寶雞峽漆水河渡槽設(shè)計方案及施工方法比選

韓乾鋒

（陜西省寶雞峽工程局，陜西 寶雞 712200）

寶雞峽漆水河倒虹是灌區(qū)塬下北干渠23＋567 km處跨越漆水河的一座輸水建筑物，位于楊凌區(qū)東北3.5 km處，是寶雞峽北干渠的輸水“咽喉”，進(jìn)口在陜西省楊凌區(qū)境內(nèi)，出口在武功縣境內(nèi)。工程始建于1958年，1971年建成通水，由兩根并行的鋼筋砼管組成，內(nèi)徑2.4 m，長度31 m，設(shè)計流量22 m3/s，最大水頭為34 m3/s，控制灌溉面積77.7萬畝。經(jīng)50多年運(yùn)行，工程多個部位出現(xiàn)病險問題。管道磨損、銹蝕、剝蝕，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度下降；倒虹底部、出口淤積嚴(yán)重，過流斷面減小，過水能力降低；進(jìn)口雍水運(yùn)行，存在極大安全隱患，行水中多次發(fā)生倒虹堵塞現(xiàn)象，影響渠道正常輸水安全，亟待改建。

寶雞峽漆水河倒虹工程，主要灌溉下游77.7萬畝農(nóng)田作物。工程原設(shè)計采用倒虹方式輸水，渠道容易淤積，倒虹多次出現(xiàn)堵塞問題，存在明顯缺陷，經(jīng)過近60年運(yùn)行，安全隱患眾多。2013年，經(jīng)批復(fù)決定將原深埋倒虹方式改建為架空預(yù)應(yīng)力薄殼梁式渡槽，共15跨，每跨30 m，總長450 m。同時改造渡槽進(jìn)出口明渠段243 m，恢復(fù)段家灣泵站引水渠147 m，新建分水閘1座。改造興平總站管護(hù)設(shè)施1800 m2，段家灣站新建管理用房850 m2，改造進(jìn)出站道路4.5 km。

1 建設(shè)線路選擇

寶雞峽漆水河倒虹是塬下北干渠跨越漆水河的一座輸水建筑物，位于陜西省武功縣大莊鎮(zhèn)段家灣村。因原線路建設(shè)方案施工期與北干渠下游77.7萬畝農(nóng)田灌溉用水直接沖突，施工最少影響下游一年灌溉，年直接經(jīng)濟(jì)損失1.05億元；且進(jìn)出口填方體長，彎道多，流態(tài)差，容易引起出口段的淤積，工程運(yùn)行管理不便，而小南線方案在施工期間部分時段不影響渠道灌溉，水流條件好，運(yùn)行管理便利，均優(yōu)于原線路方案，故選擇小南線作為改建工程實施線路。

2 渡槽設(shè)計方案

結(jié)合實際情況，渡槽初步設(shè)計擬定了三種方案，分別為簡支梁渡槽、桁架拱渡槽和橋式倒虹。三種方案總體布置基本相同，均布置進(jìn)、出口渠道與原北干渠平順銜接，進(jìn)口渠道在北干渠樁號23 km＋493 m處與原北干渠相接，出口渠道在原北干渠樁號24 km＋428 m處和北干渠相連。主體建筑物均由進(jìn)口漸變段、進(jìn)口連接段、槽身段（或倒虹管段）、出口連接段、出口漸變段等組成。

方案一：簡支梁渡槽

空心重力墩作為下部支撐結(jié)構(gòu)，墩高13.0 m～28.0 m，壁厚35 cm～60 cm，用砼鉆孔灌注樁作為基礎(chǔ)。上部結(jié)構(gòu)為10跨預(yù)應(yīng)力大梁，預(yù)應(yīng)力梁長40.0 m，每跨4根。梁裝配后，在其上疊合澆筑混凝土有拉梁帶肋槽身。

方案二：桁架拱渡槽

上部結(jié)構(gòu)為矩形槽身，下部結(jié)構(gòu)為桁架拱橋，共7跨，每跨53.0 m，拱助設(shè)計矢跨比為1/6。桁架拱橋兩岸橋臺采用重力式“U”形臺，橋墩為柱式輕型墩，墩下通過承臺用鉆孔砼灌注樁作為基礎(chǔ)。

