韶山灌區(qū)現(xiàn)代化改造中楠竹長虹渡槽拆除重建方案分析

郭 妍

（湖南省韶山灌區(qū)工程管理局,湖南 湘潭 411100）

1 工程概況

韶山灌區(qū)是我國南方補充灌溉地區(qū)的一個典型的以大型水源工程為骨干,以庫塘壩為基礎(chǔ),“長藤結(jié)瓜”,蓄、引、提相結(jié)合的水利灌溉系統(tǒng),楠竹長虹渡槽是灌區(qū)內(nèi)渡槽之一,始建于1965 年,渡槽總長 541 m,其中進(jìn)、出口連接段長均為10 m,槽身段長 521 m,渡槽槽身段為雙懸臂結(jié)構(gòu),槽身標(biāo)準(zhǔn)段長24 m,排架柱間距為12 m,每側(cè)懸臂長6 m,渡槽排架柱采用200 #混凝土澆筑,槽身采用 200#混凝土矩形槽結(jié)構(gòu)[1],渡槽整體結(jié)構(gòu)見圖1。楠竹長虹渡槽原設(shè)計流量9.5 m3/s。渡槽竣工運行至今長達(dá) 55 年,已超過設(shè)計使用年限。由于當(dāng)時的經(jīng)濟(jì)條件以及建筑材料的限制,渡槽排架柱及槽身采用的是低標(biāo)號鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),槽身的混凝土等級也只有 200#。目前排架柱、槽身混凝土均有不同程度破損,槽身錯位,混凝土碳化現(xiàn)象普遍,止水帶處漏水嚴(yán)重,存在較大安全隱患。在湖南省韶山灌區(qū)“十四五”續(xù)建配套與現(xiàn)代化改造,韶山灌區(qū)工程管理局會同設(shè)計單位對楠竹長虹渡槽進(jìn)行了安全鑒定,鑒定結(jié)論為“四類渡槽”,需拆除重建,本文根據(jù)楠竹長虹渡槽安全鑒定結(jié)果,提出了渡槽拆除重建的方案。

圖1 渡槽整體結(jié)構(gòu)圖

2 渡槽鑒定情況

2.1 現(xiàn)場調(diào)查評價情況

設(shè)計單位通過對楠竹長虹渡槽現(xiàn)場調(diào)查,得到以下結(jié)論：（1）楠竹長虹渡槽整體運行狀態(tài)良好,排架柱整體狀態(tài)良好,個別排架柱柱體、橫梁上有小面積混凝土剝落及露筋；（2）槽身整體狀態(tài)良好,局部槽壁有大量附著物,箱段伸縮縫處局部有混凝土大面積破損；（3）過水面部位局部出現(xiàn)混凝土磨損嚴(yán)重及骨料外露現(xiàn)象,個別槽箱左右有延渡槽縱向的較大裂縫,裂縫狀態(tài)較為明顯；（4）個別槽箱出現(xiàn)左右方向或者上下方向的錯位,個別箱段錯位較為明顯,箱體止水帶運行狀態(tài)良好,個別止水帶破損脫落；（5）人行橋橋面混凝土麻面嚴(yán)重 ,骨料外露,欄桿老化嚴(yán)重,個別欄桿底部出現(xiàn)露筋,多數(shù)橋面出現(xiàn)橫向裂縫或者裂紋。渡槽現(xiàn)場檢查情況見圖 2。

圖2 楠竹長虹渡槽現(xiàn)狀

2.2 質(zhì)量檢測評價情況

通過現(xiàn)場對渡槽槽深結(jié)構(gòu)、排架結(jié)構(gòu)混凝土強度檢測,鋼筋保護(hù)層厚度檢測得到以下檢測結(jié)論：（1）混凝土回彈強度質(zhì)量檢測全部滿足設(shè)計指標(biāo)要求；（2）所測槽箱位置的碳化深度值小于鋼筋保護(hù)層厚度,排架柱柱體混凝土碳化深度值基本大于鋼筋保護(hù)層厚度,排架柱橫梁混凝土碳化深度值基本大于鋼筋保護(hù)層厚度；（3）所測槽箱側(cè)壁鋼筋間距大部分滿足設(shè)計指標(biāo),排架柱柱體及橫梁鋼筋間距平均值在197 mm~264 mm之間,大部分?jǐn)?shù)值超出鋼筋間距的設(shè)計指標(biāo)。

2.3 安全復(fù)核評價情況

通過洪水復(fù)核、流量復(fù)核以及結(jié)構(gòu)計算復(fù)核,得到以下結(jié)論：（1）渡槽的洪水標(biāo)準(zhǔn)符合《水利水電工程等級劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)范要求；（2）渡槽滿足《灌溉與排水工程設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50288-2018）規(guī)定的槽下凈空高度要求；（3）加大流量下,渡槽的安全超高超過渡槽的凈深,渡槽過流能力不滿足規(guī)范要求[2]；（4）槽身橫向結(jié)構(gòu)配筋不滿足規(guī)范要求,側(cè)墻滿足抗裂驗算,底板截面裂縫開展寬度不滿足要求；（5）槽身縱向結(jié)構(gòu)配筋不滿足規(guī)范要求,抗裂及撓度驗算滿足要求；（6）排架立柱縱向配筋驗算滿足要求,頂梁下側(cè)配筋驗算滿足要求,頂梁上側(cè)配筋直徑偏小,不滿足要求；中間梁下側(cè)配筋驗算滿足要求,中間梁上側(cè)配筋驗算不滿足要求,頂梁和中梁的抗裂驗算均不滿足要求,立柱和中梁的裂縫寬度滿足要求,頂梁的裂縫寬度滿足要求。

