鄂北水資源配置工程2016年11標龍泉河渡槽的設計與優化

王振光 張淑鵬 王 敏 王彩艷

湖北省鄂北水資源配置工程是從丹江口水庫清泉溝隧洞進口引水，向沿線城鄉生活、工業和唐東地區農業供水，解決鄂北地區干旱缺水問題的一項大型水資源配置工程。工程線路整體呈西北—東南方向。先后穿越襄陽市、襄州區，棗陽市，隨州市、曾都區和廣水市，線路總長度269.67km，輸水干渠設計流量1.8～38m3/s。工程主要建筑物由取水建筑物、明渠、暗渠、隧洞、倒虹吸、渡槽和節制閘、分水閘等水工建筑物組成。龍泉河渡槽段樁號232+770—233+500，渡槽長度0.73km。渡槽設計流量7.4m3/s，槽底縱坡1∶3500，設計水深2.1m。渡槽進、出口漸變段長8m和12m，槽身長710m，設4cm伸縮縫，每跨長15m和10m，共48跨，設計為單孔矩形槽，采用現澆鋼筋混凝土結構形式，建筑物級別為3級。

1 水文、氣象、地質資料

龍泉河渡槽位于湖北省廣水市，年平均氣溫15.5℃，年均降水990mm，多集中于夏季，冬季少雨雪，寒冷且多風。

槽址處地下水類型主要為孔隙潛水和基巖裂隙水?？紫端褐饕植荚诘谒南邓缮⒍逊e物中，賦存在山坡殘積層及沖溝沖積層中的地下水，主要由大氣降水及泉水補給，以蒸騰蒸發及補給河水和基巖裂隙水的形式排泄，水量較貧乏?；鶐r裂隙水：主要分布在基巖的構造裂隙、風化裂隙中，水量較貧乏，且不均衡，主要靠大氣降水或河水補給，河床為其排泄基準面。

場區土層上部為堆積黏性土、淤泥質壤土、砂卵（礫）石等，下部為絹云鈉長片巖或變輝長輝綠巖。

根據GB18306—2001《中國地震動參數區劃圖》，工程區地震動峰值加速度小于0.05g，相應地震基本烈度小于Ⅵ度，區域穩定性較好。

2 龍泉河渡槽的設計與優化

2.1 結構型式

2.1.1 上部結構

原招標設計槽身結構橫斷面為帶有側肋的矩形結構，帶側肋施工模板復雜，工期相對較長，因此，施工圖階段對原設計進行了優化，為施工提供了方便，并通過計算，滿足規范要求。渡槽單槽內輪廓尺寸3.3m×2.7m（凈寬×凈高），外輪廓尺寸4.3m×3.35m。渡槽為簡支梁式單箱矩形渡槽，橫斷面為有拉桿肋板式矩形渡槽。槽身采用C30W6F150混凝土。優化后的槽身結構如圖1、2所示。

2.1.2 下部結構

基礎設計洪水標準為30年一遇頻率，校核洪水標準為100年一遇頻率。槽墩分別為排架和實體形式，基礎為鋼筋混凝土灌注樁。槽墩最大高度25m。每個槽墩下設置兩根直徑1.2m的鋼筋混凝土灌注樁，中心距3.55m。墩帽及墩身采用C30F150混凝土；承臺采用C30F150混凝土。在龍泉河及龍泉河支流處墩身采用實體墩身。

原招標設計基礎均為樁基礎，長度為15m。施工圖階段對地質進行了復測，根據地質、地形等資料，考慮設計安全、施工難度等因素，在河床段，即軸線14～25和軸線37～45，槽墩基礎采用樁基礎，樁基礎為嵌巖樁，樁端作用在變輝長輝綠巖弱風化層或絹云鈉長片巖弱風化層；在河床兩岸，即軸線0～13、軸線26～36和軸線46～48，槽墩基礎采用擴大基礎，基礎作用在變輝長輝綠巖強風化層或絹云鈉長片巖強風化層。如圖3所示。

圖1 優化設計后槽身結構立面圖（單位：cm）

圖2 優化后槽身結構體型圖（單位：cm）

圖3 渡槽槽墩體型圖（單位：cm）

2.2 附屬結構

2.2.1 支座

支座是連接渡槽上部結構和下部結構的重要部件，主要作用是將上部結構的恒載與活載反力傳遞到槽墩上，同時保證結構所要求的位移和轉動。龍泉河渡槽招標設計采用盆式橡膠支座，盆式橡膠支座具有承載能力大，水平位移量大、轉動靈活等優點，一般用于大跨度或流量較大的渡槽，或地震烈度大的地區。龍泉河渡槽所處地區地震基本烈度小于Ⅵ度，跨度數量多，流量較小，跨度分別為15m和10m，因此，施工圖階段進行優化，采用板式橡膠支座和聚四氟乙烯滑板式橡膠支座。由于是簡支梁式渡槽，每節槽身一端設固定支座，另一段設置活動支座，固定支座設置在沿槽身縱向高程較低的一端。經計算，選用的支座能夠滿足有關規范的要求。渡槽支座的選用為工程節省了投資。

