山西省中部引黄工程天古崖渡槽设计

周晓晨

（山西省水利水电勘测设计研究院，山西 太原 030024）

1 工程概况

山西省中部引黄工程自天桥水电站库区取水，供水范围包括忻州市、吕梁市、临汾市、晋中市4市16个县（ 市、区），涉及 9个县（ 市、区），是山西省“ 十二五”规划大水网建设中的一项重要工程。

本工程规模为大（二）型，工程等别为Ⅱ等，主要永久建筑物为2级，主要永久建筑物的防洪标准为50年一遇洪水设计，200年一遇洪水校核；抗震设防烈度按Ⅵ度设防，按Ⅵ度考虑抗震工程措施；天古崖渡槽设计流量为20.94 m3/s。

天古崖渡槽位于兴县境内，横跨岚漪河，设计桩号为中部引黄工程总干线桩号45+181.30—45+308.50段，处于总干隧洞2号洞出口与总干隧洞3号洞进口之间；上游接兴县分水闸，下游接2号暗涵。

2 工程地质情况

天古崖渡槽位于兴县天古崖水库下游约500 m的岚漪河上，该处岚漪河流向N80°W，渡槽跨越岚漪河处宽度约50 m。该处岚漪河河谷呈“U”型，两岸均为基岩岸坡，坡度陡立，坡顶少量松散堆积物。沟底地面高程970 m左右，两岸坡顶地面高程1 015 m左右，高差约45 m。两岸基岩为奥陶系中统上马家沟组中段厚层灰岩、豹皮状灰岩夹薄层泥灰岩，灰岩岩性较坚硬，泥灰岩岩性软弱。岩体中岩溶发育，主要为小型溶洞。岸坡顶部为第四系中更新统坡洪积物，岩性为卵石混合土、低液限粉土，结构松散，厚度3～15 m，由岸坡边缘向两侧厚度逐渐加大。沟底为第四系全新统洪冲积卵石混合土，卵砾石主要为灰岩，少量变质岩，粒径10～60 mm，少量漂石，细粒为级配不良砂及岩屑，局部架空结构。钻孔揭露深度17.6 m。

该处岩层为单斜岩层，岩层倾向岚漪河下游偏左岸，强风化厚度3～5 m，岩体中发育北东向和北西向两组节理裂隙，无断裂构造。地下水类型主要为碳酸盐岩溶水及松散岩类孔隙水，碳酸盐岩溶水稳定水位埋深较大，松散岩类孔隙水含水层主要为第四系全新统洪冲积物，赋水性较好，主要接受大气降水补给，为补给型河谷，由两岸向河谷径流排泄。

钻孔取弱风化灰岩进行室内试验，其物理力学指标：天然密度2.74 g/cm3，吸水率0.26%，烘干单轴抗压强度48.8 MPa，饱和单轴抗压强度39.1 MPa，软化系数 0.8，泊松比 0.22，饱和变形模量 5.61×104MPa，饱和凝聚力5.64 MPa，内摩擦角47.7°。孔内进行注水试验，灰岩层具中等透水性。第四系全新统洪冲积卵石混合土层锥贯击数16～50击，结构中密—密实。

3 工程布置及主要建筑物

3.1 工程布置

山西省中部引黄工程线路总干线桩号45+181.30—45+308.50段由于两岸岸坡陡峭且沟底距岸坡顶部高差较大，故采用渡槽作为跨河建筑物较为合理。

线路跨越岚漪河处长度约120 m，设计水位距河底约45 m。若直接采用排架或槽墩作为槽身的支承结构，上部槽身采用普通现浇混凝土结构，则排架或槽墩的间距过密，不仅影响美观，而且影响下部岚漪河河道中的过流。若采用大跨度的预应力混凝土槽身，则要求两岸有较为宽阔的施工场地和架设场地，而天古崖渡槽两岸均为陡峭的岸坡，场地布置困难，故此方案不可取。经综合比选，最终确定天古崖渡槽结构形式为梁拱结合式的普通混凝土结构。

天古崖渡槽槽身全长127.2 m，槽底纵坡1/3 000。渡槽共设排架23座，拱肋2跨，上下游边墩各1个，上下游拱脚支撑各1个，槽墩1个。

渡槽主体跨岚漪河段为两跨肋拱型式，两岸槽身距离地面较近处为梁式。梁式渡槽段槽身架设于排架或上下游边墩顶部，排架及上下游边墩底部设置于岚漪河两岸的弱风化基岩上。肋拱式渡槽段槽身架设于排架上，排架底部与下部拱肋浇铸成整体。拱肋设上下游拱脚支座各1座，槽墩1座，上下游支座底部设于两岸弱风化基岩上，槽墩设于河槽底部，为保证槽墩承载力及稳定，在槽墩基础下设混凝土灌注桩，桩底打入河床下弱风化基岩内。

