馮家山灌區(qū)雍水河渡槽重建方案設(shè)計分析

王宗水，魏小彬

（寶雞市土木建筑勘察設(shè)計院，陜西 寶雞 721001）

1 原渡槽設(shè)計方案

渡槽位于鳳翔縣彪角鎮(zhèn)瓦崗寨村東的雍水河上，總長度116 m。①原扭面為50＃砂漿砌石，進(jìn)口長10 m，出口長16 m；扭面與槽殼間有連接段,長3 m；槽身長84 m，分6 跨，每跨長14 m，縱向支承為簡支梁式；槽身斷面為U 型，口寬4.2 m，弧底半徑2.1 m，深2.78 m；槽身 6 網(wǎng) 5 筋薄殼結(jié)構(gòu)，400＃水泥砂漿，壁厚 48 mm；拉桿沿槽口每米設(shè)1 根，兩邊各有1.3 m 寬的架子車橋；槽殼比降i＝1/700，糙率n＝0.012；最大水頭損失0.396 m，槽前雍水0.026 m，槽內(nèi)最大水深2.29 m，相應(yīng)流速3.37 m/s。②渡槽洪水標(biāo)準(zhǔn)是依據(jù)該河上游東風(fēng)水庫溢洪道的下泄流量確定的，按50 年一遇洪水下泄流量360 m3/s 設(shè)計，按100 年一遇洪水下泄流量503 m3/s校核，最大沖刷深度為4.8 m。③槽殼用砼輕型單排架支承，排架最大高度8.85 m。立柱中心距2.7 m，斷面長寬為0.45 m×0.3 m；橫梁間距3.3 m，斷面寬高為0.3 m×0.4 m，橫梁與立柱貼角0.2 m×0.2 m；柱頂有短懸臂牛腿，臂長0.2 m，高0.6 m，傾角45°；排架與基礎(chǔ)用固端連接。④排架基礎(chǔ)為雙杯口座式結(jié)構(gòu)，150＃砼，底面寬長2.5 m×5.0 m，厚0.4 m；杯深0.6 m，杯壁厚0.4 m；基礎(chǔ)埋深2.5 m～3.0 m，埋深較淺，采用在基坑內(nèi)回填大漂石和砂卵石填縫的防沖刷加固處理措施。⑤渡槽進(jìn)出口為黃土填方體，設(shè)計干容重1.6 t/m3，填方坡腳用50＃水泥砂漿砌石防護(hù)。防護(hù)高度3.45m，基礎(chǔ)埋深1.5 m。⑥伸縮縫為塑料止水帶壓板式連接，楔口用1∶1∶4 瀝青粉煤灰砂漿填充。

2 原渡槽的施工質(zhì)量

該渡槽是馮家山灌區(qū)的首座大型鋼絲網(wǎng)水泥薄殼渡槽。除吊裝由陜西省機(jī)械化公司施工外，其余為兵團(tuán)民工施工。由于是首次進(jìn)行這樣的施工，經(jīng)驗不足，工程質(zhì)量不甚理想。

“槽殼砂漿強(qiáng)度設(shè)計為400 號，試塊測壓強(qiáng)度為315 kg/cm2～485 kg/cm2，強(qiáng)度合格率為60%，局部地方有露網(wǎng)露筋。進(jìn)出口填方體的干容重設(shè)計為1.6 t/m3，實測合格率為進(jìn)口段86.4%，出口段62.6%。槽底比降設(shè)計為1/700，竣工為1/1115。”上述工程質(zhì)量情況，引自1979 年12 月馮家山水利工程竣工總結(jié)報告附件二十六《渡槽工程竣工報告》第4 頁。

在《渡槽工程竣工報告》第6 頁中講到：“①原設(shè)計進(jìn)口型式不好，扭坡太短，收縮太快，以致行水時槽前雍水，槽內(nèi)形成沖擊波浪，影響過水能力。②由于橡皮止水帶與設(shè)計型號不符及施工不精細(xì)，各止水縫都漏水。雖然渡槽不同程度的存在一些問題，但可交付使用，遺留問題可在管理運(yùn)用中繼續(xù)完善?！?/p>

