鄂北水資源配置工程2016年11標龍泉河渡槽的設(shè)計與優(yōu)化

王振光 張淑鵬 王 敏 王彩艷

湖北省鄂北水資源配置工程是從丹江口水庫清泉溝隧洞進口引水，向沿線城鄉(xiāng)生活、工業(yè)和唐東地區(qū)農(nóng)業(yè)供水，解決鄂北地區(qū)干旱缺水問題的一項大型水資源配置工程。工程線路整體呈西北—東南方向。先后穿越襄陽市、襄州區(qū)，棗陽市，隨州市、曾都區(qū)和廣水市，線路總長度269.67km，輸水干渠設(shè)計流量1.8～38m3/s。工程主要建筑物由取水建筑物、明渠、暗渠、隧洞、倒虹吸、渡槽和節(jié)制閘、分水閘等水工建筑物組成。龍泉河渡槽段樁號232+770—233+500，渡槽長度0.73km。渡槽設(shè)計流量7.4m3/s，槽底縱坡1∶3500，設(shè)計水深2.1m。渡槽進、出口漸變段長8m和12m，槽身長710m，設(shè)4cm伸縮縫，每跨長15m和10m，共48跨，設(shè)計為單孔矩形槽，采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)形式，建筑物級別為3級。

1 水文、氣象、地質(zhì)資料

龍泉河渡槽位于湖北省廣水市，年平均氣溫15.5℃，年均降水990mm，多集中于夏季，冬季少雨雪，寒冷且多風。

槽址處地下水類型主要為孔隙潛水和基巖裂隙水?？紫端褐饕植荚诘谒南邓缮⒍逊e物中，賦存在山坡殘積層及沖溝沖積層中的地下水，主要由大氣降水及泉水補給，以蒸騰蒸發(fā)及補給河水和基巖裂隙水的形式排泄，水量較貧乏?；鶐r裂隙水：主要分布在基巖的構(gòu)造裂隙、風化裂隙中，水量較貧乏，且不均衡，主要靠大氣降水或河水補給，河床為其排泄基準面。

場區(qū)土層上部為堆積黏性土、淤泥質(zhì)壤土、砂卵（礫）石等，下部為絹云鈉長片巖或變輝長輝綠巖。

根據(jù)GB18306—2001《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》，工程區(qū)地震動峰值加速度小于0.05g，相應地震基本烈度小于Ⅵ度，區(qū)域穩(wěn)定性較好。

2 龍泉河渡槽的設(shè)計與優(yōu)化

2.1 結(jié)構(gòu)型式

2.1.1 上部結(jié)構(gòu)

原招標設(shè)計槽身結(jié)構(gòu)橫斷面為帶有側(cè)肋的矩形結(jié)構(gòu)，帶側(cè)肋施工模板復雜，工期相對較長，因此，施工圖階段對原設(shè)計進行了優(yōu)化，為施工提供了方便，并通過計算，滿足規(guī)范要求。渡槽單槽內(nèi)輪廓尺寸3.3m×2.7m（凈寬×凈高），外輪廓尺寸4.3m×3.35m。渡槽為簡支梁式單箱矩形渡槽，橫斷面為有拉桿肋板式矩形渡槽。槽身采用C30W6F150混凝土。優(yōu)化后的槽身結(jié)構(gòu)如圖1、2所示。

2.1.2 下部結(jié)構(gòu)

基礎(chǔ)設(shè)計洪水標準為30年一遇頻率，校核洪水標準為100年一遇頻率。槽墩分別為排架和實體形式，基礎(chǔ)為鋼筋混凝土灌注樁。槽墩最大高度25m。每個槽墩下設(shè)置兩根直徑1.2m的鋼筋混凝土灌注樁，中心距3.55m。墩帽及墩身采用C30F150混凝土；承臺采用C30F150混凝土。在龍泉河及龍泉河支流處墩身采用實體墩身。

