浅谈高大多跨连拱渡槽槽墩及基础设计的几点体会

谢 林

（四川南充水利电力勘察设计研究院，四川 南充 637000）

渡槽是输送渠道水流跨越河渠、道路、山冲、谷口等的架空输水建筑物，是渠系建筑物中应用最广的交叉建筑物之一，除用于输送渠水进行农田灌溉、城镇生活用水、工业用水、跨流域调水等外，还可供排洪和导流之用。

随着国民经济建设发展，钢筋混凝土拱式渡槽成为工程中运用较为广泛的渡槽型之一。肋拱渡槽由于其主要受力特点是主拱圈将拱上铅直荷载转变为轴向压力，传给墩台以水平推力，而拱内弯矩较小，故其跨度可以达到百米以上。关于各种类型渡槽设计的理论、计算方法已有大量书籍、文献，故不再赘述。本文主要通过工程实例，论述在高大连拱渡槽槽墩及基础设计的几点心得体会。在保证结构安全的前提下，对结构设计进行优化，节省工程投资。

1 肋拱渡槽墩台及基础设计的几点体会

1.1 肋拱单拱跨度L 及矢跨比f/L 对槽墩稳定的影响

（1）确定肋拱合理的单跨跨度L，单拱跨度应结合肋拱的横向宽度来拟定，过小的宽跨比对肋拱的横向稳定是不利的。若单拱跨度拟定得较小，在肋拱宽度不变的情况下，肋拱的宽跨比增大，虽然对渡槽肋拱的横向稳定是有利的，但是下部结构槽墩个数增加较多。尤其对于高大的多跨连拱渡槽来说，加强墩的个数也相应增多，使下部结构槽墩的工程量增大。经实际比较认为，对于高大的多跨连拱渡槽，采用中等跨度（单跨跨度40～55m）的拱圈较为经济[2]。

（2）确定合理的矢跨比，根据结构力学分析，槽墩承受的水平推力V 随矢跨比的增大而减小较小，竖向力N 随矢跨比的增大而增大。一般来说，若高大的多跨连拱渡槽基础条件较好，可选用较大的矢跨比1/3～1/4；若基础条件较差，可选用较小的矢跨比1/4～1/5；设计时应根据具体条件反复研究进行比较，选择最优的方案。

1.2 肋拱上部结构荷载的加载顺序对槽墩稳定的影响

（1）肋拱上部结构荷载的加载顺序对槽墩稳定的影响

墩台结构稳定除与上部结构传来的荷载大小有关，更重要的是确定肋拱及上部结构合理的施工及加载顺序，对结构安全及工程投资影响较大。

对于中间普通墩（对称墩）而言，最不利工况是在施工期，如果不对称加载，则形成的单向水平推力也较大，故墩台的结构尺寸也相应增大，不经济。

对于中间普通墩（对称墩），施工时应遵循分层、分段对称加载的原则：

具体的施工及加载顺序：①首先逐跨浇筑全部裸拱②然后再对称施工拱上排架③最后再对称施工拱上排架顶部槽身。

对于制动墩（单向推力墩），最不利工况是在运行期间。结构设计计算一般考虑是设计流量水深或加大流量水深工况时，应满足承受相邻拱跨突然失事对槽墩造成的单向水平推力，其值远远大于施工期形成的单向水平推力。因此，施工期间肋拱上部结构荷载的加载顺序对于制动墩影响很小。

槽墩设计时应重点研究肋拱上部结构荷载的加载顺序对中间普通墩（对称墩）的影响，施工时应满足对称加载原则，在满足结构安全的条件下，优化结构设计节约工程投资。

1.3 槽墩型式的选择

1、重力式实体墩和空心墩

根据材料力学的相应计算公式分析：由于实心墩截面面积A 较大，受弯抵抗矩W 较大，在轴向力N 以及水平力V 作用下，实心墩截面形心压应力很小。

重力式实体墩的墩体强度及稳定性容易满足要求，但用材较多，自重大。

空心式重力墩可以充分利用材料强度，自重轻，材料省，空心墩可以采用钢滑膜施工，施工速度快，质量好。同样高度下实体墩与空心墩比较：空心墩可比实体墩节省圬工20%～30%,钢筋混凝土空心墩比实体墩可以节省圬工50%左右。

因此，对于高大渡槽的槽墩，若地基覆盖层较厚，地基承载力较差。在满足结构稳定的前提下，宜优先采用空心重力墩。

1.4 槽墩基础型式的选择

地基条件较差时，基础型式的选择对施工工期、工程投资等影响较大，基础型式的设计时应结合施工的实际情况进行[3]。

在满足槽墩抗滑、抗倾稳定的条件下，一般来说，高大渡槽的槽墩自重都较大，对地基承载力要求较高，对地基沉降量的敏感性较高。设计中不可避免地会遇到槽墩墩址处覆盖层较厚，地基承载力较差的情况。

为满足槽墩的地基承载力要求，槽墩基础埋置深度较深。在具体设计过程中，拟定了刚性扩大基础和桩基础+承台方案进行了对比分析，总结如下：

1）、埋置较深的刚性扩大基础方案

优点：设计计算较成熟，设计方便，施工工艺方法简单[4]。

缺点：施工临时占地较多；需进行大开挖，基坑开挖及回填工程量较大，需要设置专门的弃渣场，水保、环保费用高；深基坑开挖施工过程中安全风险大；施工进度慢，施工过程中措施费较高。

2）、桩基础+承台方案

优点：施工临时占地较少；桩基钻孔弃渣较少，可就近堆放，不需要设置专门的弃渣场，水保、环保费用较低；可有效避免深基坑大开挖施工过程中的安全风险；目前桩基采用旋挖机进行施工，施工速度快。

缺点：采用规范推荐的“M”法进行桩基承载力计算时，边界条件及参数比较复杂，尤其在进行桩基水平承载力计算时，柱侧地基岩土弹性抗力系数的比例系数m 取值对水平承载力的影响较大，弹性抗力系数的比例系数m 取值需根据桩基水平承载力试验确定[5]。

但是总体而言，经技术、经济综合比较：对于高大连拱渡槽基础，桩基础+承台方案优于埋置较深的刚性扩大基础。因此，对于基础持力层埋置较深的高大渡槽槽墩基础，宜优先考虑桩基+承台方案。

2 结束语

综上所述，高大连拱渡槽设计是水利水电工程建设的重要环节，如何选择合理的设计方案、结构计算模型以及计算参数的取值，其关系着工程的安全运行。合理的方案选择是影响工程进度和投资的关键因素，因此，在进行高大连拱渡槽设计时，除应结合渡槽槽址处具体的地形地貌、工程地质条件及水文地质条件等，设计时应尤其注意结合施工方案和类似工程经验等进行经济、技术比较选择合理的结构型式。