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水利枢纽供水工程渡槽施工的技术难点及对策
作者：李全 陆燚刚
来源：《建筑工程技术与设计》2014年第04期
摘要：本文结合不同结构型式渡槽的特点，分析了某水利枢纽渡槽工程结构设计及施工中需解决的关键技术问题。
关键词：渡槽；水利枢纽；预应力；大跨度 一、工程概况
某水利枢纽一期工程以灌溉、城市供水为主，兼顾发电等综合利用。工程由水源工程、灌区供水工程组成，水利枢纽输水总干渠长13.4 km，渠线所经之处地形条件复杂，深山峡谷横贯其间，需要修建大量的渠系建筑物，隧洞、渡槽及倒虹管总长达11.82 km。由于输水水头有限，跨越建筑物大多数选择输水水头损失小的渡槽，总计有16座，总长3.4 km。由于地形起伏多变，常规的梁式或拱式渡槽难以满足工程需要，给渡槽选型带来很大挑战。 二、渡槽的选型及主要特点
渡槽沿线地形为起伏多变的溶蚀山区地貌，有100m以上的深切河谷、连续多山低地，有已建成的水库及公路。而且地质条件也同样复杂，既有岩溶强烈发育地带，也有煤矿开采区。在渡槽型式选择时，按以下条件进行设计：（1）深切河谷，两岸基岩裸露且岩体完整性较好，岩质较坚硬的地方布置单跨拱形渡槽；（2）地形较开阔的河床或谷地，渡槽高度百米以下的地方，根据槽墩的布置条件，选择多跨连续拱渡槽或简支梁式渡槽；（3）深切且较宽阔的谷地或跨越已建水库的地方，难以布置连续拱或梁式渡槽时，则研究采用了新型式的连续刚构渡槽；（4）对于跨度及高度不大的渡槽，则按常规渡槽型式进行设计。根据上述条件进行渡槽的选型设计，使得渡槽的结构型式呈现多样化。
渡槽结构型式可归纳为两大类：第一类为梁式渡槽，即连续刚构和简支箱梁，该类渡槽的梁式结构部分采用预应力钢筋混凝土。第二类为拱式渡槽，有单跨拱渡槽、连续拱式渡槽以及折线型拱式渡槽。上述渡槽的主要特点是跨度大、临空高度高、总体规模大，有的渡槽为新研究的结构型式。 三、关键技术研究 1设计重大技术研究
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1.1 连续刚构渡槽
连续刚构渡槽利用上部变截面预应力箱梁的强大承载能力，建造大跨度的平伸钢筋混凝土结构。对于需要布置大跨度渡槽而地形不适于拱式结构的地方，经设计比选后确定进行该种结构的应用研究。利用这一结构建造渡槽的思路有两种：（1）将钢构作为支撑结构，其上部另外布置输水槽壳，即“桥槽分离”；（2）将二者结合，即利用作为支撑结构的箱梁输水，不另外布置输水槽壳，实现“槽桥统一”。虽然前一种布置方式的结构受力简单明了，设计方法和施工工艺均成熟，但后果是结构自重加大，风荷载陡增，投资极不划算，因此，对后一方案展开精心研究。
该类结构尚没有设计先例，在设计上存在以下需要研究解决的难点：（1）与同类桥梁相比，设计荷载增大了4倍；（2）由于在变截面箱梁内增加一块钢筋混凝土渡槽底板，将常规的单箱分隔成两箱，加之荷载也由桥面车辆作用变为内部水作用，常规的内力计算方法已不适用；（3）箱体的温度荷载在箱内流水及外界日照和气温的交互作用影响下，变得更为复杂；（4）要克服渗水对预应力钢筋的腐蚀；（5）预应力钢筋的张拉及锚固设计，也因过水箱体内的流道需要及渡槽底板的分隔，超过刚构桥梁设计的复杂程度。 1. 2拱式渡槽
常规拱式渡槽的设计经验一般都较为成熟，但对于超大跨度的拱形结构，对风荷、地震作用、地基及结构自身的变形更为敏感，其可靠度的要求则更高。因此，设计需对槽体布置特别是拱圈结构的型式及重要应用参数作为重点进行研究。
本工程单跨最大的槽拱圈跨度100 m，因跨度大，在各种荷载作用下主拱圈的变形及稳定为设计主要控制条件，尤其要分析计入侧向风作用的影响。在进行主拱圈结构计算时，还对合龙时段的温度变化及适应不同施工工艺的问题都进行了分析。
