新疆瑪納斯河灌區(qū)跨河渡槽設(shè)計(jì)

石江琳

（新疆兵團(tuán)勘測(cè)設(shè)計(jì)院（集團(tuán)）有限責(zé)任公司 新疆 石河子 832000）

1 前言

渡槽是輸送渠道水流跨越河渠、道路、洪溝等的架空輸水建筑物，是灌區(qū)水工建筑物中應(yīng)用最廣的交叉建筑物。

近幾年來(lái)，渡槽發(fā)展的總趨勢(shì)是，適應(yīng)各種流量、各種跨度，特別是大跨度渡槽結(jié)構(gòu)型式的研究，設(shè)計(jì)理論和計(jì)算方法的研究，建筑材料以及施工技術(shù)的研究和改進(jìn)等，都有很大進(jìn)步。灌區(qū)中采用渡槽型式較多，但對(duì)于選擇渡槽型式總是有很多說(shuō)法，下面就新疆瑪納斯河灌區(qū)跨河渡槽的方案選擇及設(shè)計(jì)進(jìn)行簡(jiǎn)單的分析和介紹。

2 工程概況

新疆維吾爾自治區(qū)瑪納斯河（以下簡(jiǎn)稱瑪河）流域位于天山北坡經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)區(qū)核心地帶，地處準(zhǔn)噶爾盆地南緣，東至塔西河，西至巴音溝河，南至依連哈爾尕山，北至古爾班通古特沙漠，地理位置為東經(jīng)84°47′～85°31′，北緯 43°40′～45°30′。

瑪河灌區(qū)跨河渡槽代替原東岸大渠8km過(guò)河涵洞，其作用是將瑪河五級(jí)電站發(fā)電尾水輸向瑪河西岸，灌溉原四、五、六宮及五旗渠等區(qū)域，并滿足石河子市工業(yè)用水的要求。

3 渡槽總體布置

渡槽引水起點(diǎn)為東岸大渠9km退水閘處，終點(diǎn)為西岸干渠一支干渠的分水閘。設(shè)計(jì)流量15m3/s，加大流量為18m3/s，跨瑪河處的河道兩岸為防洪堤。為了不影響河道的行洪寬度，渡槽的跨度以不縮窄河床寬度為原則，渡槽總跨度350m，起點(diǎn)樁號(hào)為0+750，終點(diǎn)樁號(hào)為1+110，縱坡0.0157。渡槽與上下游渠道通過(guò)扭面銜接。

4 渡槽方案選擇

渡槽的類型很多，同樣也有很多種分類方法，一般是根據(jù)槽身及其支承結(jié)構(gòu)的類型進(jìn)行分類。

按所用材料分：有木渡槽、磚石渡槽、鋼筋砼渡槽、鋼渡槽等。

按槽身斷面形式分：有矩形、U形、梯形、圓管等，其中前兩種較為常見(jiàn)。

按支承結(jié)構(gòu)形式分：有梁式、拱式、桁架式等。

本次方案比選順序?yàn)橄炔牧媳冗x，其次槽身斷面形式比選，然后支承形式比選，最終選定推薦方案。

4.1 槽身材料方案比選

本工程渡槽可以選擇鋼結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)兩種形式，具體設(shè)計(jì)如下：

表1 渡槽方案比較表

（1）鋼渡槽方案：渡槽采用梁式簡(jiǎn)支鋼桁架型式，渡槽槽身長(zhǎng)350m，每跨20m，計(jì)17跨。進(jìn)口高程535.77m，出口高程為535.22m。槽身比降為0.00157。

槽身采用矩形斷面結(jié)構(gòu)，槽底寬4.0m，槽身高3.0m。

鋼桁架跨度20m，底寬3.5m，高度2.3m，桁架節(jié)點(diǎn)間距為2.5m。腹桿采用三角式體系，分別由直腹桿、斜腹桿組成。鋼桁架下部梁格結(jié)構(gòu)由縱向次梁、橫向次梁組成，縱向次梁間距0.7m，橫向次梁間距0.5m。