2.4 工程安全綜合評價與建議

根據(jù)《渡槽安全評價導(dǎo)則》,結(jié)合各分項評定結(jié)論,對渡槽安全進(jìn)行綜合評價,綜合分析渡槽工程地質(zhì)條件、現(xiàn)場安全檢查、工程質(zhì)量、運行管理、防洪標(biāo)準(zhǔn)、結(jié)構(gòu)安全性評價,建議評定渡槽安全類別為“四類渡槽”,需對渡槽拆除重建。

3 渡槽重建方案

3.1 地形地質(zhì)條件

工程區(qū)地貌為丘陵間沖積平原類型,地勢起伏不大,沖積平原呈條帶狀近南北向展布,地形平緩,地面高程41.1 m~45.8 m。1 條小河從平原區(qū)中部穿過,河寬約 40 m,河底高程約37.5 m,進(jìn)口段山坡為緩坡類型,地面高程49.3 m~53.1 m,出口段地形相對較陡,呈斜坡~陡坡類型,地面高程45.5 m~70.5 m。渡槽槽墩地質(zhì)情況描述如下：

（1）基礎(chǔ)坐落在強風(fēng)化砂礫巖上的有1 號~3 號槽墩,24號槽墩、39 號~41 號槽墩。地基土質(zhì)量良好,基本能滿足工程要求。

（2）槽墩基礎(chǔ)坐落在可塑狀態(tài)低液限黏土的有4號~7號、27 號~37 號槽墩?？伤軤顟B(tài)的低液限黏土承載力基本能滿足要求,通常具有中等壓縮性,在上部荷載作用下會產(chǎn)生一定的沉降變形。

（3）槽墩基礎(chǔ)坐落在軟塑～流塑狀態(tài)低液限黏土或淤泥質(zhì)土的有8號~14號。該類型的地基土有機(jī)質(zhì)含量高,濕～很濕,呈軟塑狀態(tài)為主,局部呈流塑狀態(tài),具有較低承載力和高壓縮性,工程性質(zhì)不良,不能滿足工程要求,并且其處理措施也不當(dāng),導(dǎo)致工程運行過程出現(xiàn)較大沉降,致使上部結(jié)構(gòu)出現(xiàn)拉裂現(xiàn)象。

（4）槽墩基礎(chǔ)坐落在砂礫石層上的有15號~20號、26號。均位于主河槽及左岸漫灘上,質(zhì)地不均,普遍含有大量淤泥質(zhì)土和有機(jī)質(zhì),該層沉積年代不長,結(jié)構(gòu)松散,具有中等~高壓縮性,再者由于地基土不均,可能存在不均勻沉降,致使基礎(chǔ)發(fā)生傾斜等情形。

（5）25號槽墩地基土不純,其中1/3基底為砂礫巖、2/3基底為砂礫石,由于砂礫巖和砂礫石的變形特性的差異,存在導(dǎo)致基礎(chǔ)發(fā)生傾斜的可能。

綜上所述,結(jié)合設(shè)計方案,所有基礎(chǔ)均采用的是擴(kuò)大基礎(chǔ),并在基底布設(shè)10 cm厚的混凝土墊層。

3.2 選址選線

本次設(shè)計對原址重建和新址重建兩種方案進(jìn)行了比選,楠竹長虹渡槽線路比選見圖 3。

圖3 楠竹長虹渡槽線路比選示意圖

方案一：距離原楠竹長虹渡槽（中心位置）上游約18 m新建渡槽,該渡槽槽身采用直線型雙懸臂鋼筋混凝土梁式渡槽矩形結(jié)構(gòu),支承結(jié)構(gòu)為排架柱形式,排架柱間距 12 m,每側(cè)懸臂長6 m,槽身標(biāo)準(zhǔn)段長24 m,此方案渡槽全長578 m。

優(yōu)點：與原渡槽相比,渡槽與上下游干渠連接更加平順,水力條件較好；可節(jié)省拆除原渡槽的工期和投資；同時,周邊居民點密集,可減少拆除渡槽時對周邊居民的噪聲、粉塵等污染。

缺點：該方案需要對渡槽上下游干渠線路進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整,與新建渡槽平順連接。新建渡槽和新建渡槽上下游渠道需新增永久占地,韶河兩岸多為耕地和居民點,征地移民協(xié)調(diào)難度大,投資高。