2 x 88 m的拱渡槽不仅拱数多跨度大，而且地基的工程地质条件差，主要为三叠系中泥质白云岩，岩性较软。设计研究的关注点为中槽墩在施工及运行全过程的稳定性，施工中作用在中槽墩上的不平衡拱推力以及运行时中槽墩不均匀沉降产生的作用力，都将危及整个连拱的安全。为此，在施工方案为分跨成拱时，设计并采用止推能力强、基底应力较小的墩，在同时成拱施工方案时，设计采用较为常规的薄壁空心墩。同时顾及运行期的安全，采用桩基进行整体加强。
1.3预应力箱梁简支渡槽
渡槽所经过地形为一较低矮的浅丘山地，比较适宜布置简支梁式渡槽。设计选择顺山脊布置渡槽轴线，很大程度降低了支承结构高度，但在平面上出现3个弯道，需要做好衔接设计。设计在直段布置了28段跨度50 m长的预应力简支箱梁槽壳，在转折段采用跨度10. 6
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—15. 0 m的简支非预应力矩形槽壳过度。该渡槽50 m预应力箱式槽壳支墩高度23一57 m，为变厚度矩形空心钢筋混凝土墩。 2施工专项技术 2.1连续刚构渡槽
刚构墩的桩基成孔：钢构的主墩为连续刚构渡槽的主要支承结构，结合地形地质条件，均采用桩基嵌人岩层。桩基均采用人工挖孔施工，而地基遭遇可溶岩及煤系地层，前者出现岩溶、涌水；后者往往孔深数十米，存在采空区及可能的煤层瓦斯问题。施工需要分别研究和制定合适的工艺和措施，以确保顺利实施。
上部箱梁施工：大体采用与桥梁工艺相同的挂篮对称悬臂浇筑施工法，即先浇筑节段，再依次悬臂浇筑中间节段，然后合拢。由于箱梁与过水渡槽同体，派生出某些与桥梁不同的或更困难的施工问题，需要研究改进原已有的施工工艺和措施：（1）双箱有别于桥梁的单箱以及双箱与单箱的过渡连接，对模板架设、钢筋制安及混凝土浇筑增加难度； （2）部分纵向预应力钢束齿板由原先的箱体内移到箱体外，需要研究特别的施工工艺以克服由此带来的施工难度和风险； （3）要根据预测的箱体结构运行期出现的下绕，进行施工期较严格的预拱度控制。 2. 2大跨度拱式渡槽
单跨拱渡槽：拱式渡槽的施工关键在于拱圈，拱圈形成后，其上部结构的施工则较为简单。渡槽的拱圈均采用缆索吊装箱拱的无支架安装施工工艺，即先吊装预制中室的拱箱节段并合拢，再吊装边室拱箱并合拢，最后现浇筑纵缝及顶板层混凝土，形成单箱三室的整体箱型拱圈结构。某渡槽拱圈临空高度80 m，跨度达到90 m，而且为变截面拱，尚无工程建设的实际经验。曾先后研究了落地支架、悬臂挂篮、预制吊装三种施工方法，多次进行专家咨询，最终确定采用预制吊装的施工方案。
连续拱式渡槽：连续拱式渡槽的施工除考虑拱圈的施工方法外，更重要的是解决施工期的纵向稳定问题。本工程某渡槽为3跨68 m的连续拱，施工单位确定采用落地支架施工主拱圈。并提出连拱分次浇筑和一次浇筑的施工计划，为解决施工期产生的拱结构纵向稳定问题，设计单位配合进行研究，提出了不同的结构设计，以供施工配套采用。 2. 3简支预应力大跨度箱式渡槽
高墩大跨度简支箱式预应力钢筋混凝土结构的渡槽，施工的关键在于箱梁预应力混凝土的施工技术及弯道槽壳的线性控制。由于槽身箱梁跨度大和高度临空，箱体数量大，为实现质量、安全、快速以及投资控制的目标，采用钢结构移动模架成槽的施工方案。转弯处的小跨度钢筋混凝土槽壳，由于临空高度不大，可以采用常规的落地支架施工，也利于线性控制。
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5结论及成果
水利枢纽一期工程总干渠诸多渡槽，跨度大、结构型式多样，这
些渡槽的结构设计和施工均存在较重大的关键性技术，开展这些关键技术的研究并采取必要的对策，是这些渡槽顺利建设并能良性运行的重要保证。该工程大跨度渡槽能顺利建成，并为今后类似渡槽的建设提供经验。