原招標設(shè)計基礎(chǔ)均為樁基礎(chǔ)，長度為15m。施工圖階段對地質(zhì)進行了復測，根據(jù)地質(zhì)、地形等資料，考慮設(shè)計安全、施工難度等因素，在河床段，即軸線14～25和軸線37～45，槽墩基礎(chǔ)采用樁基礎(chǔ)，樁基礎(chǔ)為嵌巖樁，樁端作用在變輝長輝綠巖弱風化層或絹云鈉長片巖弱風化層；在河床兩岸，即軸線0～13、軸線26～36和軸線46～48，槽墩基礎(chǔ)采用擴大基礎(chǔ)，基礎(chǔ)作用在變輝長輝綠巖強風化層或絹云鈉長片巖強風化層。如圖3所示。

圖1 優(yōu)化設(shè)計后槽身結(jié)構(gòu)立面圖（單位：cm）

圖2 優(yōu)化后槽身結(jié)構(gòu)體型圖（單位：cm）

圖3 渡槽槽墩體型圖（單位：cm）

2.2 附屬結(jié)構(gòu)

2.2.1 支座

支座是連接渡槽上部結(jié)構(gòu)和下部結(jié)構(gòu)的重要部件，主要作用是將上部結(jié)構(gòu)的恒載與活載反力傳遞到槽墩上，同時保證結(jié)構(gòu)所要求的位移和轉(zhuǎn)動。龍泉河渡槽招標設(shè)計采用盆式橡膠支座，盆式橡膠支座具有承載能力大，水平位移量大、轉(zhuǎn)動靈活等優(yōu)點，一般用于大跨度或流量較大的渡槽，或地震烈度大的地區(qū)。龍泉河渡槽所處地區(qū)地震基本烈度小于Ⅵ度，跨度數(shù)量多，流量較小，跨度分別為15m和10m，因此，施工圖階段進行優(yōu)化，采用板式橡膠支座和聚四氟乙烯滑板式橡膠支座。由于是簡支梁式渡槽，每節(jié)槽身一端設(shè)固定支座，另一段設(shè)置活動支座，固定支座設(shè)置在沿槽身縱向高程較低的一端。經(jīng)計算，選用的支座能夠滿足有關(guān)規(guī)范的要求。渡槽支座的選用為工程節(jié)省了投資。

2.2.2 止水

槽身與進出口建筑物之間及各節(jié)槽身之間設(shè)置伸縮縫，接縫止水失效是引起渡槽滲漏的首要原因，從而影響渡槽的安全運行，因此，接縫止水的設(shè)置非常重要。止水設(shè)置既要能適應變形的需要，又要能防止漏水，做到嚴密可靠，渡槽接縫止水是設(shè)計需要考慮的重要環(huán)節(jié)。

槽身的止水形式很多，一般分為搭接型和嵌縫型兩大類。龍泉河渡槽伸縮縫寬度為4cm，渡槽標準段及漸變段均采用兩道止水的措施，第一道，設(shè)置在渡槽內(nèi)側(cè)，采用壓板式止水，止水帶中U型部分根據(jù)接縫變形量設(shè)計，該種止水方式應用廣泛，止水效果好，抗繞滲能力強。第二道采用紫銅片止水，這種止水方式抗腐蝕能力強，強度高，能承受較大變形。

2.3 結(jié)構(gòu)計算

渡槽上部結(jié)構(gòu)設(shè)計荷載：結(jié)構(gòu)自重、槽水自重、靜水壓力、動水壓力、風壓力、人群荷載、溫度作用、混凝土收縮、徐變影響力、地震荷載。

