燈塔灌區(qū)東沙滸渡槽拆除重建工程設(shè)計方案分析

張 帥

(撫順市水利勘測設(shè)計研究院有限公司，遼寧 撫順 113000)

燈塔灌區(qū)位于遼寧省中部，遼陽市的東北部，北沙河以東，太子河以北?？偯娣e420km2，占全縣總面積(1331 km2)的31.6%。東沙滸渡槽位于燈塔灌區(qū)一分干上，全長350m，設(shè)計流量2.46 m3/s，工程等別為Ⅴ級，建筑物級別為5級。

1 工程概況

1.1 工程現(xiàn)狀

東沙滸渡槽始建于1976年，現(xiàn)狀為重力墩基礎(chǔ)連續(xù)梁式矩形渡槽，進(jìn)出口采用漿砌石擋土墻，進(jìn)口漸變段長6.0m，底寬為2.2-1.8m，出口漸變段長8.0m，底寬為1.8-2.2m。槽身為帶拉桿矩形渡槽，單跨8.0m，共42跨，槽身段長8.0 m /跨×42跨=336.0m，槽身凈寬1.8m，凈高為1.7m，側(cè)墻厚度0.15m，底板厚度0.15m，槽頂設(shè)置拉桿，尺寸為0.2m×0.2m，間距為2.0m。渡槽下部為重力式槽墩，槽墩由墩帽、墩身和基礎(chǔ)三部分組成，墩帽為混凝土結(jié)構(gòu)，長2.4m，寬1.0m，高0.6m，墩身為漿砌石結(jié)構(gòu)，長2.2m，寬0.8m，高0.7m-3.2m，基礎(chǔ)為漿砌石結(jié)構(gòu)擴(kuò)大基礎(chǔ)，長3.2m，寬2.0m，高0.8m。工程運行38a來基本上保證了灌區(qū)范圍內(nèi)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的要求，但是由于當(dāng)初工程施工條件差，影響了工程質(zhì)量，加之多年的運行，渡槽現(xiàn)狀已出現(xiàn)不同程度破損，槽身漏水嚴(yán)重，墩身漿砌石風(fēng)化，墩身基礎(chǔ)沉降等灌區(qū)每年都需要投入大量的資金進(jìn)行維修，嚴(yán)重影響了工程的正常運行，灌區(qū)灌溉生產(chǎn)難以保證，工程急需改造。

1.2 工程地質(zhì)情況

燈塔灌區(qū)地處遼東山丘區(qū)，高程為30m以上，以西為平原區(qū)，其高程為20m左右。地形總的趨勢是東北向西南傾斜，地面比降為1/80--1/1000。按不同地形、地貌與地層巖性分為Ⅰ、Ⅱ兩區(qū)。

Ⅰ區(qū)：處于太子河床，包括渠首工程及灌區(qū)渠首進(jìn)水閘出口至官屯倒虹吸進(jìn)口段。

Ⅱ區(qū)：官屯倒虹吸出口-八支渠進(jìn)水口。

I區(qū)呈“U”型堆積河谷，地形微具起伏。壩址東部及北部為巖石裸露的低山五陵，南部較開闊。

Ⅱ區(qū)地貌分層單一，為渾太沖積平原，地形微具起伏。地層巖性為粉質(zhì)黏土，該層分布較均勻，呈黃褐色，較深。

本次渠系改建工程全部位于Ⅰ、Ⅱ區(qū)。

粉質(zhì)黏土：呈黃褐色、濕、硬塑狀態(tài)，具中等壓縮性。探坑深度內(nèi)為穿透此層。

黏土：呈黃褐色、濕、硬塑狀態(tài)，具中等壓縮性。

2 渡槽設(shè)計

2.1 改造方案

東沙滸渡槽擔(dān)負(fù)著下游1133hm2農(nóng)田的灌溉任務(wù)，每年5-10月灌區(qū)統(tǒng)一進(jìn)行放水灌溉，灌溉期間不能斷水，11月末-3月初，遼陽地區(qū)進(jìn)入冬季，混凝土工程無法正常施工，導(dǎo)致渡槽的正常施工期只有3個月。若選擇現(xiàn)澆混凝土施工，需要采取混凝土冬季施工措施，既增大了施工難度和施工費用，也很難保證施工質(zhì)量和施工進(jìn)度；若選擇在原渡槽旁邊新建，工期可以滿足施工要求，但是無法解決渡槽新址的永久征占地問題[1]。

