馱英水庫及灌區(qū)工程跨明江建筑物方案比選

陳宇縣，李 娜

（1.北海河海水利水電設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司，廣西 北海 536000；2.南寧職業(yè)技術(shù)學(xué)院，南寧 530007）

1 工程概況

左江治旱馱英水庫及灌區(qū)工程的灌溉面積為84.12萬畝。工程的總體線路布置主要由總干渠、寧明干渠、馱英東干渠、馱英西干渠和客蘭干渠組成。

馱英總干渠跨明江倒虹吸為總干渠控制性工程。其設(shè)計(jì)輸水流量22.61 m3/s，加大流量為27.13 m3/s，為3級(jí)建筑物，但總干渠跨明江倒虹吸考慮其跨度較大，萬一失事整個(gè)灌區(qū)的灌溉將癱瘓，且修復(fù)困難，提高為2 級(jí)建筑物，洪水標(biāo)準(zhǔn)可不予提高，故設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)仍采用30年一遇，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為50年一遇。

2 跨明江建筑物方案比選

總干渠線路跨明江所處河道的地形為左岸地勢(shì)較平緩，河岸坡的高程在170 m以下，右側(cè)地形較高，最高為187 m。根據(jù)總干渠線路跨明江所處位置的地形地質(zhì)條件、航運(yùn)、行洪、水力學(xué)、運(yùn)行管理、施工及結(jié)構(gòu)安全等要求，跨河建筑物分別選擇埋式倒虹吸（方案一）、渡槽+橋式倒虹吸（方案二）及渡槽（方案三）及進(jìn)行比選，三個(gè)方案的比選范圍均為海脈渡槽～那堪北支渠之間的跨明江渠段。由于橋式倒虹吸跨明江處選擇在江面較窄處，跨江的線路與另外兩個(gè)方案略有不同，因此采用渡槽+橋式倒虹吸的折線型平面布置，另外兩個(gè)方案均為直線型。由于這三個(gè)跨江方案的水頭損失不一致，在保證總干末段水位相同的前提下，可以調(diào)整對(duì)工程投資較為敏感的12.8 km 的那列～南慶隧洞的縱坡，并一起進(jìn)行投資比較。

2.1 地質(zhì)條件

總干渠跨明江處沿線地形起伏，左右岸岸坡沿線覆蓋層主要為殘坡積土層，為粉質(zhì)粘土，覆蓋層厚度1～2 m，下伏基巖為砂巖夾泥巖、砂巖、泥質(zhì)粉砂巖，全風(fēng)化～微風(fēng)化，全風(fēng)化下限埋深一般2.5～10 m 不等；右岸階地覆蓋層主要為粉質(zhì)粘土，硬可塑狀態(tài)為主，層厚6.0～7.0 m；局部覆蓋層為淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，軟塑狀態(tài)為主，層厚4.0～5.0 m；倒虹吸過明江段，沿線河床地形較平緩，寬約160 m，左岸岸坡基巖出露，右岸為河流階地，岸腳分布有近代河流沖積粉細(xì)砂，松散狀態(tài)，厚約0～2.0 m，河床弱風(fēng)化基巖出露，為砂巖夾泥質(zhì)粉砂巖。

2.2 三種方案布置

2.2.1 埋式倒虹吸（方案一）

倒虹吸采用預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管結(jié)構(gòu)，為雙管布置，管徑2.5 m，設(shè)計(jì)流量24.23 m3/s，倒虹吸總長860 m，其中跨河段為170 m，左側(cè)岸坡段385 m，右側(cè)岸坡段305 m。倒虹吸的岸坡采用開挖管槽后填筑0.4 m的沙墊層，然后敷設(shè)管道，管頂回填土按不小于1 m考慮；跨河段采用分期導(dǎo)流方案，布設(shè)兩期圍堰，管道敷設(shè)在基坑內(nèi)施工，管道安裝后外包0.5 m厚的C15混凝土。

2.2.2 渡槽+橋式倒虹吸（方案二）

明江左側(cè)岸坡布設(shè)520 m 的渡槽，跨河段及右側(cè)岸坡布設(shè)423 m的橋式倒虹吸。由于橋式倒虹吸跨明江處選擇在江面較窄處，因此渡槽+橋式倒虹吸的平面布置為折線型，跨江處正好處于河道的沖坑位置，河床較低，最低為105 m，因此跨主河槽處采用鋼管混凝土桁式拱架橋結(jié)構(gòu)，跨度為145 m，右側(cè)岸坡采用排架式的鋼筋混凝土簡支橋結(jié)構(gòu)。渡槽及簡支橋的支撐結(jié)構(gòu)采用排架式，排架高度10～25 m，跨度為15～20 m。渡槽采用現(xiàn)澆的“U”型斷面，半徑為2.5 m，高3.5 m，虹吸管為現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，管徑為3.5 m。

