宝鸡峡漆水河倒虹改建工程渡槽设计探析

靳荣辉

（陕西省宝鸡峡引渭灌溉管理局，陕西咸阳712000）

宝鸡峡漆水河倒虹改建工程渡槽设计探析

靳荣辉

（陕西省宝鸡峡引渭灌溉管理局，陕西咸阳712000）

漆水河倒虹是宝鸡峡北干渠输水咽喉，投运60年来，漏水、管底淤堵频繁，影响渠道正常安全运行，问题日趋严重，需要进行改建。借鉴国内近年来实践经验，结合工程运行现状，提出将原深埋倒虹改建为架空预应力薄壳梁式渡槽，以克服原有设计方式缺陷。章对渡槽设计型式、上部槽型结构、跨度、施工方案等做了定性与定量分析，采用受力明确的简支梁式单体渡槽、下部支承结构选用实体重力墩、渡槽基础采用灌注桩方法施工，以优化提升渡槽工程设计效能。

宝鸡峡；漆水河倒虹改建；渡槽设计；方案比选

1 概况

漆水河倒虹是宝鸡峡灌区塬下北干渠上大型输水建筑物，为钢筋砼双管结构，全长382 m，管内径2.4 m，设计流量22.0 m3/s，最大工作水头34.27 m，灌溉杨凌、武功、兴平等8县（市、区）农田80万亩，累计向下游灌区输水80多亿m3。该工程1958年建成，初建总体布置、排空设施设置均有先天不足，投运以来进口段雍水、出口段淤积问题突出，管道钢内衬大面积深度锈蚀，漏水、管底於堵频繁，安全问题日趋严重。据此，陕西省政府、水利厅决定对该工程进行改建，将原深埋倒虹改建为架空预应力薄壳梁式渡槽，共13跨，总长390 m。

2 渡槽设计方案比选

本次渡槽方案比选范围为420 m渡槽段主体工程比选。

2.1 渡槽型式

常见的渡槽构型式按支承结构分有梁式、拱式、桁架式、承重结构与输水结构分离的组合梁渡槽等。

漆水河河谷地面高程446.00～455.50 m，槽底高程距地面高差15～26 m左右，渡槽净空高度较大，可修建大跨度梁式、拱式及桁架式渡槽。但漆水河为U形河谷，河容宽180～300 m，发育有一、二级阶地及河漫滩，分布的主要地层为第四系松散堆积土，若采用拱式连槽，必为连续拱式结构，由于拱圈水平堆力的存在，对墩台尤其是边墩的要求较高，工程区承载力较大的砂砾石地层相对埋深较大，对墩台的处理和设计难度也较大，若某一拱角因水平推力破坏则相邻跨也会随之破坏；且拱式渡槽的主拱圈为超静定结构，在温度荷载作用下拱圈易产生温度裂缝。

桁架式渡槽虽纵向可为静定结构，但结构本身为超静定结构，桁架各杆件间会产生次内力，与拱式渡槽类似承重结构宜产生较大温度应力，另外，这类超静定结构某一部位产生位移或局部结构出现问题可能导致总体结构承载失效，存在较大安全隐患；且桁架式渡槽施工较复杂，施工质量不易保证。

与拱式渡槽、桁架式渡槽相比，简支梁式渡槽受力明确、施工方便，结构变形基本不受约束，不产生温度应力。随着新设计理念、新材料及新施工方式的运用，近年来越来越多的输水渡槽采用简支梁结构型式。结合本工程场区地形、地质条件，结构型式选择了受力明确的简支梁式渡槽。

2.2 槽数选择

渡槽输水建筑物设计流量25.3 m3/s、加大流量为29.0 m3/s。根据水力计算，进出口渠设计水深和加大水深分别为2.16 m和2.33 m，且水源供应较为紧张，单槽水力条件相对多槽水力条件较好。从工程投资设计来看，本工程槽宽5 m以内，规模不是很大，多槽投资大于单槽投资。此外，多槽施工各槽身之间互相影响加大，加大施工难度。本灌区渡槽的检修根据用水调度情况可在灌溉间歇停水检修，因此综合比较，采用单槽输水。

2.3 上部结构型式选择

槽身过水断面最常用的为U形及矩形两种，U形断面外观优美、过水条件好，迎水面基本无应力集中，U形渡槽据断面特点可做成薄壁结构，大跨度的U型渡槽自重较轻。但U形渡槽施工略微复杂，由于壁厚较薄，混凝土浇筑时需精细化施工。

