落地式渡槽在山區(qū)塌陷渠段中的應(yīng)用

楊 軍

（邵陽(yáng)市大圳灌區(qū)管理局，湖南 邵陽(yáng) 422000）

1 落地式渡槽簡(jiǎn)述

渡槽是輸送水流跨越河渠、道路、山?jīng)_、谷口等的架空輸水建筑物，在農(nóng)田灌溉、城鎮(zhèn)生活用水、工業(yè)用水、跨流域調(diào)水等工程中廣泛應(yīng)用。

渡槽由槽身、支承結(jié)構(gòu)、基礎(chǔ)及進(jìn)出口建筑物等部分組成。渡槽的類型，一般是指輸水槽身及其支承結(jié)構(gòu)的類型。槽身及支承結(jié)構(gòu)的類型各式各樣，所用材料又有不同，施工方法也各異，因而分類方式甚多。

落地式渡槽是指無(wú)下部架空支承結(jié)構(gòu)，槽身直接座落在地面基礎(chǔ)上，槽身縱向彈性受力。由槽身、基礎(chǔ)及進(jìn)出口漸變段等部分組成的一種渡槽型式。

2 灌區(qū)概況

2.1 自然地理

大圳灌區(qū)位于湖南省邵陽(yáng)市西部，界于資水上游支流夫夷水與赧水之間的高臺(tái)地帶。灌區(qū)范圍包括邵陽(yáng)市的新寧、武岡、洞口、隆回、邵陽(yáng)5 縣（市）的30 個(gè)鄉(xiāng)（鎮(zhèn)）379 個(gè)行政村，是歷史上有名的“衡邵干旱走廊”的一部分。灌區(qū)國(guó)土面積2 680 km2，設(shè)計(jì)灌溉面積53.56 萬(wàn)畝，是一處以灌溉為主，兼有防洪、發(fā)電等綜合效益的大型灌區(qū)工程。灌區(qū)在海拔600 余米高的夫夷水支流麻林河修建大圳水庫(kù)為母庫(kù)，總干渠沿夫夷水與赧水之間的分水嶺越峪飛溝，穿山劈嶺，蜿蜒前進(jìn)。

2.2 地 形

灌區(qū)地勢(shì)大致西南高、東北低，自新寧石門以上為山區(qū)，其他均屬丘陵區(qū)，占90%以上，崗巒起伏，地形變化大。灌區(qū)內(nèi)海拔高程一般為300～500 m，最低亦在250 m 以上。因而，全灌區(qū)自流灌溉面積達(dá)98%以上。

2.3 地 質(zhì)

灌區(qū)大地構(gòu)造位于江南地盾之南，閩浙地盾之北，屬華夏古陸江南淮地槽區(qū)加里東褶皺帶，區(qū)內(nèi)西—西南部為前泥盆系地層構(gòu)成的雪峰山、越成嶺等大背斜，形成高山地帶，往東則為古生帶、新生代、第四系沉積碎屑巖組成所構(gòu)成的復(fù)式向斜，形成起伏的丘陵及山間盆地。灌區(qū)主要在本構(gòu)造單元之內(nèi)，背斜及斜軸方向?yàn)椤氨?北東”，構(gòu)造線方向?yàn)椤氨睎|-北北東”，構(gòu)造上褶皺為主，斷裂次之。向斜區(qū)出露地層，主要為泥盆、石炭、二疊、三疊、第四系等地層，巖性上大部分為砂頁(yè)巖、石灰?guī)r、泥灰?guī)r，少量炭質(zhì)頁(yè)巖、煤組等碎屑沉積巖石。

受構(gòu)造控制，本灌區(qū)渠線多橫切巖層走向，由于灰?guī)r溶蝕及砂頁(yè)巖風(fēng)化，極易產(chǎn)生滲漏坍滑、塌陷等不利工程地質(zhì)現(xiàn)象。本次改造渠段大部分渠線經(jīng)過(guò)灰?guī)r、頁(yè)巖地區(qū)，溶洞、溶槽多，裂隙發(fā)育，巖石風(fēng)化嚴(yán)重，滲透性強(qiáng)，穩(wěn)定性差。