3.2 主要建筑物

3.2.1 槽身

天古崖肋拱渡槽槽身采用C30混凝土，抗冻等级F200，抗渗等级W6，槽身混凝土添加3%～5%抗裂防水剂，限制膨胀率水中7 d≥0.03%，空气中21 d≥-0.02%，其中产品检测严格执行标准《混凝土膨胀剂》《砂浆、混凝土防水剂》，净宽4.0 m，净高4.1 m，壁厚0.4 m，槽内设计水深3.82 m，槽身全长127.2 m，按长度分为5.3 m，10.6 m，15.9 m三种，分别以简支梁及连续梁的型式架设于间距为5.3 m的排架上。各段槽身间设40 mm宽的伸缩缝，缝内设刚性止水及柔性止水各一道。

3.2.2 排架

渡槽共设C25混凝土（抗冻等级F200）排架23座，其中8座设于拱肋上与拱肋浇铸成整体，其余排架通过排架基础或拱脚支座设于岸坡上。排架高度5.8～16.2 m，每座排架均由排架柱及柱间横梁组成，排架柱断面尺寸0.8 m×0.6 m，横梁断面尺寸0.6 m×0.4 m。排架顶部支撑槽身处设橡胶支座。排架与肋拱连接处排架钢筋应与肋拱预留钢筋焊接连接。

3.2.3 拱肋

肋拱形式段共设肋拱2跨，均为等截面悬链线拱，结构尺寸完全相同，单跨净跨40 m，矢高10 m，拱轴系数1.167。单跨肋拱由两片拱肋及连接拱肋的横系梁、加强梁组成，均为C30混凝土（抗冻等级F200）结构。两拱肋间净距3.2 m，拱肋断面尺寸2.0 m×1.0 m，横系梁断面尺寸0.8 m×0.6 m，加强梁断面尺寸0.6 m×0.4 m。上游肋拱的上游拱脚支撑于上游拱脚支座上，下游拱脚支撑于槽墩墩头上。下游肋拱的上游拱脚支撑于槽墩墩头上，下游拱脚支撑于下游拱脚支座上。拱肋钢筋与拱脚支座及墩头预留钢筋焊接连接。

3.2.4 槽墩

槽墩位于岚漪河河槽底部，槽墩上部墩头支撑两跨肋拱的拱脚，槽墩下部通过承台与地基内混凝土灌注桩连接，槽墩、承台、混凝土灌注桩材料均为C25混凝土（抗冻等级F200）。槽墩墩头断面为八边形型式，宽4.1 m，高4.2 m，垂直水流方向长6.8 m。墩头预留钢筋与拱肋钢筋连接。墩身高17 m，为空心墩型式，壁厚0.8～1.2 m，顶部设4 m高实体段，底部设3 m高实体段。顶部断面尺寸2.0 m×8.8 m，底部断面尺寸3.1 m×9.9 m，墩身表面坡度 30∶1。

由于河床底部覆盖层为卵石混合土，承载力不足，故采用混凝土灌注桩基础。经计算，为满足承载力及稳定要求，在地基内设置钢筋混凝土灌注桩6根，单根直径1.2 m，桩长20 m。桩身底部嵌入河床底弱风化基岩，桩身顶部通过尺寸为12.0 m×6.0 m×2.0 m的钢筋混凝土承台与槽墩连接。墩身、承台、混凝土灌注桩浇铸成整体，桩身受力钢筋及箍筋需伸入承台150 mm，承台预留钢筋与上部桩身受力钢筋焊接连接，焊接长度及焊接方法应满足相应的技术规范要求。

3.2.5 边墩

天古崖肋拱渡槽在上游渡槽起始段及下游渡槽终止段各设C25混凝土（抗冻等级F200）边墩1座，宽度均为5.8 m，上游边墩高5.8 m，下游边墩高3.2 m，墩顶设橡胶支座支撑槽身。边墩底部需座于岸坡弱风化基岩上。

3.2.6 拱脚支座

渡槽肋拱段上下游各设C25混凝土（抗冻等级F200）拱脚支座1座，支座宽度均为6.8 m，上游支座长16.2 m，高8.5 m，下游支座长6.1 m，高11.7 m。支座底部需座于岸坡弱风化基岩上，设间距1 m、梅花形布置的长2 m、直径20 mm的锚筋与地基弱风化基岩连接。拱脚支座预留钢筋与拱肋受力钢筋焊接连接。

4 结语

天古崖渡槽的设计兼顾了结构功能和造型美观的需求，且综合考虑了施工场地和施工难度的因素，最终确定了设计方案。经计算，渡槽在各种工况下的各部位应力均满足规范要求，渡槽可在各种工况内安全运行。