南水北調(diào)中線一期工程南葦溝排水涵洞設(shè)計(jì)要點(diǎn)

孫 靜

南水北調(diào)中線一期工程河北省永年縣段總干渠設(shè)計(jì)流量230m3/s，加大流量250m3/s，采用明渠自流輸水方案。南葦溝排水涵洞為南水北調(diào)中線一期工程總干渠左岸排水建筑物，涵洞軸線與總干渠中心線為斜交布置，交叉角度為60°，涵洞為無(wú)壓洞，通過(guò)水力優(yōu)化設(shè)計(jì)，采用了無(wú)壓陡坡涵洞設(shè)計(jì)方案，減小了結(jié)構(gòu)斷面，并使洞內(nèi)流態(tài)穩(wěn)定，避免了明滿流交替現(xiàn)象的發(fā)生；在進(jìn)、出口洞身設(shè)置截滲齒墻，在管頂上方和總干渠渠底之間鋪設(shè)土工格柵，增加結(jié)構(gòu)可靠性和安全性，確保工程運(yùn)行安全。

1.技術(shù)特色

南葦溝排水涵洞由進(jìn)口段、洞身段、出口段及上、下游河道整治工程組成。

1.1 進(jìn)口段

進(jìn)口段包括進(jìn)口護(hù)砌段和進(jìn)口漸變段。進(jìn)口護(hù)砌段長(zhǎng)8.5m，梯形過(guò)水?dāng)嗝?，底?1.92m，邊坡坡比1∶2，漿砌石護(hù)砌，護(hù)砌厚度0.3m。進(jìn)口漸變段長(zhǎng) 31.5m，收縮角 12°，前 21.5m 為水平段，翼墻采用八字墻與圓弧翼墻相結(jié)合的布置型式；后10m 為斜坡段，坡比1：10.24。兩岸圓弧翼墻、八字墻及斜坡段翼墻均為鋼筋混凝土懸臂式擋墻。

1.2 洞身段

洞身段包括斜管段和直管段，管頂覆土厚度按不小于1.5m 控制。1～3#管節(jié)為斜管段，縱坡 1∶10.24，4～10#管節(jié)為直管段，縱坡1∶150，孔口尺寸3.2×3.2m（寬×高），共 3 孔，洞身分節(jié)長(zhǎng)度11.4～12m，共 10 節(jié) ，涵 洞 洞 身 總 長(zhǎng)118.2m。

1.3 出口段

出口段包括出口漸變段和出口護(hù)砌段。出口漸變段長(zhǎng)30m，漸變段擴(kuò)散角10°，兩岸翼墻采用八字墻與圓弧翼墻相結(jié)合的布置型式，翼墻為鋼筋混凝土懸臂式擋墻。出口護(hù)砌段長(zhǎng)46m，采用梯形過(guò)水?dāng)嗝?，兩?cè)邊坡坡比1∶2.0，漿砌石護(hù)砌，護(hù)砌厚度0.5m，前10m 為水平段，中間26m 為反坡段，抬升3.36m，坡比 1∶7.74，后 10m 為水平段。

1.4 上下游河道整治

為使進(jìn)出口護(hù)砌護(hù)砌與天然河道平順連接，進(jìn)出口底板依地勢(shì)接至天然河底，兩側(cè)河道進(jìn)行削坡、整平，整治段河道不再護(hù)砌。

2.技術(shù)成效與深度

2.1 排水涵洞軸線布置

排水涵洞軸線布置采用與總干渠中心線正交和斜交兩種布置形式。對(duì)無(wú)明顯河溝的，或與總干渠中心線正交的河溝均采用正交布置；對(duì)具有明顯水流趨勢(shì)的河溝，且與總干渠斜交的河溝一般采用順河道走向布置，斜交角不小于60°。南葦溝排水涵洞所處河溝與總干渠交叉處溝槽明顯，如采用正交布置，雖可減小涵洞洞身，節(jié)省洞身工程量，但上、下游需通過(guò)設(shè)置彎道與原河溝相接，會(huì)導(dǎo)致土方及上、下游防護(hù)的工程量增加，水流條件不好，確定排水涵洞軸線沿河溝自然走向布置。

2.2 水力設(shè)計(jì)