3 結(jié)構(gòu)型式

3.1 槽身的型式

為確保落地式渡槽不影響渠系原設(shè)計(jì)過(guò)水能力，同時(shí)渠系的總體水面線是確定的，因此在落地式渡槽槽身斷面的選擇上一般采用原塌陷渠段原有斷面型式或與之接近斷面，渡槽底坡一般也采用塌陷渠段原渠底坡降或?qū)ζ陆颠M(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，從而確保渠道過(guò)流能力及水面線基本不變。圖1 是東風(fēng)干渠1+647～1+696塌陷渠段半邊落地式渡槽施工處理斷面對(duì)比圖。

圖1 東風(fēng)干渠1+647～1+696 塌陷渠段半邊落地式渡槽施工處理斷面對(duì)比圖

3.2 落地式渡槽的結(jié)構(gòu)布置

落地式渡槽與其它常規(guī)渡槽一樣也由槽身、基礎(chǔ)及進(jìn)出口漸變段等部分組成，只是少了支承結(jié)構(gòu)，渡槽槽身直接落在地面及地面基礎(chǔ)上。因落地式渡槽槽身過(guò)水?dāng)嗝媾c原渠道過(guò)水?dāng)嗝嫘褪交疽恢?，因此，其進(jìn)出口段銜接較平順，水流條件較好。只有這樣才能保證渡槽的過(guò)水能力及水面線等與原設(shè)計(jì)基本一致。

落地式渡槽必須分跨設(shè)計(jì)，每跨長(zhǎng)度一般為5～8 m，跨與跨之間的連接部位必須進(jìn)行止水處理?？玳g連接處設(shè)置伸縮縫，同時(shí)必須采用防滲漏處理措施。一般使用銅片、橡膠等各種止水帶，或采用防滲油膏煮石棉繩等填縫處理措施。伸縮縫處理在大圳總干49+975～50+015 塌陷渠道見(jiàn)圖2。

圖2 伸縮縫大樣圖

落地式渡槽基礎(chǔ)設(shè)置在上、下游連接段和渡槽分跨連接段，在一些地質(zhì)條件差的渠段除在渡槽分跨連接段設(shè)置基礎(chǔ)外，還在跨間增設(shè)渡槽基礎(chǔ)，避免渡槽受地基沉降破壞。渡槽基礎(chǔ)分類同一般常規(guī)渡槽，也根據(jù)埋深分為淺基礎(chǔ)和深基礎(chǔ)。埋置深度小于5 m 的為淺基礎(chǔ)，大于5 m 的為深基礎(chǔ)。渡槽中的淺基礎(chǔ)，常采用剛性基礎(chǔ)和柔性基礎(chǔ)。深基礎(chǔ)常采用樁基或沉井。云里坳倒虹吸出口總干渠12+520 樁號(hào)段采用的就是端承樁基礎(chǔ)，采用人工挖孔成樁，樁基深度至持力層。大圳灌區(qū)總干渠9+700～9+780 石門隧洞出口塌陷渠段采用的就是淺基礎(chǔ)中的剛性基礎(chǔ)，見(jiàn)圖3。

圖3 渡槽混凝土淺基礎(chǔ)設(shè)計(jì)圖

3.3 渡槽的結(jié)構(gòu)計(jì)算

落地式渡槽的計(jì)算僅需要對(duì)槽身結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)承載能力兩部分進(jìn)行計(jì)算。

槽身結(jié)構(gòu)計(jì)算是根據(jù)支承形式，跨寬比及跨高比的大小以及槽身橫斷面型式等的不同，槽身應(yīng)力狀態(tài)與計(jì)算方法也不相同。落地式渡槽在設(shè)計(jì)中縱向可按彈性地基梁理論進(jìn)行計(jì)算，橫向可按渡槽常用的計(jì)算方法計(jì)算內(nèi)力及應(yīng)力。

基礎(chǔ)承載能力主要進(jìn)行淺基礎(chǔ)的基底壓應(yīng)力驗(yàn)算和渡槽基礎(chǔ)的沉降計(jì)算。

由于落地式渡槽不設(shè)下部架空支撐結(jié)構(gòu)，因此可簡(jiǎn)化槽身的整體穩(wěn)定性驗(yàn)算。

4 應(yīng)用場(chǎng)景

大圳歷年來(lái)采用落地式渡槽處理塌陷渠段的應(yīng)用有18 處，運(yùn)行最長(zhǎng)的30 年，至今所有落地式渡槽都運(yùn)行狀態(tài)良好。以下對(duì)3 處典型的落地式渡槽處理方案進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹。