矩形断面渡槽结构简单，易于施工，但矩形断面底部角点处易出现应力集中现象，与U形断面相比，短形断面壁厚不宜过薄，相同跨度矩形渡槽较U型渡槽重。

两种槽形结构各有优劣，因此选取U形、矩形两种断面形式结合槽壁厚度、下部结构和施工方案进行综合比较。

U形断面水力计算成果见表1。

表1 U形渡槽水力计算成果表

2.4 下部支承结构型式选择

2.4.1 下部支承结构选型

在渡槽设计中，支承结构的形式和布置对整个设计方案有较大影响，设计时应合理选择，使上、下结构协调一致，在保证工程安全的前提下，工程量及造价较小。梁式渡槽常见的支承结构形式有重力槽墩、钢筋混凝土槽架、混合式墩架等多种形式。排架一般适用于跨度相对较小。且上部结构较轻的结构。重力式槽墩的稳定性好，能较好地把上部结构的荷载均匀传递到下部承台和桩上，同时下部稳定性高，利于提高上部槽身的整体稳定性。

本次进行30 m、40 m跨度U形和矩形槽比较，上部槽身单跨荷载达到1000吨，且支撑高度较高达到27 m，不宜选用排架式。正常运行期上部槽身重量对下部支承稳定性要求较高，因此，从结构的稳定和安全性考虑采用重力式槽墩。

重力式槽墩包括重力实体墩和重力空心墩。根据工程情况对不同槽型及不同跨度4种上部槽身结构方案分别进行了空心重力墩和实心重力墩共8种方案比较，重力实体墩和重力空心墩方案结构布置如下：

（1）重力实体墩方案

重力实体墩方案包括墩帽、托盘、承台及桩基础四部分。

重力实体墩墩帽帽平面形式采用矩形布置，顶帽边缘距支撑垫石边缘在顺槽向取为0.5 m，墩帽顺流向长度为3.04 m，垂直水流方向宽度为7.6 m，高度为0.8 m，托盘顶为矩形断面，边缘比顶帽内收0.1 m，托盘下边缘接重力墩墩身，宽度方向端部为半圆形，托盘高度为1.5 m，墩帽采用C30钢筋混凝土。

墩身顶部平面尺寸同托盘底部平面尺寸一致，墩高为6～26 m，墩身四侧从墩顶平面按照40∶1（竖：横）坡比向墩底平面扩大，墩底平面尺寸由墩顶平面尺寸、墩高及坡比确定，墩身采用C30钢筋混凝土。

下部桩基采用混凝土灌注桩，采用2排对称形布桩，每排桩数为3根，桩长为21～29m，承台厚度为2.0m，灌注桩采用C25钢筋混凝土灌注桩。

（2）重力空心墩

薄壁墩的墩顶平面尺寸、墩高及墩底平面尺寸与实体墩布置原则一致。为改善托盘与墩顶连接处及墩底与基础连接处应力集中现象，在墩顶平面以下及墩底平面以上均设置1 m高的实体过渡段，同时设置0.5 m×0.3 m的牛腿。为满足墩身结构强度、施工构造及墩身稳定要求，墩顶实体过渡下部墩壁厚度取0.4 m，墩底实体过渡段上部墩壁厚度取0.65 m。

实体墩充分利用材料的抗压性能，借自身截面尺寸和重量承受竖直方向和水平方向外力，具有坚固耐久施工简易的优点。

空心墩较实体墩可节省混凝土30%～50%左右，空心墩钢筋用量约为实体墩的2倍，墩帽与墩身连接处、墩身与承台连接处容易引起应力集中现象，同时空心墩墩内通风不良、混凝土导热性能低，当墩身周围气温发生骤变时，墩壁内外产生较大温差，容易引起墩壁裂缝，同时空心重力墩施工难度较大。

由表2看出，各方案实体墩投资比空心墩投资增加30～66万元，占下部支承结构总投资2.8%～7.2%，投资增加不大。

表2 各方案下部结构主体投资表

表3 基础埋置深度表

综上所述，从施工难度、结构长期安全性及投资综合比较，下部支承结构选用实体重力墩。

2.4.2 基础类型选择

基础一般可以采用扩大基础和灌注桩桩基。

漆水河梁式渡槽段下伏基岩为第四系的砾石层等，其上是黄土层，表层为砾石层及壤土层，重探击数一般8.3～24击，地基分布不均匀，且承载力较高砾石层深度达10m以上，采用扩大基础为控制基础沉降，处理难度和投资均较大，因此从工程安全角度考虑，渡槽基础不宜采用扩大基础，采用灌注桩施工方法常规，沉降变形小，对上部结构稳定有利。

2.4.3 基础埋置深度确定

基础埋置深度按冲刷计算结算确定详见表3。

考虑水流冲刷影响，承台顶面一般置于地面以下2 m。

3 结语

宝鸡峡漆水河倒虹改建工程根据国内近年水利工程渡槽设计经验，精益求精，多方分析比较，择优确定渡槽具体设计方案，为优质高效完成项目建设任务奠定了重要基础。目前，该工程正在加紧组织实施，应按照设计方案严格有序规范施工，切实保证质量进度，以早日发挥工程效能造福灌区群众。

TV332

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1673-9000（2017）04-0079-03

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靳荣辉（1975-），男，汉族，陕西兴平人，大学文化，工程师，主要从事水利工程灌溉管理工作。