方案三：橋式倒虹

在軸線上新建橋式倒虹，倒虹管水平投影長408.8m，為鋼筋砼雙管，管內(nèi)徑2.9 m，管壁厚40 cm。進(jìn)水段斜管設(shè)1#～2#鎮(zhèn)墩，出口段斜管設(shè)3#鎮(zhèn)墩。管橋共分10跨，第一跨38.8 m，其余每跨30.0 m，為預(yù)應(yīng)力梁式結(jié)構(gòu)。預(yù)應(yīng)力梁采用T型梁，梁長分38.8 m和30.0 m兩種，高1.6 m，每跨7根，預(yù)應(yīng)力混凝土采用C50。用直徑1.0m的砼圓柱作為下部支承結(jié)構(gòu)，砼圓柱以下通過8.6 m×4.0 m×1.5 m（長×寬×深）的承臺，用6個直徑1.0 m的砼鉆孔灌注樁作為基礎(chǔ)，灌注樁深18.0 m～22.0 m[1][2]。

因采用倒虹輸水在多年運(yùn)行實踐中，倒虹前段渠道容易淤積、內(nèi)部多次發(fā)生堵塞、且維修搶修極為不便，影響工程安全高效供水，存在明顯缺陷，專家組首先對橋式倒虹方案給予了否決。

從地質(zhì)地形條件看，渡槽跨越漆水河處為U形河谷，河谷寬度達(dá)300 m，發(fā)育有一、二級階地及河漫荒灘，主要地層分布為第四系松散堆積黃沙土，若采用拱式渡槽，必為連續(xù)拱式連槽結(jié)構(gòu)。由于拱圈水平堆力的存在，對墩臺尤其是邊墩的要求較高，工程區(qū)承載力較大的砂礫石地層相對埋深較大，對墩臺的處理和設(shè)計難度也較大，若某一拱角因水平推力破壞則相鄰跨也會隨之破壞；且拱式渡槽的主拱圈為超靜定結(jié)構(gòu)，在溫度荷載作用下拱圈易產(chǎn)生溫度裂縫，安全穩(wěn)定性能不是最優(yōu)。

桁架式渡槽雖縱向可為靜定結(jié)構(gòu)，但結(jié)構(gòu)本身為超靜定結(jié)構(gòu)，桁架各桿件間會產(chǎn)生次內(nèi)力，與拱式渡槽類似承重結(jié)構(gòu)宜產(chǎn)生較大溫度應(yīng)力，另外，這類超靜定結(jié)構(gòu)某一部位產(chǎn)生位移或局部結(jié)構(gòu)出現(xiàn)問題可能導(dǎo)致總體結(jié)構(gòu)承載失效，存在較大安全隱患；且桁架式渡槽施工較復(fù)雜，施工質(zhì)量不易保證。加之矩形槽身設(shè)計阻力對水流速度有影響，從而影響用水關(guān)鍵期抗旱供水量。

與拱式渡槽、桁架式渡槽相比，簡支梁式渡槽受力明確、施工方便，結(jié)構(gòu)變形基本不受約束，不產(chǎn)生溫度應(yīng)力，結(jié)構(gòu)型式優(yōu)勢明顯。加之施工臨時占地少，工程量、需要投資也較少，且近年來越來越多的輸水渡槽采用簡支梁結(jié)構(gòu)型式，取得了較好的效果，積累了較多的成功經(jīng)驗。綜合分析本工程場區(qū)地形、地質(zhì)條件，結(jié)構(gòu)型式、施工、投資等因素，故設(shè)計選擇了受力明確的簡支梁式渡槽為推薦方案[3]。

經(jīng)過三個方案的地形地質(zhì)條件、輸水水力條件、運(yùn)行管理條件、流態(tài)、施工條件、工程量及投資等因素綜合比較分析，初步選定方案一簡支梁渡槽為推薦方案。

3 施工方法選擇

目前，國內(nèi)渡槽施工比較傳統(tǒng)的方法為滿堂支架法。但隨著近年來大型輸水調(diào)水工程的建設(shè)實施，橋梁施工中較先進(jìn)的架橋機(jī)、造橋機(jī)施工技術(shù)被引進(jìn)至渡槽施工當(dāng)中，并獲得成功。

滿堂支架法是渡槽現(xiàn)澆施工中傳統(tǒng)的施工方法，其優(yōu)點是無需預(yù)制場地，無需大型起吊及運(yùn)輸設(shè)備，施工時上部結(jié)構(gòu)受力與前期設(shè)計的結(jié)構(gòu)受力基本一致，無需再進(jìn)行施工階段驗算；缺點是搭施工腳手架和模板工作量大，施工期較長。滿堂支架法一般適用于上部荷載相對較小，下部基礎(chǔ)承載力較高，凈空較低的情況，且該方法施工受汛期影響較大。漆水河渡槽最大凈空為27 m，且下部持力層較深，為減小支架變形及基礎(chǔ)沉降問題需先進(jìn)行地基處理，對漆水河渡槽來說，采用滿堂支架法不是最優(yōu)方案。

