冯家山灌区雍水河渡槽重建方案设计分析

王宗水，魏小彬

（宝鸡市土木建筑勘察设计院，陕西 宝鸡 721001）

1 原渡槽设计方案

渡槽位于凤翔县彪角镇瓦岗寨村东的雍水河上，总长度116 m。①原扭面为50＃砂浆砌石，进口长10 m，出口长16 m；扭面与槽壳间有连接段,长3 m；槽身长84 m，分6 跨，每跨长14 m，纵向支承为简支梁式；槽身断面为U 型，口宽4.2 m，弧底半径2.1 m，深2.78 m；槽身 6 网 5 筋薄壳结构，400＃水泥砂浆，壁厚 48 mm；拉杆沿槽口每米设1 根，两边各有1.3 m 宽的架子车桥；槽壳比降i＝1/700，糙率n＝0.012；最大水头损失0.396 m，槽前雍水0.026 m，槽内最大水深2.29 m，相应流速3.37 m/s。②渡槽洪水标准是依据该河上游东风水库溢洪道的下泄流量确定的，按50 年一遇洪水下泄流量360 m3/s 设计，按100 年一遇洪水下泄流量503 m3/s校核，最大冲刷深度为4.8 m。③槽壳用砼轻型单排架支承，排架最大高度8.85 m。立柱中心距2.7 m，断面长宽为0.45 m×0.3 m；横梁间距3.3 m，断面宽高为0.3 m×0.4 m，横梁与立柱贴角0.2 m×0.2 m；柱顶有短悬臂牛腿，臂长0.2 m，高0.6 m，倾角45°；排架与基础用固端连接。④排架基础为双杯口座式结构，150＃砼，底面宽长2.5 m×5.0 m，厚0.4 m；杯深0.6 m，杯壁厚0.4 m；基础埋深2.5 m～3.0 m，埋深较浅，采用在基坑内回填大漂石和砂卵石填缝的防冲刷加固处理措施。⑤渡槽进出口为黄土填方体，设计干容重1.6 t/m3，填方坡脚用50＃水泥砂浆砌石防护。防护高度3.45m，基础埋深1.5 m。⑥伸缩缝为塑料止水带压板式连接，楔口用1∶1∶4 沥青粉煤灰砂浆填充。

2 原渡槽的施工质量

该渡槽是冯家山灌区的首座大型钢丝网水泥薄壳渡槽。除吊装由陕西省机械化公司施工外，其余为兵团民工施工。由于是首次进行这样的施工，经验不足，工程质量不甚理想。

“槽壳砂浆强度设计为400 号，试块测压强度为315 kg/cm2～485 kg/cm2，强度合格率为60%，局部地方有露网露筋。进出口填方体的干容重设计为1.6 t/m3，实测合格率为进口段86.4%，出口段62.6%。槽底比降设计为1/700，竣工为1/1115。”上述工程质量情况，引自1979 年12 月冯家山水利工程竣工总结报告附件二十六《渡槽工程竣工报告》第4 页。

在《渡槽工程竣工报告》第6 页中讲到：“①原设计进口型式不好，扭坡太短，收缩太快，以致行水时槽前雍水，槽内形成冲击波浪，影响过水能力。②由于橡皮止水带与设计型号不符及施工不精细，各止水缝都漏水。虽然渡槽不同程度的存在一些问题，但可交付使用，遗留问题可在管理运用中继续完善。”

在冯家山水利工程竣工验收材料之三《冯家山水利工程竣工总结报告》第43 页中有这样的描述“（1）雍水河渡槽设计比降1/700,施工比降1/1115；（2）渡槽进口漏水，河床冲刷严重，1975 年～1976 年做了返工和加固处理，效果较好，但由于进口体型不好，加大流量不能通过，需另作处理。”第50 页中描述“北干雍水渡槽进口体型应改善，否则加大流量不能通过。”

3 运行情况及存在问题

雍水河渡槽建成于20 世纪70 年代初期，2004 年6 月19日测得在满槽过流情况下的最大输水能力为22.18 m3/s，相应渠道水深2.91 m，主要问题是加大流量26 m3/s 不能通过。

目前渡槽已经运行了三十多年，老化问题日趋严重。主要表现在以下几个方面：①填方体沉陷，扭面产生横向裂缝5 条～8 条，上下游填方体出现渗水和漏水。②止水带老化，漏水严重。螺栓严重锈蚀碳化，楔口砂浆完全脱落。③基础沉陷导致排架沉降，使槽壳呈折皱状。④槽壳原设计筋网的保护层厚度仅3 mm，存在露网露筋、砂浆强度低等先天性缺陷。目前槽壳外层筋网严重碳化，丝网裸露。内壁有龟纹状裂纹，首跨槽壳左上角支座与薄壳相接处，有0.5 m 长的裂缝。在大流量下，渗水十分严重。⑤截止2006 年，最大输水能力不足22 m3/s。严重制约了70.6 万亩农田的灌溉，特别是在灌溉用水的高峰期，发生了下游农民抢水的不良局面，已经成为制约灌区农业发展的瓶颈，亟待解决。