孔口尺寸確定原則為：排水涵洞各標(biāo)準(zhǔn)洪水均按無(wú)壓洞設(shè)計(jì)；常遇洪水情況下不惡化當(dāng)?shù)胤篮?、除澇條件；設(shè)計(jì)洪水、校核洪水時(shí)不影響總干渠防洪安全。

2.3 排水涵洞結(jié)構(gòu)型式

排水涵洞主要結(jié)構(gòu)型式有箱涵、圓涵、拱涵等。圓涵水流條件及受力條件較好，但其多孔組合時(shí)與進(jìn)出口銜接較難，大孔徑圓涵現(xiàn)場(chǎng)澆筑施工難度大；拱涵較適用于無(wú)壓涵洞，排水涵洞在不同洪水時(shí)洞內(nèi)流態(tài)從無(wú)壓變至有壓狀態(tài)，拱涵在內(nèi)水壓力作用下受力條件較差。箱涵與圓涵、拱涵相比，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，多孔組合時(shí)與進(jìn)出口銜接較容易，便于施工和工程量小等優(yōu)點(diǎn)。結(jié)合本工程的特點(diǎn)進(jìn)行綜合比較，洞身結(jié)構(gòu)型式選用箱涵。

2.4 排水涵洞工程布置

涵洞洞身段由斜管段和直管段組成，洞身進(jìn)口上抬至現(xiàn)狀河底高程，避免在涵洞進(jìn)口形成紊流區(qū)，改善了涵洞進(jìn)口流態(tài)，使水流平穩(wěn)順暢；按無(wú)壓涵洞設(shè)計(jì)，避免了洞內(nèi)出現(xiàn)明滿流交替現(xiàn)象，消除了明滿流交替時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)現(xiàn)象，保證了涵洞及總干渠的運(yùn)行安全。

2.5 排水涵洞滲控要求

為避免總干渠在排水涵洞處發(fā)生滲透破壞，在進(jìn)、出口洞身設(shè)置截滲齒墻，齒墻橫斷面為三角形,底寬為洞高的0.3 倍，齒墻兩端采用混凝土滿貼角，貼角沿管身縱向尺寸為洞高的0.15 倍，齒墻周圍0.6m 范圍內(nèi)回填高塑性土。洞頂以上至總干渠渠底回填高塑性土。

2.6 地基處理

涵洞洞身段基礎(chǔ)最大沉降量大于15cm，不滿足規(guī)范要求，基礎(chǔ)均為黏土層，有效厚度大，具中等壓縮性，同時(shí)地下水位較低，對(duì)施工基本無(wú)影響，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，采用強(qiáng)夯法對(duì)管身段地基及進(jìn)出口擋墻地基進(jìn)行處理。夯錘錘重20t，錘底直徑5m，落距10m；夯擊3遍，累計(jì)夯擊12 次，夯實(shí)處理后對(duì)表土進(jìn)行整平處理。

2.7 總干渠渠道沉降控制

為避免洞身以上總干渠渠道發(fā)生不均勻沉陷而導(dǎo)致其結(jié)構(gòu)破壞，在管頂上方和總干渠渠底之間鋪設(shè)2 層土工格柵，規(guī)格為TGSG3030PP，間距0.5m，下層土工格柵距管頂0.5m，邊墻兩側(cè)各伸出10m。

2.8 安全監(jiān)測(cè)

為總干渠運(yùn)用管理及調(diào)度提供可靠的信息，為正常安全運(yùn)行服務(wù)，驗(yàn)證科學(xué)研究和設(shè)計(jì)成果的正確性，為水工設(shè)計(jì)理論和監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展積累資料，對(duì)南葦溝排水涵洞設(shè)置綜合安全監(jiān)測(cè)設(shè)施。監(jiān)測(cè)項(xiàng)目包括沉降觀測(cè)、基礎(chǔ)滲流監(jiān)測(cè)和人工巡視檢查。通過(guò)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，工程各部位運(yùn)行情況良好，達(dá)到預(yù)期的設(shè)計(jì)目標(biāo)。

3.結(jié)語(yǔ)

工程實(shí)施后，運(yùn)行良好，有效解決了總干渠建成后南葦溝排水的問(wèn)題，保證了總干渠的運(yùn)行安全，同時(shí)對(duì)改善當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境、維護(hù)社會(huì)穩(wěn)定起到重要作用。