咸阳市彬长矿区输配水工程渡槽的设计与施工要点分析

何毅伟

（福建路港（集团）有限公司，福建 泉州 362000）

1 工程地质概况

咸阳市彬长矿区输配水工程渡槽设计总长268.6 m[1]，其中跨河谷段长163 m，最大槽墩高19m，设计输水流量为Q=30 m3/s设计底坡i=1/1000，断面净宽3.5m，高4.12m，正常水深3.4m。在渡槽进口布置有分水、退水闸及节制闸，渡槽在平面上还与公路交叉布置。

设计渡槽处于浅切割缓丘地形区，进出口山坡地段基岩岩性为砂岩、粉砂岩、长石石英砂岩夹少量泥岩夹层，进口段为中等倾角斜交顺向岩质边坡，地形坡度较缓，无较大不良地质现象；河谷段阶地冲积砂土、砂砾石层厚3.2 m，承载力不高、中压缩性，易产生压缩变形及不均匀沉陷问题，地下水位处于阶地松散砂土层以下；出口段为上缓下陡的缓倾角斜交反向岩质边坡。主要物理力学参数有：强风化基岩变形模量E0=1 GPa～3 GPa，容许承载力fa0=0.8 MPa～1.2 MPa，岩体抗剪断强度f'=0.55～0.6，粘聚力c'=0.1 MPa～0.2 MPa。

2 工程布置

2.1 轴线布置

渡槽（S32+065.869m～S32+334.470 m），总长 268.60 m，上接隧洞出口、下接隧洞进口，轴线呈直线布置。包括分水口箱涵段（长13.674 m）、检修节制闸段（长10 m）、进口箱涵段（53.427 m）、跨北前公路段（长13 m）、跨河谷段（长150 m）及出口箱涵段（长28.5 m）。

2.2 体型比选

2.2.1 结构体型的比选

渡槽纵向结构一般可采用梁式、拱式、桁架式、拱梁组合式及斜拉式等几种型式，各种型式各具优缺点，其中前三种采用较为广泛。该输配水工程线路上渡槽均处于高地震区，水平地震动峰值加速度0.3 g，在特殊组合Ⅲ（地震+设计水深）下，上部结构将产生较大地震惯性力，要求结构尽可能采用延性较好、抗震性能较为有利的结构体系。本段设计输水流量相对较小，根据总体布置，槽身底宽3.5 m，横向尺寸较小，选择梁式、桁架式纵向体系较为有利，考虑桁架式结构杆件制作较为复杂、施工吊装难度大、横向上不便于与槽身相结合，而梁式结构能结合渡槽横向结构设计，设计、施工相对简单等特点[2]，本段各渡槽纵向结构均推荐采用梁式体系。考虑施工条件及结构受力尽量简单，本段渡槽推荐采用简支梁式结构。

2.2.2 槽身截面形式的比选

渡槽槽身横断面型式有矩形、U形、梯形、半圆形、半椭圆形和抛物线形等，常用矩形与U形[3]。输配水线路上渡槽引水流量不大，矩形和U形均适用，渡槽大多处于山区，所跨河谷或冲沟大多切割较深、跨度不大，进出口原始地形狭窄，不便于渐变段布置。根据总体设计，各渡槽进口基本都布置有退水或检修闸，其中渡槽尚布置有分水闸，从而使得干渠断面在由隧洞矩形过水断面向U形断面过渡的渐变段尤难布置，加之矩形断面具有结构简单、便于布置人形设施、施工工艺简单等优势，因此本段采用矩形断面形式，断面底宽和底坡与相同流量的隧洞、暗涵相同。矩形槽身有悬臂侧墙式、加肋式、箱式、多纵梁式和多厢联式等多种型式，设计时主要依据槽身过流量进行选取，前两种适用于较小流量渡槽，多纵梁式和箱式适用流量较大，多厢联式适用于大流量渡槽。本设计渡槽最大流量Q=30 m3/s，悬臂侧墙式、加肋式、箱式三种横断面型式均能够满足要求，其中箱式结构为封闭刚架，受力状态最好，整体抗弯刚度最大，且可利用顶板布置人行便桥，因此推荐采用。

2.2.3 渡槽跨度的比选

当采用普通钢筋混凝土结构时，简支梁式渡槽常用跨度为8 m～15 m，若采用预应力钢筋混凝土结构，则可以加大到30 m～40 m[4]。对普通钢筋混凝土结构考虑了10 m、12 m、15 m三种跨度进行结构计算比较，再取其中较优者与跨度25 m预应力钢筋混凝土结构比较，最终推荐典型设计跨度。