在馮家山水利工程竣工驗收材料之三《馮家山水利工程竣工總結(jié)報告》第43 頁中有這樣的描述“（1）雍水河渡槽設(shè)計比降1/700,施工比降1/1115；（2）渡槽進(jìn)口漏水，河床沖刷嚴(yán)重，1975 年～1976 年做了返工和加固處理，效果較好，但由于進(jìn)口體型不好，加大流量不能通過，需另作處理?！钡?0 頁中描述“北干雍水渡槽進(jìn)口體型應(yīng)改善，否則加大流量不能通過?！?/p>

3 運(yùn)行情況及存在問題

雍水河渡槽建成于20 世紀(jì)70 年代初期，2004 年6 月19日測得在滿槽過流情況下的最大輸水能力為22.18 m3/s，相應(yīng)渠道水深2.91 m，主要問題是加大流量26 m3/s 不能通過。

目前渡槽已經(jīng)運(yùn)行了三十多年，老化問題日趨嚴(yán)重。主要表現(xiàn)在以下幾個方面：①填方體沉陷，扭面產(chǎn)生橫向裂縫5 條～8 條，上下游填方體出現(xiàn)滲水和漏水。②止水帶老化，漏水嚴(yán)重。螺栓嚴(yán)重銹蝕碳化，楔口砂漿完全脫落。③基礎(chǔ)沉陷導(dǎo)致排架沉降，使槽殼呈折皺狀。④槽殼原設(shè)計筋網(wǎng)的保護(hù)層厚度僅3 mm，存在露網(wǎng)露筋、砂漿強(qiáng)度低等先天性缺陷。目前槽殼外層筋網(wǎng)嚴(yán)重碳化，絲網(wǎng)裸露。內(nèi)壁有龜紋狀裂紋，首跨槽殼左上角支座與薄殼相接處，有0.5 m 長的裂縫。在大流量下，滲水十分嚴(yán)重。⑤截止2006 年，最大輸水能力不足22 m3/s。嚴(yán)重制約了70.6 萬畝農(nóng)田的灌溉，特別是在灌溉用水的高峰期，發(fā)生了下游農(nóng)民搶水的不良局面，已經(jīng)成為制約灌區(qū)農(nóng)業(yè)發(fā)展的瓶頸，亟待解決。

4 重建方案

經(jīng)調(diào)研和專家會診，共同商定，原渡槽已沒有維修利用和加固的價值，需整體拆除重建。

（1）按照整體現(xiàn)澆的施工順序，分兩步進(jìn)行。第一步首先完成新建排架和基礎(chǔ)的全套施工及驗收工作。第二步在灌溉閑歇的幾個月時間里，應(yīng)完成的工作內(nèi)容：①完成舊渡槽的拆除及施工場地的清理和整理，再搭建牢固的滿堂腳手架。②按照伸縮縫位置，完成渡槽（扭面、連接段和槽箱）的底模板及立模板的支護(hù)工作。③分段綁扎鋼筋和固定止水帶。經(jīng)檢查合格后，方可澆筑砼。④槽箱和懸空構(gòu)件的砼應(yīng)達(dá)到28 d 齡期、其余部位的砼應(yīng)達(dá)到15 d 齡期以后，方可拆除模板。⑤階段驗收合格后，止水帶縫隙內(nèi)充填防水油膏并用水泥砂漿填充備用止水槽，并且抹平壓光。到此，工程施工的主要工作量已經(jīng)基本完成，可以輸水灌溉，剩余工作內(nèi)容可在后期繼續(xù)完成。