（2）鋼筋混凝土渡槽方案：渡槽采用簡(jiǎn)支梁型式，渡槽段長(zhǎng)350m，起止樁號(hào)分別為 0+750、1+100。0+750～0+760、1+090～1+100分別為邊跨，跨度為10m。其余15跨渡槽跨度均為15m。渡槽采用整體鋼筋混凝土矩形槽結(jié)構(gòu)，底寬4.0m，高2.4m；底板、邊墻厚度均為0.3m，底部?jī)蓚?cè)縱梁寬0.45m，高0.8m。

圖1 渡槽橫斷面形式示意圖

（3）方案比選，二者的特點(diǎn)如下：

鋼結(jié)構(gòu)渡槽的優(yōu)點(diǎn)：鋼結(jié)構(gòu)自重較輕，工作可靠性較高，抗震性好，鋼結(jié)構(gòu)制造的工業(yè)化程度較高，可以準(zhǔn)確快速的裝配，容易做成密封結(jié)構(gòu)，施工不受季節(jié)限制，可縮短施工工期，管理、養(yǎng)護(hù)、維護(hù)簡(jiǎn)單方便。適用于大跨度結(jié)構(gòu)，對(duì)河道行洪影響不大。

缺點(diǎn)：鋼結(jié)構(gòu)容易腐蝕、運(yùn)行管理工作量大、投資相對(duì)較大。

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)渡槽的優(yōu)點(diǎn)：耐久性好，整體性好，可就地取材，節(jié)約鋼材，投資相對(duì)較小。

缺點(diǎn)：自重較大，抗裂性差，施工比鋼結(jié)構(gòu)復(fù)雜，施工期較長(zhǎng)，冬季雨季施工困難，跨度較小。

因?yàn)楸竟こ虨楣鄥^(qū)工程，考慮到業(yè)主運(yùn)行管理方便，維修方便，節(jié)省投資等因素，本次設(shè)計(jì)選擇投資較小、運(yùn)行管理方便的鋼筋砼渡槽方案。

4.2 鋼筋混凝土渡槽橫斷面形式選擇

槽身斷面有矩形、U型（半圓型上加直墻）。一般常用矩形和U型斷面，故將兩種斷面形式做以下比較論證。

大流量的鋼筋混凝土梁式渡槽槽身多采用矩形斷面，矩形槽身施工方便，耐久性、抗凍性好，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，特別適合中型渡槽。

U形槽身斷面為半圓加直段，槽頂一般設(shè)拉桿，槽壁頂端常加大以增加剛度，多采用鋼筋混凝土或鋼絲網(wǎng)水泥結(jié)構(gòu)，與矩形槽身相比，具有水力條件好、縱向剛度大，省鋼材等優(yōu)點(diǎn)，但抗凍性差、不耐久，施工工藝要求高，如果施工質(zhì)量不高，容易引起表面剝落、鋼絲網(wǎng)銹蝕、甚至有漏水現(xiàn)象產(chǎn)生。

由于本工程流量18m3/s，且為跨河渡槽，屬于中型工程，故本次設(shè)計(jì)槽身斷面采用矩形斷面。

4.3 結(jié)構(gòu)形式的選擇

梁式渡槽的槽身是直接擱置于槽墩或槽架之上的。為適應(yīng)溫度變化及地基不均勻沉陷引起的變形，必須設(shè)置變形縫，將槽身分為獨(dú)立工作的若干節(jié)，并將槽身與進(jìn)出口建筑物分開(kāi)。變形縫之間的每一節(jié)槽身沿縱向是兩個(gè)支點(diǎn)，所以既起輸水作用又起縱向梁作用。根據(jù)支點(diǎn)位置的不同，梁式渡槽有簡(jiǎn)支梁、雙懸臂梁和單懸臂梁三種型式。

單懸臂梁一般只在雙懸臂梁向簡(jiǎn)支梁過(guò)渡或與進(jìn)出口建筑物連接時(shí)使用。單懸臂梁槽身的懸臂長(zhǎng)度不能過(guò)大，以保證槽身在另一端支座處有一定的壓力，不允許出現(xiàn)拉力。