根據(jù)現(xiàn)場實際，本次東沙滸渡槽選擇在原址拆除重建，渡槽槽身采用懸臂側(cè)墻式帶拉桿矩形槽，支撐結(jié)構(gòu)選擇預(yù)制裝配式排架，基礎(chǔ)采用現(xiàn)澆杯口擴(kuò)大基礎(chǔ)。新建渡槽設(shè)計流量2.46 m3/s，工程等別為Ⅴ，建筑物級別為5級，槽身凈寬1.8m，槽身凈高1.7m，渡槽全長352.0m，比降為1:1000，槽身為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，長10.0m/跨×34跨=340.0m，進(jìn)口漸變段長5.0m，底寬為2.2m-1.8m，出口漸變段長7.0m，底寬為1.8m-2.2m，槽身兩側(cè)與渠道連接采用鋼筋混凝土式擋土墻連接。渡槽槽身采用懸臂側(cè)墻式矩形槽，槽身側(cè)墻為等厚度壁，壁厚為200mm，頂部設(shè)置拉桿，拉桿截面尺寸為200mm×200mm，間距2.0m，底板厚為200mm。側(cè)墻與底板澆筑成整體，側(cè)墻地緣低于底板地面200mm；在側(cè)墻和底板的連接處加設(shè)貼角，以減少轉(zhuǎn)角處的集中應(yīng)力。渡槽下部結(jié)構(gòu)采用預(yù)制裝配式排架和杯口基礎(chǔ)，排架柱在橫槽向為雙根排架柱，高度最低2.5m，最高4.5m，柱橫截面尺寸600mm×600mm；柱頂澆筑蓋梁，蓋梁長2.62m，寬0.8m，厚0.5m；杯口基礎(chǔ)長4.5m，寬2.5m，高1.2m。渡槽槽身、排架和基礎(chǔ)均采用強(qiáng)度為C30的商品混凝土，抗?jié)B標(biāo)號為W4，抗凍標(biāo)號為F200。

2.2 水利設(shè)計

渡槽上游渠道的設(shè)計水深1.25m，渡槽進(jìn)出口全長352.0m，其中槽身長度為340.0m，槽身長度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于進(jìn)口前渠道水深20倍，槽中水流按明渠均勻流公式計算：

(1)

式中：L為渡槽長度(m)，340m；h0為渡槽上游渠道(進(jìn)口漸變段前)正常水深，m，1.25m；Q為渡槽設(shè)計流量，2.46 m3/s；w為渡槽過水?dāng)嗝婷娣e，m2；B為槽身寬度，1.8m；R為水力半徑，m；i為槽底比降，1∶1000；n為槽身糙率，0.014。

東沙滸渡槽過流能力計算見表1。

表1 東沙滸渡槽過流能力計算

假設(shè)槽身凈寬度B=1.8m，經(jīng)計算，滿足設(shè)計流量Q=2.46m3/s要求，此時槽內(nèi)流速V=1.37m/s；當(dāng)通過加大流量時，水深1.20m，經(jīng)計算，可通過最大流量Q=3.13m3/s，大于規(guī)劃加大流量3.07m3/s，滿足要求，此時槽內(nèi)流速V=1.45m/s，因此確定槽身凈寬度B=1.8m。

矩形斷面渡槽側(cè)墻高計算：H=max﹛13/12h+0.05，h加+0.1﹜

根據(jù)《渠系建筑物-2015》規(guī)范要求，矩形斷面渡槽槽身頂部超高可取通過設(shè)計流量時槽內(nèi)水深的1/12加5cm，通過加大流量時槽中水面與拉桿底部高差不應(yīng)小于0.1m，墻高取兩者數(shù)值大的，經(jīng)計算，渡槽槽身側(cè)墻凈高H進(jìn)=1.40m，但是，東沙滸渡槽下游有1座節(jié)制閘，灌溉期間用以調(diào)節(jié)節(jié)制閘上游水位，滿足支閘進(jìn)水，節(jié)制閘運行壅高東沙滸渡槽槽內(nèi)水位24cm。綜合考慮，本次設(shè)計槽身側(cè)墻高取1.7m。