（2）根據(jù)目前設(shè)計和施工的成熟經(jīng)驗，按照結(jié)構(gòu)設(shè)計簡單可靠，施工方法快速便利的要求，綜合考慮重建方案為：①進(jìn)出口扭面改為現(xiàn)澆C15 素砼，厚度30 cm，板下滿鋪復(fù)合土工膜料(上層為150 g/m2的土工布，下層為厚0.25 mm 的聚氯乙烯薄膜）的板膜復(fù)合結(jié)構(gòu)。進(jìn)口改為12 m 長，出口改為18 m 長。②扭面與槽箱之間改為5 m 長的C20 鋼筋砼連接段。③新渡槽是在原工程基礎(chǔ)上進(jìn)行重建的，工程總體布局基本不作調(diào)整。重建中為便于施工，縮短工期，減輕對灌溉的影響。新設(shè)計的矩形槽箱長度90.8 m。分為7 跨，中間5 跨各長14 m，首尾2 跨各長10.4 m。新建排架在原支撐中間位置，這樣可以在拆除原渡槽之前先進(jìn)行基礎(chǔ)和排架的施工，縮短灌溉的中斷時間。④槽身采用結(jié)構(gòu)簡單、施工方便、適應(yīng)性強(qiáng)、堅固耐用、造價較低的有拉桿加肋矩形槽。槽箱內(nèi)部尺寸為（寬×深＝4.6 m×3.6 m），槽口兩邊有凈寬1.2 m 的人行道板。⑤考慮到分段進(jìn)行現(xiàn)澆砼施工，在關(guān)鍵部位的伸縮縫用“651 型橡膠止水帶+縫內(nèi)充填防水油膏+ 預(yù)留備用止水槽（深×寬＝6 cm×32 cm）”的雙保險措施。⑥槽箱斷面設(shè)計經(jīng)多種方案比較，最終確定。設(shè)計比降改為i＝1/1600，糙率取值n＝0.015。⑦渡槽的輸水能力仍按設(shè)計流量22 m3/s、加大流量26 m3/s設(shè)計，維持原有工程標(biāo)準(zhǔn)不變,渡槽設(shè)計總長度變?yōu)?30.8 m。

4.1 矩形槽箱的水力計算

水力計算決定了輸水能力的多少和槽箱尺寸的大小，以及建造成本高低。槽箱采用明渠均勻流公式，見下式：

計算結(jié)果見表1。

表1 渡槽水力計算結(jié)果

4.2 槽身截面擬定

依據(jù)水力學(xué)計算和灌溉需求，考慮到現(xiàn)狀渠道輸水不暢，壅水比較嚴(yán)重等因素。先擬定了多個斷面和縱向比降，經(jīng)過相互比較，最終確定槽箱斷面采用（凈寬×凈高＝4.6 m×3.6 m），渡槽的安全超高為0.72 m，槽箱凈高與上下游渠道深度齊平的方案。槽箱的縱向設(shè)計比降i=1/1600，糙率n=0.015。其斷面尺寸見圖1。

圖1 槽箱斷面尺寸圖（單位：cm）

4.3 水頭損失與水面銜接計算

上下游渠道均為梯形斷面。渠底寬3.8 m，渠道深3.6 m，內(nèi)坡比1∶1.25。渠道比降為i=1/5750，設(shè)計流量22 m3/s，加大流量26 m3/s。最大流速1.22 m/s，最大水深2.88 m。經(jīng)過計算：

①渡槽進(jìn)口水面降落ΔZ1=1.15(V22-V12)/2g=0.147 m；

②槽身水面降落ΔZ2=i·L=0.057 m；

③渡槽出口水面回升ΔZ3=1/3·ΔZ1=0.049 m；

④總水頭損失ΔZ=ΔZ1+ΔZ2-ΔZ3=0.155 m。

渡槽進(jìn)口（樁號0+135.60）處的渠底高程為677.48 m，渡槽出口（樁號0+266.40）處的渠底高程為677.27 m?？紤]到下游原渠道壅水比較嚴(yán)重，下游渠道的水深按h2=3.0 m 設(shè)計，由下向上推演，其計算結(jié)果為：①槽箱出口(樁號0+243.40)處的槽底高程為677.34 m；②槽箱進(jìn)口（樁號0+152.60）處的槽底高程為677.397 m；③上游渠道（樁號0+135.60）處水深h1=2.944 m。④上游渠道壅水0.064 m，符合規(guī)范要求。

5 結(jié)語

重建渡槽方案設(shè)計簡單，技術(shù)成熟，風(fēng)險系數(shù)和施工難度較小，能充分利用灌溉閑歇時間，在拆除舊渡槽前，提前進(jìn)行基礎(chǔ)和排架施工，縮短了灌溉中斷時間，工期的安排上較為合理，投資較低?？偣て跒? 個月，總造價413.31 萬元。經(jīng)過近十幾年來的輸水灌溉，渡槽的輸水量和穩(wěn)定性均滿足相關(guān)要求，取得了較好的社會經(jīng)濟(jì)效益。