黔中水利樞紐工程渡槽選型研究

徐俊 張榮隨

【摘要】黔中水利樞紐工程總干渠線路穿越諸多峽谷及河流，需建設(shè)較多的高、大跨渡槽。這些渡槽，要根據(jù)地形的不同來(lái)做出相應(yīng)的選擇，針對(duì)不同類型就有其各自的特點(diǎn)，找出奇特之處更有利于預(yù)測(cè)和解決在修筑之時(shí)的技術(shù)問(wèn)題。

【關(guān)鍵詞】黔中水利樞紐；渡槽；施工技術(shù)

前言

黔中水利樞紐是以農(nóng)田灌溉，城市供水為主，水力發(fā)電為輔的綜合性利用工程?？偣こ逃捎伤矗r(nóng)區(qū)灌溉，貴陽(yáng)生活供水和安順供水線這四部分構(gòu)成。水庫(kù)的總?cè)菁{量約為10.98億m3，預(yù)計(jì)可灌溉的土地面積約為65.14萬(wàn)畝，供給省會(huì)貴陽(yáng)及其周邊的鄉(xiāng)鎮(zhèn)的水源可達(dá)到3.22億m3/年，發(fā)電站裝機(jī)容量136MW，年發(fā)電量可以持續(xù)3.41億kW`h，成為了貴陽(yáng)省境內(nèi)有史以來(lái)容量最大的水利樞紐工程。

1、渡槽的選型及主要特點(diǎn)

在渡槽的修建之處大多地形為起伏多變的溶蝕山區(qū)地貌，綿延多山，還有深切峽谷，甚至在許多已經(jīng)建成的水庫(kù)，省級(jí)和縣級(jí)的公路，煤礦的開采片區(qū)地質(zhì)條件也是復(fù)雜多變，大多處于巖溶強(qiáng)烈發(fā)育地區(qū)。所以在渡槽類型選擇時(shí)，要注意以下的條件來(lái)設(shè)計(jì)：

如若位于深切河谷，但是兩岸基巖裸露，并且完整性很好、巖石質(zhì)地很堅(jiān)硬的條件下，應(yīng)當(dāng)選擇單跨共性渡槽；

若是地形開闊平坦的河床或谷地，渡槽離其的高度在百米之下，則選擇多跨連續(xù)拱渡槽和簡(jiǎn)支梁式渡槽；

需要跨越已建有水庫(kù)或深切橫跨度廣的谷地，無(wú)法布置之前的幾種，那就應(yīng)該選擇新研究出的連續(xù)剛構(gòu)漕渡；

面對(duì)普通地形，跨度高度都不大的情況，可以直接選擇常規(guī)渡槽模式。

2、關(guān)鍵技術(shù)研究

2.1設(shè)計(jì)重大技術(shù)研究

（1）連續(xù)剛構(gòu)渡槽

連續(xù)剛構(gòu)渡槽大部分會(huì)被運(yùn)用在高速公路上，近幾年將其又做了進(jìn)一步的研究拓展。它的優(yōu)勢(shì)是充分利用上部變截面預(yù)應(yīng)力箱梁的強(qiáng)大承載能力，建造出大跨度的評(píng)審鋼精混凝土結(jié)構(gòu)。合適可以放在需要布置大跨度渡槽，而地形的情況是不適用拱式結(jié)構(gòu)的地方。想要正確地使用這一渡槽模型需要具備兩種思路；首先是以剛構(gòu)作為支撐結(jié)構(gòu)，在上部另外布置輸水槽殼，呈現(xiàn)出“橋槽分離”狀態(tài)；然后是將二者結(jié)合，利用作為支撐結(jié)構(gòu)的箱梁來(lái)輸送水，不另外設(shè)置輸水槽，實(shí)現(xiàn)二者統(tǒng)一成一個(gè)整體的狀態(tài)。

（2）拱式渡槽

常規(guī)拱式渡槽已經(jīng)是比較成熟的一類了，這類在國(guó)內(nèi)的運(yùn)用比較廣泛，已經(jīng)積累了許多的經(jīng)驗(yàn)。不過(guò)在超大跨度的拱形結(jié)構(gòu)方面，在風(fēng)荷、地震、地基以及自身質(zhì)量問(wèn)題的作用下會(huì)使得渡槽變得敏感，這就對(duì)它的可靠度要求更高。所以在設(shè)計(jì)此類型的渡槽時(shí)，要特別注意拱圈結(jié)構(gòu)形式，還要對(duì)應(yīng)用參數(shù)做好進(jìn)一步的研究。此外還要多多考慮施工方法是否合理，施工工藝是否完善，哪些地方需要變化才能更好地配合現(xiàn)實(shí)的操作。