1）東風(fēng)干渠樁號(hào)1+647～1+696 處

修建時(shí)間：1998 年12 月。

結(jié)構(gòu)型式：“L”型鋼筋混凝土半邊式落地渡槽。設(shè)計(jì)長(zhǎng)度49 m，每跨分縫長(zhǎng)度7 m，共7 跨?？玳g伸縮縫采用白鐵皮止水，且在外堤坡腳處設(shè)一擋土墻，長(zhǎng)50 m，擋墻采用M7.5 漿砌石砌筑。內(nèi)堤混凝土防滲標(biāo)號(hào)為C15,鋼筋混凝土槽身標(biāo)號(hào)為C20。結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖4。

圖4 東風(fēng)干渠樁號(hào)1+647～1+696 處橫斷面配筋圖

地質(zhì)情況：工程區(qū)為剝蝕低山地貌，山體陡峭，邊坡較陡。基巖為花崗巖，上部為花崗巖風(fēng)化殼，表層為全風(fēng)化，風(fēng)化層較大，主要成份為石英砂，厚度大，松散，基礎(chǔ)穩(wěn)定性較差。

運(yùn)行情況：良好。

2）大圳總干49+975～50+015 渠段

修建時(shí)間：1998 年12 月。

結(jié)構(gòu)型式：“L”型鋼筋混凝土半邊式落地渡槽。設(shè)計(jì)為5 跨，每跨長(zhǎng)8 m，渡槽全長(zhǎng)40 m。鋼筋支撐⑥沿橫斷面均勻布7 支，斜墻4 支，底板3 支，沿縱向等距為1 m 布置，混凝土采用C20，鋼筋保護(hù)層均為2 cm。結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖5。

圖5 大圳總干49+975～50+015 渠段橫斷面配筋圖

地質(zhì)情況：工程區(qū)為剝蝕低山地貌，山體陡峭，邊坡較陡。渠道內(nèi)邊為石灰?guī)r，渠堤為素填土及殘坡積土。加固前，渠堤已出現(xiàn)開裂滑坡險(xiǎn)情。

運(yùn)行情況：目前運(yùn)行情況良好。

3）大圳總干9+700～9+780 渠段

修建時(shí)間：1998 年12 月。

結(jié)構(gòu)型式：鋼筋混凝土全斷面落地渡槽加固。加固總長(zhǎng)度80 m，設(shè)計(jì)為10 跨，每跨長(zhǎng)8 m，圖中⑤為鋼筋支撐，沿橫斷面內(nèi)外斜墻分布5 根，底板2 根，沿縱向長(zhǎng)度以間距1 m 布置，混凝土采用C20。結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖6。

圖6 大圳總干9+700～9+780 渠段橫斷面配筋圖

地質(zhì)情況：工程區(qū)為剝蝕低山地貌，山體陡峭，邊坡較陡?；鶐r為石灰?guī)r，灰?guī)r溶蝕風(fēng)化嚴(yán)重，地基穩(wěn)定性較差。

運(yùn)行情況：目前運(yùn)行情況良好。

5 結(jié) 論

落地式渡槽是處理塌陷渠道險(xiǎn)情的一種較好方法，從大圳灌區(qū)運(yùn)行情況來(lái)看，以上3 處已建成落地式渡槽，經(jīng)過(guò)近25 年的運(yùn)行，運(yùn)行狀況良好。該處理方案主要優(yōu)越性體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，施工方便，且穩(wěn)定性好。

2）設(shè)計(jì)不需要復(fù)雜的理論計(jì)算，很適合基層普通技術(shù)人員應(yīng)用。

3）造價(jià)低，基本保持原渠道過(guò)流能力及水力特性，不需要大的土石方開挖及填筑，對(duì)地表破壞較少，不會(huì)造成水土流失，具有較好環(huán)保性等特點(diǎn)。