经结构配筋计算，采用普通C30钢筋混凝土结构时，渡槽在正常情况下结构尺寸（底板及两侧边墙厚度）由槽身横向抗裂控制，跨度10 m、12 m、15 m均能满足要求，在相同纵向配筋条件下，跨度10 m、12 m的渡槽纵向底板抗裂较横向有一定富裕，跨度为15 m时，纵横向抗裂承载力差别不大，因此渡槽进出口段跨度按不大于15 m控制，采用C30普通钢筋混凝土结构。渡槽跨河谷中间段，对跨度15 m的C30普通钢筋混凝土结构和跨度25 m的C40预应力钢筋混凝土结构进行初步比较分析。考虑结构横断面尺寸不大、且为箱形结构，不便于横向预应力钢筋布置，预应力方案横断面结构尺寸按普通钢筋混凝土结构抗裂控制尺寸设计，因此两个方案在横向上断面相同、配筋相同，仅在纵向上布置钢绞线。经初步比较，采用跨度25 m预应力结构在布置、工程量上相对较优，推荐采用。

2.2.4 设计比选结果

设计渡槽槽身段总长163 m，断面型式为箱型，B×H=3.5 m×4.12 m，共设7跨，其中13 m段单独作为一跨，采用C30钢筋混凝土结构，其余6跨为跨石河河谷段，为单跨长度25 m的C40预应力钢筋混凝土结构。渡槽槽身结构图见图1。

2.3 渡槽与公路交叉布置

平面布置上均无法避开公路，干渠在桩号K32+150 m与北前公路交叉，平面交叉角度54°。分水/退水闸在陡坡段与北前公路交叉，平面交叉角度66°。因交叉段公路路面高程906.59 m，渡槽底板高程908.80 m，除去渡槽梁高0.75 m，渡槽梁底距离公路2.21 m，不满足交通要求。平面布置图见图2。

图2 渡槽与公路平面交叉布置图

根据设计及施工经验[5]，拟结合渡槽基础开挖对交叉段公路进行改造，将交叉段公路高程降低2.79 m至903.8 m，两边以i=5%坡度与原路面相接，槽底净空高度5 m，满足公路工程技术标准的要求。该段地形平缓，路基位于基岩上，改造工程量较小，施工便利。渡槽与公路交叉改造见图3。

图3 渡槽与公路交叉改造图

3 渡槽计算

3.1 槽深横向结构计算

1）计算基本资料及计算模型

槽身为箱型截面，断面净尺寸3.5 m×4.12 m（B×H），衬砌厚度：底板0.45 m、两侧边墙0.4 m、顶板0.3 m。槽身横向计算取单位长度（1 m）进行，模型为矩形封闭刚架，经进行对称简化后，计算简图见图4。

图4 渡槽槽身计算简图

2）荷载组合

荷载组合见表1。

表1 渡槽荷载组合情况表

承载能力状态各荷载分项系数[6]：结构自重取1.05，水压力取1.0，人群荷载取1.2；正常使用极限状态下，各荷载的分项系数均取1.0。钢筋混凝土重度取25 kN/m3，水的重度按10 kN/m3计。水荷载、槽身自重，人行荷载均考虑为均布荷载。

3）内力计算结果

各工况下内力计算成果分别见表2（篇幅所限，只列出弯矩图）。内力成果以工况1为例，弯矩图，轴力图见图5。

表2 渡槽槽身横向内力计算结果表弯矩（kN·m）

图5 渡槽槽身内力图—工况1

3.2 槽身横向配筋计算

根据以上内力计算结果，对槽身横向进行配筋计算，其中底板及顶板为偏心受拉构件，侧墙按受弯构件计算[5]。

表3 渡槽横向配筋计算材料参数表

本工程为输水工程，建筑物级别为二级，为保证混凝土的抗渗性及结构的耐久性，在正常运行工况槽身按抗裂设计。

渡槽横向钢筋均为构造配筋：底板、侧墙、顶板均每米配置5Φ16 mm的HRB钢筋，截面积1005 mm2，对称配筋。

槽纵向钢筋配置为：15m跨度段，受拉普通钢筋配置44Φ20mm的HRB钢筋，钢筋截面积13816 mm2，对称配筋；25 m跨度段，受拉普通钢筋配置40Φ25 mm的HRB钢筋，对称配置，预应力钢筋配置Φs15.2钢绞线44束，其中每11小束合并成1大束，共计4大束配置于槽身边墙底部，钢绞线截面积6160 mm2。

4 施工要点

渡槽施工时应严格遵守相关水工结构施工规范及公路桥涵施工技术规范等有关技术要求[6]。总体施工顺序为先下部后上部，先基础后结构。凡因施工需要而断开的钢筋当再次连接时，必须进行焊接并应符合施工技术规范的有关规定。施工中若钢筋发生矛盾，允许进行适当调整布置，但混凝土保护层厚度应予以保证。定位时应采用可靠、精确的方法完成坐标定测，放样应对提供的坐标进行复核。施工单位应尽可能采用先进技术和先进设备，确保施工质量。

5 结语

渡槽是输水工程线路上最常用及重要的输水建筑物之一。本输水渡槽于2018年11月开工建设，目前正在建设中，根据其自身特点，结合设计施工经验，进行合理的轴线比选、体型比选、交叉建筑物设计、通过进行结构计算及配筋计算等选配出渡槽钢筋，抗裂满足规范要求，根据施工经验总结出施工要点，可为相似工程设计提供参考。