（3）預(yù)應(yīng)力箱梁簡(jiǎn)支渡槽

菜子沖渡槽是這幾種類型中為長(zhǎng)度最大的渡槽，所經(jīng)過(guò)地形一般為海拔較低矮的淺丘山地，比較適宜布置簡(jiǎn)支梁式渡槽。預(yù)應(yīng)力槽殼及轉(zhuǎn)彎處的弧形槽殼是此設(shè)計(jì)研究重點(diǎn)。設(shè)計(jì)是最先選擇順山脊布置渡槽軸線，可以在很大程度上降低 了分支承受的結(jié)構(gòu)高度，但在平面上一定要出現(xiàn)3 個(gè)彎道，并且需要配合好銜接設(shè)計(jì)等問(wèn)題。通常情況下，在直段會(huì)布置28 段跨度 50 m 長(zhǎng)的預(yù)應(yīng)力簡(jiǎn)支箱梁槽殼，在轉(zhuǎn)折段采用跨度10. 6 ～15. 0 m 的簡(jiǎn)支非預(yù)應(yīng)力矩形槽殼過(guò)度。該渡槽 50 m 預(yù)應(yīng)力箱式槽殼為中國(guó)國(guó)內(nèi)在建的最大跨度，其支點(diǎn)土墩高度 23 ～ 57 m，材質(zhì)為變厚度矩形空心鋼筋混凝土墩。

2.2 施工專項(xiàng)技術(shù)

（1）連續(xù)剛構(gòu)渡槽

剛構(gòu)墩的樁基呈現(xiàn)孔狀： 剛構(gòu)的主墩以連續(xù)剛構(gòu)渡槽為主要支承結(jié)構(gòu)，并與實(shí)際情況結(jié)合，例如貴州省的地形地質(zhì)條件，所以采用樁基嵌入巖層技術(shù)。樁基施工方法是采用人工挖孔，如若地基遭遇可溶巖層或者煤系地層，前者出現(xiàn)巖溶、涌水的狀況； 后者往往孔深數(shù)十米，存在采空區(qū)及可能的煤層瓦斯問(wèn)題，更有甚者會(huì)出現(xiàn)爆炸事件。施工分別需要研究和制定合適的工藝和措施，以確保順利安全實(shí)施。上部箱梁施工：大體采用與橋梁工藝相同的掛籃，一般選取對(duì)稱懸臂澆筑施工法，即先澆筑0#節(jié)段，再依次懸臂澆筑中間節(jié)段，最后合攏。由于箱梁與過(guò)水渡槽是一個(gè)體系，就會(huì)派生出某些與橋梁不同的或更難以解決的施工問(wèn)題，這就需要施工人員在原有基礎(chǔ)上，研究改進(jìn)施工工藝和方案：第一是雙箱有別于橋梁的單箱，以及雙箱與單箱的過(guò)渡連接段，給模板架設(shè)、鋼筋制安及混凝土澆筑又增加了難度；第二是部分縱向預(yù)應(yīng)力鋼束齒板會(huì)經(jīng)由原先的箱體內(nèi)轉(zhuǎn)移到箱體外面，需要研究有針對(duì)性的施工工藝來(lái)克服此類突發(fā)狀況帶來(lái)的施工困難和風(fēng)險(xiǎn)；第三是要根據(jù)的箱體結(jié)構(gòu)運(yùn)行期出現(xiàn)的下繞來(lái)做好預(yù)測(cè)，在進(jìn)行施工期間能夠嚴(yán)格的控制預(yù)拱度。

