宝鸡峡漆水河渡槽设计方案及施工方法比选

韩乾锋

（陕西省宝鸡峡工程局，陕西 宝鸡 712200）

宝鸡峡漆水河倒虹是灌区塬下北干渠23＋567 km处跨越漆水河的一座输水建筑物，位于杨凌区东北3.5 km处，是宝鸡峡北干渠的输水“咽喉”，进口在陕西省杨凌区境内，出口在武功县境内。工程始建于1958年，1971年建成通水，由两根并行的钢筋砼管组成，内径2.4 m，长度31 m，设计流量22 m3/s，最大水头为34 m3/s，控制灌溉面积77.7万亩。经50多年运行，工程多个部位出现病险问题。管道磨损、锈蚀、剥蚀，结构强度下降；倒虹底部、出口淤积严重，过流断面减小，过水能力降低；进口雍水运行，存在极大安全隐患，行水中多次发生倒虹堵塞现象，影响渠道正常输水安全，亟待改建。

宝鸡峡漆水河倒虹工程，主要灌溉下游77.7万亩农田作物。工程原设计采用倒虹方式输水，渠道容易淤积，倒虹多次出现堵塞问题，存在明显缺陷，经过近60年运行，安全隐患众多。2013年，经批复决定将原深埋倒虹方式改建为架空预应力薄壳梁式渡槽，共15跨，每跨30 m，总长450 m。同时改造渡槽进出口明渠段243 m，恢复段家湾泵站引水渠147 m，新建分水闸1座。改造兴平总站管护设施1800 m2，段家湾站新建管理用房850 m2，改造进出站道路4.5 km。

1 建设线路选择

宝鸡峡漆水河倒虹是塬下北干渠跨越漆水河的一座输水建筑物，位于陕西省武功县大庄镇段家湾村。因原线路建设方案施工期与北干渠下游77.7万亩农田灌溉用水直接冲突，施工最少影响下游一年灌溉，年直接经济损失1.05亿元；且进出口填方体长，弯道多，流态差，容易引起出口段的淤积，工程运行管理不便，而小南线方案在施工期间部分时段不影响渠道灌溉，水流条件好，运行管理便利，均优于原线路方案，故选择小南线作为改建工程实施线路。

2 渡槽设计方案

结合实际情况，渡槽初步设计拟定了三种方案，分别为简支梁渡槽、桁架拱渡槽和桥式倒虹。三种方案总体布置基本相同，均布置进、出口渠道与原北干渠平顺衔接，进口渠道在北干渠桩号23 km＋493 m处与原北干渠相接，出口渠道在原北干渠桩号24 km＋428 m处和北干渠相连。主体建筑物均由进口渐变段、进口连接段、槽身段（或倒虹管段）、出口连接段、出口渐变段等组成。

方案一：简支梁渡槽

空心重力墩作为下部支撑结构，墩高13.0 m～28.0 m，壁厚35 cm～60 cm，用砼钻孔灌注桩作为基础。上部结构为10跨预应力大梁，预应力梁长40.0 m，每跨4根。梁装配后，在其上叠合浇筑混凝土有拉梁带肋槽身。

方案二：桁架拱渡槽

上部结构为矩形槽身，下部结构为桁架拱桥，共7跨，每跨53.0 m，拱助设计矢跨比为1/6。桁架拱桥两岸桥台采用重力式“U”形台，桥墩为柱式轻型墩，墩下通过承台用钻孔砼灌注桩作为基础。

方案三：桥式倒虹

在轴线上新建桥式倒虹，倒虹管水平投影长408.8m，为钢筋砼双管，管内径2.9 m，管壁厚40 cm。进水段斜管设1#～2#镇墩，出口段斜管设3#镇墩。管桥共分10跨，第一跨38.8 m，其余每跨30.0 m，为预应力梁式结构。预应力梁采用T型梁，梁长分38.8 m和30.0 m两种，高1.6 m，每跨7根，预应力混凝土采用C50。用直径1.0m的砼圆柱作为下部支承结构，砼圆柱以下通过8.6 m×4.0 m×1.5 m（长×宽×深）的承台，用6个直径1.0 m的砼钻孔灌注桩作为基础，灌注桩深18.0 m～22.0 m[1][2]。

因采用倒虹输水在多年运行实践中，倒虹前段渠道容易淤积、内部多次发生堵塞、且维修抢修极为不便，影响工程安全高效供水，存在明显缺陷，专家组首先对桥式倒虹方案给予了否决。