4 重建方案

经调研和专家会诊，共同商定，原渡槽已没有维修利用和加固的价值，需整体拆除重建。

（1）按照整体现浇的施工顺序，分两步进行。第一步首先完成新建排架和基础的全套施工及验收工作。第二步在灌溉闲歇的几个月时间里，应完成的工作内容：①完成旧渡槽的拆除及施工场地的清理和整理，再搭建牢固的满堂脚手架。②按照伸缩缝位置，完成渡槽（扭面、连接段和槽箱）的底模板及立模板的支护工作。③分段绑扎钢筋和固定止水带。经检查合格后，方可浇筑砼。④槽箱和悬空构件的砼应达到28 d 龄期、其余部位的砼应达到15 d 龄期以后，方可拆除模板。⑤阶段验收合格后，止水带缝隙内充填防水油膏并用水泥砂浆填充备用止水槽，并且抹平压光。到此，工程施工的主要工作量已经基本完成，可以输水灌溉，剩余工作内容可在后期继续完成。

（2）根据目前设计和施工的成熟经验，按照结构设计简单可靠，施工方法快速便利的要求，综合考虑重建方案为：①进出口扭面改为现浇C15 素砼，厚度30 cm，板下满铺复合土工膜料(上层为150 g/m2的土工布，下层为厚0.25 mm 的聚氯乙烯薄膜）的板膜复合结构。进口改为12 m 长，出口改为18 m 长。②扭面与槽箱之间改为5 m 长的C20 钢筋砼连接段。③新渡槽是在原工程基础上进行重建的，工程总体布局基本不作调整。重建中为便于施工，缩短工期，减轻对灌溉的影响。新设计的矩形槽箱长度90.8 m。分为7 跨，中间5 跨各长14 m，首尾2 跨各长10.4 m。新建排架在原支撑中间位置，这样可以在拆除原渡槽之前先进行基础和排架的施工，缩短灌溉的中断时间。④槽身采用结构简单、施工方便、适应性强、坚固耐用、造价较低的有拉杆加肋矩形槽。槽箱内部尺寸为（宽×深＝4.6 m×3.6 m），槽口两边有净宽1.2 m 的人行道板。⑤考虑到分段进行现浇砼施工，在关键部位的伸缩缝用“651 型橡胶止水带+缝内充填防水油膏+ 预留备用止水槽（深×宽＝6 cm×32 cm）”的双保险措施。⑥槽箱断面设计经多种方案比较，最终确定。设计比降改为i＝1/1600，糙率取值n＝0.015。⑦渡槽的输水能力仍按设计流量22 m3/s、加大流量26 m3/s设计，维持原有工程标准不变,渡槽设计总长度变为130.8 m。

4.1 矩形槽箱的水力计算

水力计算决定了输水能力的多少和槽箱尺寸的大小，以及建造成本高低。槽箱采用明渠均匀流公式，见下式：

计算结果见表1。

表1 渡槽水力计算结果

4.2 槽身截面拟定

依据水力学计算和灌溉需求，考虑到现状渠道输水不畅，壅水比较严重等因素。先拟定了多个断面和纵向比降，经过相互比较，最终确定槽箱断面采用（净宽×净高＝4.6 m×3.6 m），渡槽的安全超高为0.72 m，槽箱净高与上下游渠道深度齐平的方案。槽箱的纵向设计比降i=1/1600，糙率n=0.015。其断面尺寸见图1。

图1 槽箱断面尺寸图（单位：cm）

4.3 水头损失与水面衔接计算

上下游渠道均为梯形断面。渠底宽3.8 m，渠道深3.6 m，内坡比1∶1.25。渠道比降为i=1/5750，设计流量22 m3/s，加大流量26 m3/s。最大流速1.22 m/s，最大水深2.88 m。经过计算：

①渡槽进口水面降落ΔZ1=1.15(V22-V12)/2g=0.147 m；

②槽身水面降落ΔZ2=i·L=0.057 m；

③渡槽出口水面回升ΔZ3=1/3·ΔZ1=0.049 m；

④总水头损失ΔZ=ΔZ1+ΔZ2-ΔZ3=0.155 m。

渡槽进口（桩号0+135.60）处的渠底高程为677.48 m，渡槽出口（桩号0+266.40）处的渠底高程为677.27 m。考虑到下游原渠道壅水比较严重，下游渠道的水深按h2=3.0 m 设计，由下向上推演，其计算结果为：①槽箱出口(桩号0+243.40)处的槽底高程为677.34 m；②槽箱进口（桩号0+152.60）处的槽底高程为677.397 m；③上游渠道（桩号0+135.60）处水深h1=2.944 m。④上游渠道壅水0.064 m，符合规范要求。

5 结语

重建渡槽方案设计简单，技术成熟，风险系数和施工难度较小，能充分利用灌溉闲歇时间，在拆除旧渡槽前，提前进行基础和排架施工，缩短了灌溉中断时间，工期的安排上较为合理，投资较低。总工期为9 个月，总造价413.31 万元。经过近十几年来的输水灌溉，渡槽的输水量和稳定性均满足相关要求，取得了较好的社会经济效益。