方案二：原址重建。拆除原楠竹長虹渡槽,并按照原建筑形式重建,該渡槽槽身段采用直線型雙懸臂鋼筋混凝土梁式渡槽矩形結(jié)構(gòu),支承結(jié)構(gòu)為排架柱形式,排架柱間距12 m,每側(cè)懸臂長6 m,槽身標(biāo)準(zhǔn)段長24 m,此方案渡槽全長541 m。

優(yōu)點：與方案一相比,拆除原渡槽原址重建方案,無新增永久征地,且不涉及移民問題,此外渡槽上下游渠道線路無需調(diào)整,對當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境影響較小。

缺點：與方案一相比,增加拆除73 萬元拆除費用；拆除原鋼筋混凝土渡槽產(chǎn)生的噪聲、粉塵等對周邊居民及環(huán)境產(chǎn)生不利影響；新建渡槽需在拆除原渡槽,清理完畢之后,影響新建渡槽工期。

方案比選：方案一總投資4037 萬元,方案二總投資3582 萬元。兩個方案中方案一總投資較大,方案二總投資較小,方案二無新增占地,渠道線路無需調(diào)整,與方案一相比雖然增加了拆除費用,但無新增占地移民投資,總投資較小。因此,經(jīng)過綜合分析,將方案二作為推薦方案。

3.3 建筑物設(shè)計

（1）渡槽布置

原楠竹長虹渡槽在上井灣和下井灣之間跨域韶河,根據(jù)上一小節(jié)方案比選,選定原址重建楠竹長虹渡槽,拆除原渡槽槽身、排架柱及基礎(chǔ)、上下游連接段,進(jìn)行原址原規(guī)模重建,楠竹長虹渡槽縱斷面布置見圖4。

圖4 楠竹長虹渡槽縱斷面布置

（2）槽身結(jié)構(gòu)選型

楠竹長虹渡槽設(shè)計流量為9.5 m3/s,加大流量為11.85 m3/s,渡槽上下游居民點較多,因此進(jìn)行兩種槽型方案比選。

方案一：矩形槽身

矩形槽身施工簡單,模板利用率高,且適應(yīng)大跨度拱式渡槽分段落梁,穩(wěn)定性較好,缺點是水力條件較 U 型渡槽稍有不利,槽身工程量較大。

方案二：U型槽身

U型渡槽槽身一般較薄,槽身工程量較小,但對施工技術(shù)要求較高,需要專用模板,常用于預(yù)制吊裝施工,當(dāng)需要現(xiàn)場澆筑時,對支架基礎(chǔ)及支架沉降要求高。一旦出現(xiàn)開裂、漏水等缺陷,修復(fù)較困難。同時,楠竹長虹渡槽保留通航功能,U型渡槽不能設(shè)橫向拉桿、結(jié)構(gòu)受力條件不佳,U型結(jié)構(gòu)橫向承載能力要求高。

綜合比較,U型渡槽預(yù)制及施工難度較大、結(jié)構(gòu)受力條件不佳,本階段推薦采用矩形槽身結(jié)構(gòu)作為楠竹長虹渡槽槽身基本斷面型式。

圖5 楠竹長虹渡槽標(biāo)準(zhǔn)段典型斷面圖

（3）下部結(jié)構(gòu)選型

根據(jù)槽址處的地質(zhì)條件、槽墩高度、渡槽流量、水文等因素,確定渡槽下部結(jié)構(gòu)型式。根據(jù)具體情況,確定支承結(jié)構(gòu)為雙排架柱結(jié)構(gòu)、局部采用重力墩,基礎(chǔ)形式為階梯型獨立基礎(chǔ)。

楠竹長虹渡槽推薦方案全長 541 m,進(jìn)、出口連接連接段各長 10 m。渡槽布置：20 跨24 m 雙懸臂梁式渡槽+1跨26 m雙懸臂梁式渡槽+1跨8 m單懸跨梁式渡槽+1 跨7 m雙懸臂梁式渡槽,以及2 跨10 m落地槽出口連接段。為增大排架整體剛度及承載能力,排架柱采用C40 混凝土雙排架結(jié)構(gòu)形式,排架柱尺寸60 cm×40 cm,基礎(chǔ)采用C35 混凝土擴(kuò)大獨立基礎(chǔ),基礎(chǔ)平面尺寸6.2 m×2.5 m。獨立基礎(chǔ)埋置深度增大,基礎(chǔ)底部位于基巖面上。

4 結(jié)語

韶山灌區(qū)骨干工程在十三五期間續(xù)建配套與節(jié)水改造以后,險工險段、“卡脖子”渠道和病險建筑物基本得到改造,但受制于投資瓶頸制約,111 處建筑物尚未得到改造,特別是渡槽,因改造技術(shù)難度大、投資高,而被擱淺,本次在湖南省韶山灌區(qū)“十四五”續(xù)建配套與現(xiàn)代化改造建設(shè)中對渡槽進(jìn)行重建或者改造,完善灌排設(shè)施工程體系,是灌區(qū)內(nèi)補齊工程設(shè)施短板的重要措施,也是推動灌區(qū)可持續(xù)發(fā)展,支撐湘潭地區(qū)糧食穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)的基礎(chǔ)保障,建議政府部門盡快推動實施。