2.3.1 基本組合

2.3.1.1 持久狀況

槽中為設(shè)計水深、有風工況下作用于槽身或支承結(jié)構(gòu)的各種荷載。

2.3.1.2 短暫狀況

（1）槽中無水、有風、檢修工況下作用于槽身或支承結(jié)構(gòu)的各種荷載。

（2）槽中為滿水、無風工況作用下槽身或支承結(jié)構(gòu)的各種荷載。

（3）渡槽施工、有風工況下作用于槽身或支承結(jié)構(gòu)的各種荷載。

2.3.2 偶然組合

（1）槽中為設(shè)計水深、地震、有風工況下作用于槽身或支承結(jié)構(gòu)的各種荷載。

（2）槽中無水、有風、漂浮物撞擊工況下作用于槽身或支承結(jié)構(gòu)的各種荷載。

進行正常使用極限狀態(tài)驗算時，應按荷載效應的短期組合及長期組合分別驗算。

槽身結(jié)構(gòu)計算首先采用結(jié)構(gòu)力學的方法，將槽身分為縱向和橫向，分別按平面力系假定進行內(nèi)力計算，通過計算，渡槽槽身縱、橫向結(jié)構(gòu)均能滿足承載力極限狀態(tài)及正常使用極限狀態(tài)要求，為了對計算成果進行進一步復核，龍泉河渡槽設(shè)計采用SAP8450結(jié)構(gòu)計算分析通用程序進行了整體計算。上部主體結(jié)構(gòu)為三維桿件單元。渡槽上部結(jié)構(gòu)頂板、底板、側(cè)墻采用板殼單元，帽梁、橋臺、承臺、橋墩等采用梁柱單元和板殼單元進行模擬。根據(jù)巖基抗力系數(shù)，采用彈簧支座模擬樁基礎(chǔ)受力狀態(tài)，整體建模。

模型采用渡槽5跨結(jié)構(gòu)建模，進行整體模型運算。計算模型如圖4所示。

圖4 SAP8450結(jié)構(gòu)計算分析通用程序渡槽建模模型

計算結(jié)果：根據(jù)程序SAP8450設(shè)計結(jié)果分析，板殼應力狀態(tài)均滿足抗裂設(shè)計要求。結(jié)構(gòu)受力均滿足規(guī)范設(shè)計要求。梁、板、柱、橋墩等配筋滿足規(guī)范要求，如圖5～7所示。

圖5 SAP8450結(jié)構(gòu)計算分析x方向渡槽應力（單位：kPa）

圖6 SAP8450結(jié)構(gòu)計算分析y方向渡槽應力（單位：kPa）

圖7 SAP8450結(jié)構(gòu)計算分析位移圖（單位：m）

3 施工要點

渡槽是由進出口建筑物、基礎(chǔ)、支承結(jié)構(gòu)及架空輸水槽身等若干部分組成，龍泉河渡槽槽墩分別采用排架和實體墩，基礎(chǔ)采用擴大基礎(chǔ)和鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。施工順序為鉆孔灌注樁—承臺—排架或?qū)嶓w墩—槽身—欄桿，施工中嚴格規(guī)范施工程序。淺基礎(chǔ)開挖，為防止坑壁坍塌，可對坑壁做臨時支撐。鉆孔灌注樁的施工，一般包括鉆孔、清孔、鋼筋骨架綁扎與架立、灌注混凝土等項，鉆孔達到設(shè)計深度，灌注混凝土前，嚴格控制沉渣厚度，對于端承樁，不應大于50mm，對于摩擦樁不應大于100mm，對抗拔、抗水平力樁，不應大于200mm。應嚴格控制樁孔澆筑混凝土的塌落度。槽墩施工可采用滑升模板法或爬升式施工方法。

龍泉河渡槽為現(xiàn)澆混凝土矩形槽身，槽身混凝土全部以現(xiàn)澆方式進行，槽身模板和鋼筋安裝是施工的重要環(huán)節(jié)，綁扎、焊接、綁扎數(shù)量、間距等應嚴格按照設(shè)計要并符合有關(guān)規(guī)范要求，槽身混凝土澆筑，采用插入式振搗器振搗，為保證混凝土澆筑質(zhì)量，澆筑過程中應嚴格控制水灰比和塌落度，支撐模板應牢固，防止跑模，混凝土攪拌均勻充分。拆模后掛草袋灑水養(yǎng)護或噴混凝土養(yǎng)護劑進行養(yǎng)護。

止水施工時，保證緊固面平整，緊固力大小合適，保證施工質(zhì)量，保證止水充分發(fā)揮作用，做到不漏水，且適應接縫變形的性能。

4 結(jié)語

由于龍泉河渡槽結(jié)合了地形、地質(zhì)、水文等資料進行設(shè)計，布置合理、靈活，從整體到細節(jié)，考慮全面。并在滿足規(guī)范的基礎(chǔ)上進行了優(yōu)化設(shè)計，為工程節(jié)省了投資，為施工提供了方便、快捷的途徑，確保了工程的工期。現(xiàn)龍泉河渡槽正在順利施工中。