韶山灌区现代化改造中楠竹长虹渡槽拆除重建方案分析

郭 妍

（湖南省韶山灌区工程管理局,湖南 湘潭 411100）

1 工程概况

韶山灌区是我国南方补充灌溉地区的一个典型的以大型水源工程为骨干,以库塘坝为基础,“长藤结瓜”,蓄、引、提相结合的水利灌溉系统,楠竹长虹渡槽是灌区内渡槽之一,始建于1965 年,渡槽总长 541 m,其中进、出口连接段长均为10 m,槽身段长 521 m,渡槽槽身段为双悬臂结构,槽身标准段长24 m,排架柱间距为12 m,每侧悬臂长6 m,渡槽排架柱采用200 #混凝土浇筑,槽身采用 200#混凝土矩形槽结构[1],渡槽整体结构见图1。楠竹长虹渡槽原设计流量9.5 m3/s。渡槽竣工运行至今长达 55 年,已超过设计使用年限。由于当时的经济条件以及建筑材料的限制,渡槽排架柱及槽身采用的是低标号钢筋混凝土结构,槽身的混凝土等级也只有 200#。目前排架柱、槽身混凝土均有不同程度破损,槽身错位,混凝土碳化现象普遍,止水带处漏水严重,存在较大安全隐患。在湖南省韶山灌区“十四五”续建配套与现代化改造,韶山灌区工程管理局会同设计单位对楠竹长虹渡槽进行了安全鉴定,鉴定结论为“四类渡槽”,需拆除重建,本文根据楠竹长虹渡槽安全鉴定结果,提出了渡槽拆除重建的方案。

图1 渡槽整体结构图

2 渡槽鉴定情况

2.1 现场调查评价情况

设计单位通过对楠竹长虹渡槽现场调查,得到以下结论：（1）楠竹长虹渡槽整体运行状态良好,排架柱整体状态良好,个别排架柱柱体、横梁上有小面积混凝土剥落及露筋；（2）槽身整体状态良好,局部槽壁有大量附着物,箱段伸缩缝处局部有混凝土大面积破损；（3）过水面部位局部出现混凝土磨损严重及骨料外露现象,个别槽箱左右有延渡槽纵向的较大裂缝,裂缝状态较为明显；（4）个别槽箱出现左右方向或者上下方向的错位,个别箱段错位较为明显,箱体止水带运行状态良好,个别止水带破损脱落；（5）人行桥桥面混凝土麻面严重 ,骨料外露,栏杆老化严重,个别栏杆底部出现露筋,多数桥面出现横向裂缝或者裂纹。渡槽现场检查情况见图 2。

图2 楠竹长虹渡槽现状

2.2 质量检测评价情况

通过现场对渡槽槽深结构、排架结构混凝土强度检测,钢筋保护层厚度检测得到以下检测结论：（1）混凝土回弹强度质量检测全部满足设计指标要求；（2）所测槽箱位置的碳化深度值小于钢筋保护层厚度,排架柱柱体混凝土碳化深度值基本大于钢筋保护层厚度,排架柱横梁混凝土碳化深度值基本大于钢筋保护层厚度；（3）所测槽箱侧壁钢筋间距大部分满足设计指标,排架柱柱体及横梁钢筋间距平均值在197 mm~264 mm之间,大部分数值超出钢筋间距的设计指标。

2.3 安全复核评价情况

通过洪水复核、流量复核以及结构计算复核,得到以下结论：（1）渡槽的洪水标准符合《水利水电工程等级划分及洪水标准》规范要求；（2）渡槽满足《灌溉与排水工程设计标准》（GB 50288-2018）规定的槽下净空高度要求；（3）加大流量下,渡槽的安全超高超过渡槽的净深,渡槽过流能力不满足规范要求[2]；（4）槽身横向结构配筋不满足规范要求,侧墙满足抗裂验算,底板截面裂缝开展宽度不满足要求；（5）槽身纵向结构配筋不满足规范要求,抗裂及挠度验算满足要求；（6）排架立柱纵向配筋验算满足要求,顶梁下侧配筋验算满足要求,顶梁上侧配筋直径偏小,不满足要求；中间梁下侧配筋验算满足要求,中间梁上侧配筋验算不满足要求,顶梁和中梁的抗裂验算均不满足要求,立柱和中梁的裂缝宽度满足要求,顶梁的裂缝宽度满足要求。

