋梁底板高程,橋兩端與兩岸現狀路平順連接。

上部結構：荷載標準按公路Ⅱ設計,橋長 8 m,橋寬均為 5.0 m,凈寬 4.5 m,橋面板采用 C40 鋼筋砼空心板（空心板截面為圓孔,2 座生產橋橋面共由4 塊中板、2 塊邊板拼裝而成）,板厚0.42 m,各板之間鉸縫采用 C40 砼,單板兩端封端采用C40 砼。主鋼筋采用Ⅲ級鋼筋。

下部結構:生產橋基礎采用鉆孔灌注樁基礎,樁直徑為 0.8 m,樁長 15 m蓋梁采用 C30 砼,橋墩樁、橋墩柱、橋臺樁等采用水下C25 砼,主筋采用Ⅲ級鋼筋。

樁基承載力計算

依據《邙山渠改造加固地質報告》橋處地質剖面圖：橋基土共分 4 層。設樁長h為未知數。依據《公路橋涵地基與基礎設計規范》（JTJD 63-2007）分層進行計算：

式中：［Ra］ 為單樁軸向受壓承載力容許值 kN；u為樁身周長,u=3.14×0.8=2.512 m；li為承臺地面或局部沖刷線以下各土層的厚度,l1取4.5 m,l2取7.2 m,l3取3.3 m,l4為（h-4.5-7.2-3.3）m；qik為與li對應的各土層與樁側的摩阻力標準值,q1k取32 kPa,q2k取40 kPa,q3k取42 kPa,q4k取46 kPa；Ap為樁端截面面積,A=3.14×0.42=0.5024 m2；qr為樁端處土的承載力基本容許值,取282.2 kPa,采用下列公式計算：

式中：mo為鉆孔樁清底系數,取 0.8；k2為樁端以上土層的附加荷載作用的系數取2；r2為樁端以上土的容重,計算18.7 KN/m3；h為樁長,m。

表1 邙山渠橋臺鉆孔樁計算

由上式求得:［Ra］ ＝57.78h-7.7

經計算：6.0 m寬橋梁有 4 塊中板 2 塊邊板。

（2）可變荷載

根據《公路橋涵設計通用規范》（JTGD 60-2015）,P26 ～27 計算可變荷載。公路-Ⅱ級車道荷載的均布荷載標準值qk和集中荷載標準值qk計算見表2。

表2 邙山渠橋荷載計算表

計算可變荷載分項系數取 1.4,永久荷載分項系數取 1.2,則橋臺單根樁底所受最大垂直力：Nmax=1.4×283.88/2+1.2×（107.2+372）/2+1.2×198+1.2×12.56h=723.82+15.1h

橋臺樁的上部荷載 （上部荷載包括：橋板及鋪裝層、欄板）,則橋墩單根樁底所受最大垂直力Nmax=723.82/2+15.1h=361.91+15.1h57.78h-7.7=361.91+15.1h,則h=8.6 m,本次取橋臺樁長13 m。因左、右橋臺巖性深相差不大,故生產橋橋臺樁長取13 m。

2.2 龍泉路（原經六路）以東新建渠道段

該段渠道從洛陽德美機械公司和洛陽力為機械科技公司廠區穿過,渠道樁號 4+063.4~4+189.6,長126.2 m,目前現狀該段渠道為臨時加固措施,且被廠區覆蓋。為保證渠道安全通水,對廠區段的渠道采取永久防護措施,重新設計。為使該段渠道上下游保持暢通,不存在積水問題,本次采取封閉施工方案,在不拆除渠道上廠房建筑前提下,對原有渠底結構進行局部改造,保證渠道輸水通暢。

（1）水力計算

參照規范及相關資料選擇合適的河道糙率系數等水力要素,采用明渠均勻流公式推求設計水位,計算公式如下：

式中：Q為設計洪峰流量,m3/s,設計流量 2.0 m3/s；A為過水斷面面積,m2；C為謝才系數；R為控制斷面水力半徑,m；i為渠道底坡；i=1/3155；n為河道斷面綜合糙率,取 0.015。

經六路以東段渠道水力計算成果見表3。

表3 經六路以東段渠道水力計算成果

本次改造加固措施：拆除原臨時加固渠道,對該段渠道采用永久加固措施,渠道設計斷面采用矩形斷面型式,渠道的設計流量與原渠道相同,渠道底寬4 m,渠深3 m,縱坡1/3155,底板采用厚0.2 m的C20 現澆砼襯砌；側墻采用現澆C20 砼重力式擋土墻,擋墻頂寬0.5 m,底寬2.38 m,擋墻高3 m。渠道和側墻橫向每5 m設一道伸縮縫,縫寬2 cm,縫內填聚乙烯閉孔低發板。進口底板高程與龍泉路（原經六路）涵洞出口底板高程相接,出口底板高程與原設計渠道底高程連接。

3 結語

洛陽市邙山渠城區段治理工程建成后大大提高了區域的行洪能力、過流能力,提高了下游灌溉能力,改善了區域生態環境質量。大大保護了沿線其他設施安全和下游農業生產安全。該工程改造加固后,將發揮城市的河渠生態用水,美化城市及渠道環境,改善居民的生存生活條件、提高城市品位,將給居民及游客提供一個休閑和娛樂的場所,為實現 “引黃濟瀍”提供重要保障。因此該工程實施后,促進北部嶺區的經濟發展,帶動沿渠兩岸地塊開發,不僅可獲得較好的經濟效益,而且可獲得較大的社會和環境效益。