造槽機(jī)法與滿堂支架法都屬于渡槽原位現(xiàn)澆方案，造槽機(jī)方案是在槽墩上安裝支撐架及其整孔模板（內(nèi)模及外模），然后在模板內(nèi)進(jìn)行澆筑作業(yè)、施加預(yù)應(yīng)力，待完成一孔作業(yè)后，且混凝土達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度后活動模板脫模并與支撐架一起移動至下一孔，然后調(diào)整并固定支撐架，組拼好模板，進(jìn)行新的澆筑作業(yè)。該方法優(yōu)點是不受河灘軟弱地基或水中的地理環(huán)境影響，可以節(jié)省大量的落地支架和臨時基礎(chǔ)及地基處理的費(fèi)用，并可在汛期施工。渡槽澆筑及模架移動時，在渡槽墩頂及渡槽頂部會受到一定的臨時施工荷載，結(jié)構(gòu)設(shè)計時需充分考慮。南水北調(diào)中線工程雙泊河渡槽、湍河渡槽均采用造槽機(jī)法施工，效果良好。

架槽機(jī)原理及架設(shè)槽身的方法與公路、鐵路架設(shè)橋梁方法基本相同。架槽機(jī)法施工過程工序為：首先在槽場預(yù)制槽身，在槽墩上架設(shè)槽機(jī)，由架槽機(jī)將預(yù)制好的渡槽放至輪軌式運(yùn)梁車上，由運(yùn)梁車將槽身運(yùn)至槽位處，再由架槽機(jī)完成槽身架設(shè)。架槽機(jī)的優(yōu)點是作業(yè)面主要在槽墩的頂部，不受河灘軟弱地基或水中的地形影響；可采用地面預(yù)制，蒸汽養(yǎng)護(hù)，施工周期短，施工質(zhì)量較高。缺點是占用臨時施工場地較大，架槽機(jī)、運(yùn)槽車及架槽機(jī)等施工機(jī)械成本較高。架槽機(jī)法適用于渡槽數(shù)量較多且對工期有要求的工程，南水北調(diào)中線工程沙河U型渡槽，其施工方法為架槽機(jī)法，共計228榀渡槽，目前渡槽已全部施工完成。漆水河渡槽槽數(shù)較少，若采用架槽機(jī)法，施工成本較大，不經(jīng)濟(jì)。

各方案施工設(shè)備費(fèi)用見表1。

表1 各方案施工設(shè)備費(fèi)用表 單位：萬元

由表1可知：各施工方案中，40 mU形渡槽方案架槽機(jī)費(fèi)用遠(yuǎn)高于另外兩個方案，故架槽機(jī)方案首先予以排除。其余各方案施工費(fèi)用相差不大，但是滿堂支架法需要施工工期較長，且漆水河洪水對施工影響較大。

綜合以上3種方案，滿堂支架法雖為傳統(tǒng)的施工方案，但搭施工腳手架和模板工作量大，需要進(jìn)行地基處理，工期較慢、工序繁雜、受汛期及河道地形影響，施工質(zhì)量不易保證。造槽機(jī)法雖可進(jìn)行工廠化生產(chǎn)，工期及質(zhì)量容易保證，但該方法需布置臨時制槽場地，提槽、運(yùn)漕及架槽等施工設(shè)備費(fèi)用較大。本次渡槽施工方案，從技術(shù)先進(jìn)性、施工澆筑質(zhì)量考慮，采用造槽機(jī)法施工效能比最佳[4]。

4 結(jié)語

寶雞峽漆水河倒虹改建渡槽工程，設(shè)計秉承“科學(xué)、精細(xì)、創(chuàng)新、優(yōu)質(zhì)”原則，對方案進(jìn)行現(xiàn)場勘察，借助設(shè)計新技術(shù)新方法，多方比較，擇優(yōu)定案，務(wù)求建設(shè)優(yōu)質(zhì)精品工程，為提升工程運(yùn)行經(jīng)濟(jì)社會效益奠定了可靠基礎(chǔ)。建成后必將有效提升北干渠道安全輸水性能，促進(jìn)灌區(qū)糧果穩(wěn)步增產(chǎn)，改善區(qū)域生態(tài)環(huán)境，工程建設(shè)成效顯著。