2.4 工程安全综合评价与建议

根据《渡槽安全评价导则》,结合各分项评定结论,对渡槽安全进行综合评价,综合分析渡槽工程地质条件、现场安全检查、工程质量、运行管理、防洪标准、结构安全性评价,建议评定渡槽安全类别为“四类渡槽”,需对渡槽拆除重建。

3 渡槽重建方案

3.1 地形地质条件

工程区地貌为丘陵间冲积平原类型,地势起伏不大,冲积平原呈条带状近南北向展布,地形平缓,地面高程41.1 m~45.8 m。1 条小河从平原区中部穿过,河宽约 40 m,河底高程约37.5 m,进口段山坡为缓坡类型,地面高程49.3 m~53.1 m,出口段地形相对较陡,呈斜坡~陡坡类型,地面高程45.5 m~70.5 m。渡槽槽墩地质情况描述如下：

（1）基础坐落在强风化砂砾岩上的有1 号~3 号槽墩,24号槽墩、39 号~41 号槽墩。地基土质量良好,基本能满足工程要求。

（2）槽墩基础坐落在可塑状态低液限黏土的有4号~7号、27 号~37 号槽墩。可塑状态的低液限黏土承载力基本能满足要求,通常具有中等压缩性,在上部荷载作用下会产生一定的沉降变形。

（3）槽墩基础坐落在软塑～流塑状态低液限黏土或淤泥质土的有8号~14号。该类型的地基土有机质含量高,湿～很湿,呈软塑状态为主,局部呈流塑状态,具有较低承载力和高压缩性,工程性质不良,不能满足工程要求,并且其处理措施也不当,导致工程运行过程出现较大沉降,致使上部结构出现拉裂现象。

（4）槽墩基础坐落在砂砾石层上的有15号~20号、26号。均位于主河槽及左岸漫滩上,质地不均,普遍含有大量淤泥质土和有机质,该层沉积年代不长,结构松散,具有中等~高压缩性,再者由于地基土不均,可能存在不均匀沉降,致使基础发生倾斜等情形。

（5）25号槽墩地基土不纯,其中1/3基底为砂砾岩、2/3基底为砂砾石,由于砂砾岩和砂砾石的变形特性的差异,存在导致基础发生倾斜的可能。

综上所述,结合设计方案,所有基础均采用的是扩大基础,并在基底布设10 cm厚的混凝土垫层。

3.2 选址选线

本次设计对原址重建和新址重建两种方案进行了比选,楠竹长虹渡槽线路比选见图 3。

图3 楠竹长虹渡槽线路比选示意图

方案一：距离原楠竹长虹渡槽（中心位置）上游约18 m新建渡槽,该渡槽槽身采用直线型双悬臂钢筋混凝土梁式渡槽矩形结构,支承结构为排架柱形式,排架柱间距 12 m,每侧悬臂长6 m,槽身标准段长24 m,此方案渡槽全长578 m。

优点：与原渡槽相比,渡槽与上下游干渠连接更加平顺,水力条件较好；可节省拆除原渡槽的工期和投资；同时,周边居民点密集,可减少拆除渡槽时对周边居民的噪声、粉尘等污染。

缺点：该方案需要对渡槽上下游干渠线路进行适当调整,与新建渡槽平顺连接。新建渡槽和新建渡槽上下游渠道需新增永久占地,韶河两岸多为耕地和居民点,征地移民协调难度大,投资高。

方案二：原址重建。拆除原楠竹长虹渡槽,并按照原建筑形式重建,该渡槽槽身段采用直线型双悬臂钢筋混凝土梁式渡槽矩形结构,支承结构为排架柱形式,排架柱间距12 m,每侧悬臂长6 m,槽身标准段长24 m,此方案渡槽全长541 m。