渡槽總水頭損失可按下列公式計算：

渡槽進(jìn)口段水頭損失：

Z1=(1+ξ1)(v2-v12)/2g

(2)

式中：Z1為進(jìn)口段水頭損失，m；ζ1為進(jìn)口段局部水頭損失系數(shù)，可根據(jù)進(jìn)口漸變段形式查得，0.30；v為糟內(nèi)平均流速，m/s。

槽身段水頭損失：

Z2=iL

(3)

式中：Z2為槽身段水頭，m。

渡槽出口段水頭損失：

Z3=(1+ξ2)(v2-v12)/2g

(4)

式中：Z3為出口段水頭損失，m；ζ2為出口段局部水頭損失系數(shù)，可根據(jù)出口漸變段形式查得，0.50。

渡槽總水頭損失：

Z=Z1+Z2-Z3

(5)

式中：Z為渡槽總水頭損失，m，應(yīng)等于或小于渠系分配的水頭損失值。

東沙滸渡槽總水頭損失計算見表2。

表2 東沙滸渡槽總水頭損失計算

續(xù)表2 東沙滸渡槽總水頭損失計算

經(jīng)計算，東沙滸渡槽總水頭損失0.497m，小于渠系分配的水頭損失值0.5，滿足設(shè)計要求。

渡槽進(jìn)出口槽底高程確定：

根據(jù)燈塔灌區(qū)渠系規(guī)劃渠底高程，上游渠道渠底高程為▽3=47.86m，根據(jù)規(guī)范公式計算確定進(jìn)出口高程。

渡槽進(jìn)口槽身底部高程▽1按下列公式計算：

▽1=▽3+h1+Z1-h

(6)

式中：▽3為進(jìn)口漸變段前上游渠底高程，m；h1、h為渡槽通過設(shè)計流量時相應(yīng)的上游渠道水深及槽內(nèi)水深，m。

東沙滸渡槽出口槽身底部高程▽2按下列公式計算：

▽2=▽1-iL

(7)

式中：i為槽底比降，1/1000；L為渡槽長度，340m。

東沙滸渡槽進(jìn)出口底高程計算見表3及表4。

表3 東沙滸渡槽進(jìn)口槽底高程計算

表4 東沙滸渡槽出口槽底高程計算

經(jīng)計算，確定入口槽底高程48.00m，出口槽底高程47.65m，滿足渡槽過水要求。東沙滸渡槽為小型渡槽，不對加大流量時的水面銜接進(jìn)行驗算。

3 施工組織

3.1 施工交通

工區(qū)域附近有一國防路、沈營公路等國道通過，另外附近鄉(xiāng)級公路很多，對外交通比較方便。上述路網(wǎng)和鄰近農(nóng)道及原堤頂路構(gòu)成進(jìn)出場的交通網(wǎng)，只需在局部位置鋪筑3m寬臨時路即可，鋪筑路面為20cm厚砂石。

3.2 施工布置

根據(jù)東沙滸渡槽地形環(huán)境，在渡槽的左側(cè)臨時占地5100m2，分別布置鋼筋加工廠、預(yù)制構(gòu)件加工廠、預(yù)制構(gòu)件存放場、臨時倉庫、臨時堆料場等。

3.3 主體工程施工

鋼筋混凝土拆除：采用1.0m3挖掘機(jī)配合8t自卸汽車運至3km以外棄渣場。

漿砌石拆除：采用1.0m3挖掘機(jī)拆除清理，88kW推土機(jī)推運，8t自卸汽車運至3km以外棄渣場。

土方開挖：用于回填部分用1m3挖掘機(jī)挖土，就近堆放暫存。

土方回填：采用74kW推土機(jī)推運土方，刨毛機(jī)刨毛，74kW拖拉機(jī)壓實土料， 2.8kW蛙式打夯機(jī)補(bǔ)邊夯實，回填土方分層推鋪壓實。

預(yù)制混凝土施工：預(yù)制混凝土主要是渡槽槽身和排架的預(yù)制。

所有混凝土預(yù)制件均在混凝土預(yù)制廠預(yù)制。預(yù)制件制作按設(shè)計要求及有關(guān)規(guī)定執(zhí)行?；炷翝仓?，認(rèn)真檢查鋼筋及預(yù)埋件的規(guī)格、數(shù)量、位置。驗收合格后方可澆筑[2]。