（2）大跨度拱式渡槽

單跨拱渡槽： 拱式渡槽的施工關(guān)鍵之處是拱圈，在它形成后，其上部結(jié)構(gòu)的施工較為簡(jiǎn)單。以平寨、白雞坡渡槽的拱圈為例，經(jīng)過(guò)詳細(xì)地分析后：二者均采用纜索吊裝箱拱的無(wú)支架安裝施工工藝，即先吊裝預(yù)制中室的拱箱節(jié)段再將其合攏，然后吊裝邊室拱箱并合攏，最后現(xiàn)澆筑縱縫及頂板層混凝土，形成單箱三室的整體箱型拱圈結(jié)構(gòu)。不過(guò)也有特殊例子，對(duì)于龍場(chǎng)渡槽來(lái)說(shuō)，其拱圈臨空高度 110 m，跨度達(dá)到 200 m，而且需要變截面拱，此類問(wèn)題尚無(wú)工程建設(shè)的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)。工作人員就先后研究了落地支架、懸臂掛籃、預(yù)制吊裝三種施工方法，又多次進(jìn)行專家咨詢交流溝通，最終確定采用預(yù)制吊裝的施工方案。但是，還需考慮該渡槽使用混凝土拱圈構(gòu)件的特殊性，進(jìn)一步優(yōu)化和改進(jìn)施工工藝。連續(xù)拱式渡槽：其施工除考慮拱圈特殊施工方法外，更重要的是解決施工期的縱向穩(wěn)定問(wèn)題。青年隊(duì)渡槽為6跨度為108m的連續(xù)拱，之后由施工單位確定采用落地支架施工主拱圈。并提出6連拱分次澆筑和一次澆筑的施工計(jì)劃配合使用，為解決施工期產(chǎn)生的拱結(jié)構(gòu)縱向穩(wěn)定問(wèn)題，設(shè)計(jì)單位還專門進(jìn)行研究，提出了不同的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，以供施工配套采用。業(yè)主還從工程總工期出發(fā)，要求對(duì)六連拱同時(shí)施工的工法進(jìn)行專項(xiàng)研究。

（3）簡(jiǎn)支預(yù)應(yīng)力大跨度箱式渡槽

菜子沖渡槽為高墩大跨度簡(jiǎn)支箱式預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土構(gòu)成，施工的關(guān)鍵環(huán)節(jié)在于，箱梁預(yù)應(yīng)力混凝土施工技術(shù)與彎道槽殼的線性控制的配合方面。由于槽身箱梁跨度大又是高度臨空，箱體數(shù)量大，為保證質(zhì)量、安全、速率以及精準(zhǔn)的投資控制目標(biāo)，采用鋼體結(jié)構(gòu)移動(dòng)模架成槽的施工方案。轉(zhuǎn)彎處的小跨度使用鋼筋混凝土槽殼。鑒于臨空高度不大，可以采用常規(guī)的落地支架施工，也利于平地對(duì)其線性規(guī)劃控制。

結(jié)束語(yǔ)：

黔中水利樞紐工程總干渠以及諸多渡槽，跨度大、結(jié)構(gòu)形式多樣，在中國(guó)水利建筑史上都罕見。這些渡槽的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工均使用了我國(guó)研究出的關(guān)鍵性技術(shù)，在此基礎(chǔ)上，又為中國(guó)的建筑技術(shù)做出了重大的貢獻(xiàn)，這些也是渡槽順利建設(shè)并能良性運(yùn)行的重要保證。目前這些渡槽正處于施工實(shí)施階段，施工過(guò)程中遇到特殊的情況，必然會(huì)對(duì)某些設(shè)計(jì)和施工進(jìn)行修改和優(yōu)化調(diào)整。相信通過(guò)參考各方的意見和建議，借助其他行業(yè)及相關(guān)專家的重要經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，盡管黔中水利樞紐工程總干渠高墩大，但是跨度渡槽一定能順利建成，并為今后類似渡槽的建筑提供寶貴經(jīng)驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]張??；李仁剛；童澤林.黔中水利樞紐龍場(chǎng)高大跨渡槽拱圈施工方案研究[J].廣東水利水電.2013（10）

[2]李杰.黔中水利樞紐一期工程拱式渡槽工程相關(guān)技術(shù)和投資管控[J].水利科技與經(jīng)濟(jì).2014（08）

[3] 翟淵軍，朱太山，馮光偉. 南水北調(diào)中線沙河渡槽關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用[J].人民長(zhǎng)江.2013（16）

作者簡(jiǎn)介：姓名：徐俊，出生年月：1980年8月18日，性別：男，籍貫：湖北武漢，職稱：工程師