优点：与方案一相比,拆除原渡槽原址重建方案,无新增永久征地,且不涉及移民问题,此外渡槽上下游渠道线路无需调整,对当地生态环境影响较小。

缺点：与方案一相比,增加拆除73 万元拆除费用；拆除原钢筋混凝土渡槽产生的噪声、粉尘等对周边居民及环境产生不利影响；新建渡槽需在拆除原渡槽,清理完毕之后,影响新建渡槽工期。

方案比选：方案一总投资4037 万元,方案二总投资3582 万元。两个方案中方案一总投资较大,方案二总投资较小,方案二无新增占地,渠道线路无需调整,与方案一相比虽然增加了拆除费用,但无新增占地移民投资,总投资较小。因此,经过综合分析,将方案二作为推荐方案。

3.3 建筑物设计

（1）渡槽布置

原楠竹长虹渡槽在上井湾和下井湾之间跨域韶河,根据上一小节方案比选,选定原址重建楠竹长虹渡槽,拆除原渡槽槽身、排架柱及基础、上下游连接段,进行原址原规模重建,楠竹长虹渡槽纵断面布置见图4。

图4 楠竹长虹渡槽纵断面布置

（2）槽身结构选型

楠竹长虹渡槽设计流量为9.5 m3/s,加大流量为11.85 m3/s,渡槽上下游居民点较多,因此进行两种槽型方案比选。

方案一：矩形槽身

矩形槽身施工简单,模板利用率高,且适应大跨度拱式渡槽分段落梁,稳定性较好,缺点是水力条件较 U 型渡槽稍有不利,槽身工程量较大。

方案二：U型槽身

U型渡槽槽身一般较薄,槽身工程量较小,但对施工技术要求较高,需要专用模板,常用于预制吊装施工,当需要现场浇筑时,对支架基础及支架沉降要求高。一旦出现开裂、漏水等缺陷,修复较困难。同时,楠竹长虹渡槽保留通航功能,U型渡槽不能设横向拉杆、结构受力条件不佳,U型结构横向承载能力要求高。

综合比较,U型渡槽预制及施工难度较大、结构受力条件不佳,本阶段推荐采用矩形槽身结构作为楠竹长虹渡槽槽身基本断面型式。

图5 楠竹长虹渡槽标准段典型断面图

（3）下部结构选型

根据槽址处的地质条件、槽墩高度、渡槽流量、水文等因素,确定渡槽下部结构型式。根据具体情况,确定支承结构为双排架柱结构、局部采用重力墩,基础形式为阶梯型独立基础。

楠竹长虹渡槽推荐方案全长 541 m,进、出口连接连接段各长 10 m。渡槽布置：20 跨24 m 双悬臂梁式渡槽+1跨26 m双悬臂梁式渡槽+1跨8 m单悬跨梁式渡槽+1 跨7 m双悬臂梁式渡槽,以及2 跨10 m落地槽出口连接段。为增大排架整体刚度及承载能力,排架柱采用C40 混凝土双排架结构形式,排架柱尺寸60 cm×40 cm,基础采用C35 混凝土扩大独立基础,基础平面尺寸6.2 m×2.5 m。独立基础埋置深度增大,基础底部位于基岩面上。

4 结语

韶山灌区骨干工程在十三五期间续建配套与节水改造以后,险工险段、“卡脖子”渠道和病险建筑物基本得到改造,但受制于投资瓶颈制约,111 处建筑物尚未得到改造,特别是渡槽,因改造技术难度大、投资高,而被搁浅,本次在湖南省韶山灌区“十四五”续建配套与现代化改造建设中对渡槽进行重建或者改造,完善灌排设施工程体系,是灌区内补齐工程设施短板的重要措施,也是推动灌区可持续发展,支撑湘潭地区粮食稳产高产的基础保障,建议政府部门尽快推动实施。