每個槽身和排架澆筑成型一次完成，澆筑時采用手持式軟軸振搗器振搗密實。預(yù)制件表面平整光滑，無蜂窩麻面，與外圍混凝土接觸面鑿毛處理。模板采用鋼模，每種鋼模根據(jù)進(jìn)度要求確定套數(shù)，周轉(zhuǎn)使用。每次拆模后對鋼模及時清除污物，立模時刷脫模劑[3]。

構(gòu)件澆筑完畢后，灑水養(yǎng)護(hù)：構(gòu)件用油漆或墨汁標(biāo)注生產(chǎn)日期、標(biāo)號、型號、構(gòu)件編號等；預(yù)制混凝土澆筑的成型偏差遵守GB 50204—2002規(guī)定。

構(gòu)件在移位堆放或安裝時，其強(qiáng)度不低于設(shè)計強(qiáng)度75%，小心裝卸防止出現(xiàn)裂縫或者碰損掉角；一端撬起的高度限制在2cm以內(nèi)，先松后撬，邊撬邊墊，防止構(gòu)件開裂；構(gòu)件移位方法和吊點支撐位置，應(yīng)符合構(gòu)件的受力情況，防止損傷。

預(yù)制構(gòu)件在出廠前進(jìn)行驗收，驗收合格后方能出廠安裝。構(gòu)件應(yīng)按施工圖紙或監(jiān)理工程師的指示進(jìn)行安裝，安裝前，應(yīng)使用儀器校核支撐結(jié)構(gòu)的尺寸和高程，并在支撐結(jié)構(gòu)上標(biāo)出中心線和標(biāo)高。預(yù)制混凝土構(gòu)件的安裝位置，須經(jīng)校正無誤后，方可焊接或灌注接縫混凝土，焊接質(zhì)量應(yīng)符合規(guī)定，灌縫的砂漿或混凝土不得低于構(gòu)件混凝土強(qiáng)度等級。預(yù)制混凝土構(gòu)件的安裝偏差，不得超過GB50204-2002中的規(guī)定[4]。

止水施工：槽身止水為橡膠止水帶和可更換止水。橡膠止水帶采用帶兩道遇水膨脹的止水帶，在混凝土澆筑之前必須安裝好；可更換止水是在混凝土澆筑時在伸縮縫處預(yù)留槽和預(yù)埋螺栓，混凝土澆筑后再安裝U形止水帶。

3.4 施工進(jìn)度

東沙滸渡槽施工進(jìn)度安排為：5月下旬施工準(zhǔn)備；6月施工隊正式進(jìn)場；6-9月進(jìn)行預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)；待當(dāng)年的灌溉任務(wù)結(jié)束，9月初-9月中旬，將原渡槽拆除；9月中下旬，基礎(chǔ)開挖完畢；10月杯口基礎(chǔ)及進(jìn)出口邊墩澆筑完畢；第二年的3月中旬，預(yù)制裝配式排架吊裝完畢；4月中旬，槽身吊裝完畢；4月下旬，進(jìn)出口混凝土澆筑完成；5月渡槽通水灌溉。

4 結(jié) 語

東沙滸渡槽始建于1976年，擔(dān)負(fù)著下游1.7萬畝農(nóng)田的灌溉任務(wù)，至今已運行40年，存在槽身漏水、漿砌石墩裂縫、基礎(chǔ)沉降等諸多問題，無法保證渡槽下游的農(nóng)田生產(chǎn)，每年灌溉期間都需要投入大量資金對其進(jìn)行維修和重點部位加固，既不利于社會穩(wěn)定，同時存在一定的安全隱患。

東沙滸渡槽拆除重建工程在原址拆除重建，無需增加永久占地；基礎(chǔ)采用擴(kuò)大杯口基礎(chǔ)，預(yù)制裝配式排架和預(yù)制槽身，施工時利用吊車吊裝，節(jié)省工期，不會影響灌區(qū)的通水和農(nóng)民的日常生活生產(chǎn)。工程的設(shè)計理念和施工方案對同類工程具有一定的借鑒意義。