2.2.2 止水

槽身與進出口建筑物之間及各節槽身之間設置伸縮縫，接縫止水失效是引起渡槽滲漏的首要原因，從而影響渡槽的安全運行，因此，接縫止水的設置非常重要。止水設置既要能適應變形的需要，又要能防止漏水，做到嚴密可靠，渡槽接縫止水是設計需要考慮的重要環節。

槽身的止水形式很多，一般分為搭接型和嵌縫型兩大類。龍泉河渡槽伸縮縫寬度為4cm，渡槽標準段及漸變段均采用兩道止水的措施，第一道，設置在渡槽內側，采用壓板式止水，止水帶中U型部分根據接縫變形量設計，該種止水方式應用廣泛，止水效果好，抗繞滲能力強。第二道采用紫銅片止水，這種止水方式抗腐蝕能力強，強度高，能承受較大變形。

2.3 結構計算

渡槽上部結構設計荷載：結構自重、槽水自重、靜水壓力、動水壓力、風壓力、人群荷載、溫度作用、混凝土收縮、徐變影響力、地震荷載。

2.3.1 基本組合

2.3.1.1 持久狀況

槽中為設計水深、有風工況下作用于槽身或支承結構的各種荷載。

2.3.1.2 短暫狀況

（1）槽中無水、有風、檢修工況下作用于槽身或支承結構的各種荷載。

（2）槽中為滿水、無風工況作用下槽身或支承結構的各種荷載。

（3）渡槽施工、有風工況下作用于槽身或支承結構的各種荷載。

2.3.2 偶然組合

（1）槽中為設計水深、地震、有風工況下作用于槽身或支承結構的各種荷載。

（2）槽中無水、有風、漂浮物撞擊工況下作用于槽身或支承結構的各種荷載。

進行正常使用極限狀態驗算時，應按荷載效應的短期組合及長期組合分別驗算。

槽身結構計算首先采用結構力學的方法，將槽身分為縱向和橫向，分別按平面力系假定進行內力計算，通過計算，渡槽槽身縱、橫向結構均能滿足承載力極限狀態及正常使用極限狀態要求，為了對計算成果進行進一步復核，龍泉河渡槽設計采用SAP8450結構計算分析通用程序進行了整體計算。上部主體結構為三維桿件單元。渡槽上部結構頂板、底板、側墻采用板殼單元，帽梁、橋臺、承臺、橋墩等采用梁柱單元和板殼單元進行模擬。根據巖基抗力系數，采用彈簧支座模擬樁基礎受力狀態，整體建模。

模型采用渡槽5跨結構建模，進行整體模型運算。計算模型如圖4所示。

圖4 SAP8450結構計算分析通用程序渡槽建模模型

計算結果：根據程序SAP8450設計結果分析，板殼應力狀態均滿足抗裂設計要求。結構受力均滿足規范設計要求。梁、板、柱、橋墩等配筋滿足規范要求，如圖5～7所示。

圖5 SAP8450結構計算分析x方向渡槽應力（單位：kPa）

圖6 SAP8450結構計算分析y方向渡槽應力（單位：kPa）

圖7 SAP8450結構計算分析位移圖（單位：m）

3 施工要點

渡槽是由進出口建筑物、基礎、支承結構及架空輸水槽身等若干部分組成，龍泉河渡槽槽墩分別采用排架和實體墩，基礎采用擴大基礎和鉆孔灌注樁基礎。施工順序為鉆孔灌注樁—承臺—排架或實體墩—槽身—欄桿，施工中嚴格規范施工程序。淺基礎開挖，為防止坑壁坍塌，可對坑壁做臨時支撐。鉆孔灌注樁的施工，一般包括鉆孔、清孔、鋼筋骨架綁扎與架立、灌注混凝土等項，鉆孔達到設計深度，灌注混凝土前，嚴格控制沉渣厚度，對于端承樁，不應大于50mm，對于摩擦樁不應大于100mm，對抗拔、抗水平力樁，不應大于200mm。應嚴格控制樁孔澆筑混凝土的塌落度。槽墩施工可采用滑升模板法或爬升式施工方法。

龍泉河渡槽為現澆混凝土矩形槽身，槽身混凝土全部以現澆方式進行，槽身模板和鋼筋安裝是施工的重要環節，綁扎、焊接、綁扎數量、間距等應嚴格按照設計要并符合有關規范要求，槽身混凝土澆筑，采用插入式振搗器振搗，為保證混凝土澆筑質量，澆筑過程中應嚴格控制水灰比和塌落度，支撐模板應牢固，防止跑模，混凝土攪拌均勻充分。拆模后掛草袋灑水養護或噴混凝土養護劑進行養護。

止水施工時，保證緊固面平整，緊固力大小合適，保證施工質量，保證止水充分發揮作用，做到不漏水，且適應接縫變形的性能。

4 結語

由于龍泉河渡槽結合了地形、地質、水文等資料進行設計，布置合理、靈活，從整體到細節，考慮全面。并在滿足規范的基礎上進行了優化設計，為工程節省了投資，為施工提供了方便、快捷的途徑，確保了工程的工期?，F龍泉河渡槽正在順利施工中。