熊进
宜昌市水利水电勘察设计院 湖北宜昌 443005
摘要：渡槽是灌区引水的重要建筑设施之一，经多年运行后，会出现诸如槽身构件腐蚀、混凝土碳化剥落、钢筋腐蚀、排架承载力不足等病害，需要进行维修甚至拆除重建。本文以湖北宜昌东风渠灌区普溪河渡槽重建工程为实例，介绍了原渡槽的病害现状，根据区域实际条件设计了重建方案，之后对重点结构设计进行了要点分析，对以后类似工程提供了必要的参考经验。
关键词：东风渠灌区；普溪河渡槽；重建工程；方案设计
1.工程概况
东风渠灌区位于湖北省宜昌市东南部，区内共有22个乡（镇），人口总数63.85万人。灌区为跨流域引水，灌溉网络组成有中小型水库、堰塘、泵站等，规划有效灌溉面积为116.21万亩。普溪河渡槽是东风渠灌区总干渠的重要组成，始建于1970年，全长1005.3m，槽身坡降1/491，设计流量范围在15-18m3/s。渡槽断面形式为矩形，净宽4.1m，净高1.70m，结构形式为简支梁。支承结构有单肢排架、双肢排架和槽墩三种型式。渡槽横跨普溪河部分分为槽、桥双层联合建筑形式。槽身每节长度16.72m，全长共分61节槽身，矩形断面，槽身底宽4.1m，槽身侧墙高1.7m（见下图1）。
图1 普溪河渡槽全景
2.普溪河渡槽病害分析
（1）槽身
经现场勘察，渡槽槽身侧墙、底板混凝土大面积剥蚀，砼老化严重，呈灰白、灰黑色，局部蜂窝麻面、破损；槽身迎水面硅抹面和拉梁有露筋、胀裂现象；槽身底板横梁露筋锈蚀裂缝严重（裂缝宽度0.5~2mm，裂缝长度0.5~2m）；槽身两侧有多条裂缝分布，槽身底板背水面横梁混凝土多处露筋，拼装接缝处渗水严重。经检测：槽身混凝土强度范围在9.5-19.4MPa，碳化平均深度25.2mm[1]。
（2）排架墩帽
未经加固的排架混凝土碳化严重，帽梁底面有露筋裸石、麻面、混凝土剥落等病害，可见多条贯通裂缝，多处可见钢筋锈蚀胀裂缝。槽墩排架立柱混凝土强度范围在14.7-20.5MPa。碳化平均深度为23.7mm。
经检测得出以下结论：①槽身和排架混凝土钢筋锈蚀电位平均值均大于-220mv，说明槽身混凝土中的钢筋已经处于全面锈蚀状态，部分区域有锈断危险[2]；②渡槽在现状供水工况下处于不安全运行状况；③槽身底板横向、侧墙纵向配筋，斜截面抗剪不满足现行规范要求，需拆除重建；④排架柱作为主要承压构件，砼强度最小值仅为14.7MPa，其承载力和柱顶接触面（支座）砼抗压强度均不满足现行规范要求[3]。
3.重建方案设计
经过专家组成员现场调研，原普溪河渡槽已经没有维修加固价值，设计普溪河渡槽重建方案为“20跨×40m预应力槽身+进出口15m简支结构”，详情如下：
该方案设计渡槽平面布置上呈“L”型，进出口呈直线，设置转弯连接段。渡槽总长1003.42m，其中进口明渠段58.11m，进口渐变段20m，进口连接段30m，渡槽段长800.0m，出口转弯段长70.31m，出口渐变段长15.0m。
（1）槽身设计
槽身为单孔空箱简支结构，顶部设通气孔，每40m一跨，采用钢筋混凝土整体浇筑，每节槽身设19束钢绞线，两端各预留0.6m待张拉完成后进行二期浇筑，可利用造槽机机械化施工。
（2）槽墩设计
结合地形特征和考虑施工方便，本方案设计1-3#、23-24#槽墩排架高度小于15m，采用单肢排；对4~22#墩槽墩高度小于35m的采用双肢排架。其中35m以上采用空心墩，空心墩最大高度控制为45m，高度大于45m的采用空心墩与实心墩相结合的结构形式。其中排架柱、基础、实心墩及墩帽采用C30混凝土，空心墩采用C40混凝土。
根据各槽墩处的地质条件和其本身高度，设计1-6#、12-13#、22-23#槽墩采用明挖扩大基础，7-11#，14~21#槽墩需开挖深10m左右，也采用钢筋混凝土灌注桩，桩径1200mm，间距4.3m，垂直水流方向布置三排，间距3.7m，桩深入微风化层以下3m。
该方案结构设计简单，技术成熟，风险系数和施工难度系数小，总工期为32个月，预计投资额为7354.3万元。
4.重点结构设计分析
4.1水力计算
渡槽水力计算直接决定了其输水能力和建造成本[1]，本项目采用明渠均匀流公式，具体见（4-1），计算结果见下表1[2]。
（4-1）
式中：Q ——设计流量，m3/s；
A ——槽身过水断面面积，m2；
R ——水力半径，m；
i ——槽身纵坡；
n ——糙率系数。
表1 普溪河渡槽水力计算结果
4.3支承结构设计
对于墩帽及墩柱，最不利工况为“满槽+横向风荷载”[5]，沿横向槽身方向设置双肢排架，则垂直集中荷载Q=4698kN（满槽），水平集中荷载P=115.5kN。
计算得最大弯矩发生在柱底处，为1249.06kN.m；最大轴力位于背风侧柱，为6554.72KN；剪力位于拉杆处，为266.66kN；最大位移位于立柱顶部，为0.004m。其配筋按Mmax=1249.06kN.m考虑，其求受拉、受压钢筋为As=19712mm2，满足最小配筋率0.6%要求。
5.结语
新建普溪河渡槽采用“20跨×40m预应力槽身+进出口15m简支结构”建造方案，取得了较好的经济性和实用性，然后对槽身及支承结构的形式和最小配筋设计进行了分析计算，也最大限度地降低了成本投资。
参考文献：
[1]夏富洲，王长德，曹为民，等. 大流量预应力渡槽设计和施工技术研究[J]. 南水北调与水利科技，2009，7（6）：20-25.
[2]吴轶，莫海鸿，杨春. 大型渡槽动力设计方法研究[J]. 计算力学学报，2006，23（06）：778-782.
[3]李遇春，李锦华. 关于大型渡槽结构设计的几个问题[J]. 中国农村水利水电，2006（07）：57-60.
[4]和秀芬，赵立敏，李书群. 洺河渡槽大跨度三向预应力结构设计[J]. 水利水电技术，2006，37（05）：45-47.
[5]石江琳. 新疆玛纳斯河灌区跨河渡槽设计[J]. 陕西水利，2014（6）：168-169.
作者简介：
熊进，男，（1985.10—），湖北天门人、毕业于中国地质大学江城学院，本科，工程师、研究方向：预应力在水作用下松弛。
论文作者:熊进
论文发表刊物:《防护工程》2018年第10期
论文发表时间:2018/9/26
标签：渡槽论文; 排架论文; 灌区论文; 混凝土论文; 东风论文; 裂缝论文; 预应力论文; 《防护工程》2018年第10期论文;