跨主河槽的鋼管混凝土桁式拱架橋，按斜拉扣掛纜索吊裝空鋼管拱肋，逐節(jié)拼裝焊接，直至合攏的工藝施工。虹吸管為預(yù)制節(jié)段纜索吊裝后澆接頭及翼緣板。上、下拱肋均為鋼管混凝土結(jié)構(gòu)，鋼管直徑為D1420 mm，壁厚28 mm，管內(nèi)灌注C45混凝土；上、下拱肋間桁架均為鋼管，直徑規(guī)格分別為D920 mm×14 mm、D820 mm×12 mm；吊索采用高強(qiáng)鋼絲吊桿PES7-127（1670 MPa），并在靠近虹吸管人行橋板的上部2.5 m范圍設(shè)護(hù)索鋼管D273 mm×8 mm。

2.2.3 排架式渡槽（方案三）

排架式渡槽長810 m，其中跨河床段240 m，岸坡段570 m。渡槽支承采用排架式，排架高10～58 m，跨河段跨度為30 m，兩側(cè)岸坡的跨度為15 m。渡槽采用預(yù)制鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，為“U”型斷面，半徑為2.5 m，高3.5 m。三種方案的比較見表1。

表1 三種方案比較表

（1）從總的工程投資角度看，埋式倒虹吸方案最節(jié)省投資，分別比渡槽+橋式倒虹吸及渡槽方案節(jié)省4 631萬元和321元。

（2）從施工角度看，埋式倒虹吸方案采用分期圍堰施工，施工簡單易行；渡槽+橋式倒虹吸采用纜索施工，施工難度大；而渡槽方案的施工難度最大，考慮到跨度為30 m的預(yù)制渡槽重達(dá)400多噸，吊裝的難度非常大，而且排架的最大高度達(dá)60 m，基礎(chǔ)為長25 m樁基。

（3）從水頭損失角度看，水頭損失均不大，不會(huì)影響到總干的縱坡布置。在總干末段水位一定的情況下，渡槽方案可將末端12.8 km 的那列～南慶隧洞的縱坡由1/2000調(diào)整為1/1500，可以節(jié)省隧洞投資450萬元；渡槽+橋式倒虹吸可將洞的縱坡調(diào)整到1/1 800，節(jié)省投資200 萬元。但綜合投資還是埋式倒虹吸方案最省。

（4）從航運(yùn)、行洪角度看，埋式倒虹吸方案最優(yōu)。

（5）從運(yùn)行管理角度看，渡槽方案最優(yōu)，埋式倒虹吸方案次之，渡槽+橋式倒虹吸運(yùn)行管理費(fèi)用最高，需定期進(jìn)行檢修維護(hù)更換配件等設(shè)施，維護(hù)非常麻煩。

綜上所述，工程布置選擇方案一，即埋式倒虹吸方案作為總干跨明江的推薦方案。

3 方案布置

根據(jù)線路布置成果，總干渠跨明江倒虹吸布置于總干渠Z23+072.668～Z23+969.868 樁號(hào)段，采用“埋式倒虹吸方案”，為了避開左岸沖溝將倒虹吸管身段敷設(shè)在穩(wěn)定的岸坡上，故倒虹吸管線在平面上為折線型布置，即管線沿沖溝下游側(cè)的穩(wěn)定邊坡布置，至樁號(hào)Z23+442.727后向南偏轉(zhuǎn)7.5°后沿東北方向穿越明江，倒虹吸軸線與明江水流交叉角度約為60°，倒虹吸軸線平面長度為897 m。

明江左、右側(cè)岸坡段采用壓力等級(jí)為1.0 MPa、管徑為DN2.8 m 的雙管預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管；跨河段采用管徑為2.8 m，壁厚為14 mm 鋼管，設(shè)計(jì)工壓為1.0 MPa。倒虹吸總長870 m，其中跨河段為170 m，左側(cè)岸坡段420 m，右側(cè)岸坡段280 m。倒虹吸的岸坡采用開挖管槽后填筑0.5 m 的沙墊層，然后敷設(shè)管道，管頂回填土按不小于1 m考慮，跨河的鋼管段采用0.5 m 厚的混凝土外包處理，管頂為鋼絲石籠護(hù)面。

倒虹吸管身段沿線在上凸部分設(shè)置排氣閥、下凹部位設(shè)置放空閥，檢修井也結(jié)合鎮(zhèn)墩布置，間距200～300 m。經(jīng)布置，共設(shè)置排氣閥兼做檢修進(jìn)人孔3處、放空閥1處。