雙懸臂梁渡槽由于懸臂的作用，股跨度可以增大，跨度較小則可節(jié)省鋼材用量，但由于一節(jié)槽身的總長(zhǎng)度大，總量大，故施工吊裝較困難，當(dāng)懸臂端部變形或地基產(chǎn)生不均勻沉降時(shí)，接縫將產(chǎn)生錯(cuò)動(dòng)而使得止水容易被拉裂。另外，根據(jù)對(duì)已建工程的觀察，雙懸臂梁槽身在支座附近容易產(chǎn)生橫向裂縫。

簡(jiǎn)支梁槽身施工吊裝方便，接縫止水構(gòu)造簡(jiǎn)單，但跨中彎矩較大，底板受拉，對(duì)抗裂防滲不利。簡(jiǎn)支梁槽身常用的跨度為8m～15m。

由于本渡槽跨越河道，故要求盡量加大跨度，從而盡量避免占用河道面積，并且為了施工方便、接縫止水構(gòu)造簡(jiǎn)單，選擇簡(jiǎn)支梁式渡槽，渡槽跨度取15m。

4.4 水力計(jì)算

槽身水力計(jì)算采用明渠均勻流公式：

式中，Q——設(shè)計(jì)流量，m3/s；

A——槽身過(guò)水?dāng)嗝婷娣e，m2；

R——水力半徑，m；

i——槽身縱坡；

n——糙率系數(shù)，鋼筋混凝土槽身一般采用n=0.015。

計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。

通過(guò)計(jì)算，為了與上下游水深銜接，并且渡槽的高寬比范圍應(yīng)在0.6～0.8之間，最終確定渡槽底寬為4.0m，高2.4m。

表2 渡槽水力計(jì)算

5 瑪河跨河渡槽設(shè)計(jì)綜述

根據(jù)比選結(jié)果，最終選定矩形斷面，簡(jiǎn)支梁跨度為15m的鋼筋混凝土渡槽方案。

渡槽起點(diǎn)位于渠道樁號(hào)0+740處，終點(diǎn)位于渠道樁號(hào)1+115處，分別由三部分組成，即上游漸變段、渡槽段和下游漸變連接段。

上游漸變連接段長(zhǎng)10m，底板由渠道底寬2.5m，漸變?yōu)槎刹鄣讓?.0m，底板采用C20、F300、W6結(jié)構(gòu)，板厚 20cm，邊坡漸變段采用C20細(xì)?；炷疗鲋{砌石結(jié)構(gòu)，厚度為30cm。

渡槽為簡(jiǎn)支梁型式。渡槽段長(zhǎng)350m，起止樁號(hào)分別為 0+750、1+100。0+750～0+760、1+090～1+100分別為邊跨，跨度為10m。其余22跨渡槽跨度均為15m。渡槽采用整體鋼筋混凝土矩形槽結(jié)構(gòu)，底板、邊墻厚度均為0.3m，底部?jī)蓚?cè)縱梁寬0.45m，高0.3m。渡槽所有結(jié)構(gòu)均采用C30、F300、W6鋼筋混凝土。

下游漸變連接段長(zhǎng)15m，底板底寬由4.0m漸變?yōu)?.5m，底板采用C20、F300、W6結(jié)構(gòu)，板厚20cm，邊坡漸變段采用C20細(xì)?；炷疗鲋{砌石結(jié)構(gòu)，厚度為30cm。

6 結(jié)語(yǔ)

在灌區(qū)中，建筑物設(shè)計(jì)主要考慮的是投資以及運(yùn)行管理是否方便，投資小且運(yùn)行管理方便的鋼筋混凝土渡槽是首選。本文在渡槽具體設(shè)計(jì)中提供了一些比選和設(shè)計(jì)思路，希望能為同行在類似工程設(shè)計(jì)中提供參考。陜西水利

[1]中華人民共和國(guó)水利部．中華人民共和國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)(SL252-2000)[Z].

[2]中華人民共和國(guó)水利部．中華人民共和國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).水工鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范(SL191-2008)[Z].

[3]趙文華等.渡槽[J].水利電力出版社，1989年；