从地质地形条件看，渡槽跨越漆水河处为U形河谷，河谷宽度达300 m，发育有一、二级阶地及河漫荒滩，主要地层分布为第四系松散堆积黄沙土，若采用拱式渡槽，必为连续拱式连槽结构。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，安全稳定性能不是最优。

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。加之矩形槽身设计阻力对水流速度有影响，从而影响用水关键期抗旱供水量。

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，结构型式优势明显。加之施工临时占地少，工程量、需要投资也较少，且近年来越来越多的输水渡槽采用简支梁结构型式，取得了较好的效果，积累了较多的成功经验。综合分析本工程场区地形、地质条件，结构型式、施工、投资等因素，故设计选择了受力明确的简支梁式渡槽为推荐方案[3]。

经过三个方案的地形地质条件、输水水力条件、运行管理条件、流态、施工条件、工程量及投资等因素综合比较分析，初步选定方案一简支梁渡槽为推荐方案。

3 施工方法选择

目前，国内渡槽施工比较传统的方法为满堂支架法。但随着近年来大型输水调水工程的建设实施，桥梁施工中较先进的架桥机、造桥机施工技术被引进至渡槽施工当中，并获得成功。

满堂支架法是渡槽现浇施工中传统的施工方法，其优点是无需预制场地，无需大型起吊及运输设备，施工时上部结构受力与前期设计的结构受力基本一致，无需再进行施工阶段验算；缺点是搭施工脚手架和模板工作量大，施工期较长。满堂支架法一般适用于上部荷载相对较小，下部基础承载力较高，净空较低的情况，且该方法施工受汛期影响较大。漆水河渡槽最大净空为27 m，且下部持力层较深，为减小支架变形及基础沉降问题需先进行地基处理，对漆水河渡槽来说，采用满堂支架法不是最优方案。

造槽机法与满堂支架法都属于渡槽原位现浇方案，造槽机方案是在槽墩上安装支撑架及其整孔模板（内模及外模），然后在模板内进行浇筑作业、施加预应力，待完成一孔作业后，且混凝土达到设计强度后活动模板脱模并与支撑架一起移动至下一孔，然后调整并固定支撑架，组拼好模板，进行新的浇筑作业。该方法优点是不受河滩软弱地基或水中的地理环境影响，可以节省大量的落地支架和临时基础及地基处理的费用，并可在汛期施工。渡槽浇筑及模架移动时，在渡槽墩顶及渡槽顶部会受到一定的临时施工荷载，结构设计时需充分考虑。南水北调中线工程双泊河渡槽、湍河渡槽均采用造槽机法施工，效果良好。

架槽机原理及架设槽身的方法与公路、铁路架设桥梁方法基本相同。架槽机法施工过程工序为：首先在槽场预制槽身，在槽墩上架设槽机，由架槽机将预制好的渡槽放至轮轨式运梁车上，由运梁车将槽身运至槽位处，再由架槽机完成槽身架设。架槽机的优点是作业面主要在槽墩的顶部，不受河滩软弱地基或水中的地形影响；可采用地面预制，蒸汽养护，施工周期短，施工质量较高。缺点是占用临时施工场地较大，架槽机、运槽车及架槽机等施工机械成本较高。架槽机法适用于渡槽数量较多且对工期有要求的工程，南水北调中线工程沙河U型渡槽，其施工方法为架槽机法，共计228榀渡槽，目前渡槽已全部施工完成。漆水河渡槽槽数较少，若采用架槽机法，施工成本较大，不经济。

各方案施工设备费用见表1。

表1 各方案施工设备费用表 单位：万元

由表1可知：各施工方案中，40 mU形渡槽方案架槽机费用远高于另外两个方案，故架槽机方案首先予以排除。其余各方案施工费用相差不大，但是满堂支架法需要施工工期较长，且漆水河洪水对施工影响较大。

综合以上3种方案，满堂支架法虽为传统的施工方案，但搭施工脚手架和模板工作量大，需要进行地基处理，工期较慢、工序繁杂、受汛期及河道地形影响，施工质量不易保证。造槽机法虽可进行工厂化生产，工期及质量容易保证，但该方法需布置临时制槽场地，提槽、运漕及架槽等施工设备费用较大。本次渡槽施工方案，从技术先进性、施工浇筑质量考虑，采用造槽机法施工效能比最佳[4]。

4 结语

宝鸡峡漆水河倒虹改建渡槽工程，设计秉承“科学、精细、创新、优质”原则，对方案进行现场勘察，借助设计新技术新方法，多方比较，择优定案，务求建设优质精品工程，为提升工程运行经济社会效益奠定了可靠基础。建成后必将有效提升北干渠道安全输水性能，促进灌区粮果稳步增产，改善区域生态环境，工程建设成效显著。