□陳曉光 □馬慧敏（河南省水利勘測設(shè)計研究有限公司）

0 引言

南水北調(diào)中線總干渠自流輸水，水頭緊張，使得渡槽的幾何尺寸和荷載巨大，沙河渡槽工程作為南水北調(diào)中線干線控制性建筑物，其工程規(guī)模和施工難度居世界前列。開展沙河渡槽充水試驗是檢驗工程質(zhì)量、安全，驗證設(shè)計成果的重要措施。

1 工程概況

南水北調(diào)中線沙河渡槽工程由魯山縣薛寨村北開始，在娘娘廟與樓張之間跨越沙河，再以偏東北方向至魯山坡流槽出口止，建筑物總長9050m。沙河渡槽工程由沙河梁式渡槽、沙河至大郎河箱基渡槽、大郎河梁式渡槽、大郎河至魯山坡箱基渡槽、魯山坡落地槽組成，共5段3種結(jié)構(gòu)形式。沙河梁式渡槽長1410m，槽身采用C50預(yù)應(yīng)力混凝土U形槽結(jié)構(gòu)，橫向4槽，單槽直徑8m，凈高7.40m，槽身縱向為簡支梁型式，跨徑30m；沙河至大郎河、大郎河至魯山坡箱基渡槽分別為長3534m、1820m，箱基渡槽上部為C30鋼筋混凝土矩形槽，2槽，單槽凈寬12.50m，凈高7.80m；大郎河梁式渡槽長300m，其結(jié)構(gòu)型式同沙河梁式渡槽，凈高7.80m；魯山坡落地槽長1480m，槽身為C30鋼筋混凝土矩形斷面，單槽，凈寬22.20m，側(cè)墻高8.10m。

2 充水試驗方案

2.1 充水試驗必要性

沙河渡槽工程結(jié)構(gòu)復(fù)雜、施工技術(shù)難度高，特別是沙河梁式渡槽為大跨度U形雙向預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)，單槽自重1200t，采用預(yù)制架設(shè)、后裝止水等技術(shù)無成熟設(shè)計施工經(jīng)驗，施工質(zhì)量要求高。對沙河渡槽進(jìn)行充水試驗檢驗渡槽槽身在各工況下永久止水縫施工質(zhì)量，檢查在設(shè)計、滿槽水深下渡槽槽身結(jié)構(gòu)混凝土質(zhì)量及應(yīng)力分布狀態(tài)，觀測渡槽在充水條件下的撓度、沉降變形等情況十分必要；充水試驗?zāi)軌驅(qū)Χ刹劢Y(jié)構(gòu)安全性及可靠性進(jìn)行總體驗證，并為南水北調(diào)中線一期工程總干渠順利通水運行提供技術(shù)保障。

2.2 充水試驗總體方案

沙河渡槽充水試驗范圍包括梁式渡槽、箱基渡槽、落地槽等所有混凝土結(jié)構(gòu)，共8950m。

考慮到充水試驗段長度長、充水方量大的特點，充水試驗總體設(shè)計應(yīng)以分段、輪次充水的原則開展，以盡量減少河道總抽水量，各試驗段之間利用閘門或堵頭封堵。為全面檢驗各工況下渡槽結(jié)構(gòu)的安全、質(zhì)量，充水試驗充水高度分半槽水位、設(shè)計水位、加大水位和滿槽水位4種工況，各試驗工況靜停3d以便于結(jié)構(gòu)協(xié)調(diào)變形及開展缺陷排查和安全監(jiān)測。

沙河渡槽工程跨越沙河及大郎河，兩條河道常年有水，且水量充沛，水質(zhì)達(dá)標(biāo)，充水水源采用沙河、大郎河河水。提水設(shè)備為22臺大流量、高揚程水泵，電力供應(yīng)為施工臨時供電。試驗結(jié)束后水量回灌到原河道內(nèi)，不會對下游生產(chǎn)生活用水造成影響。沙河渡槽分4段7次充水，具體方案如下：

2.2.1 沙河梁式渡槽+沙河至大郎河箱基渡槽段

總長5044m，該段梁式渡槽共4線，箱基渡槽共2線，進(jìn)出口采用堵頭擋水。充水分兩次進(jìn)行，先由沙河取水進(jìn)行梁式渡槽3#、4#線+箱基渡槽右線充水試驗。完成試驗后，將水直接抽至梁式渡槽1#、2#線+箱基渡槽左線進(jìn)行試驗，左線充水試驗結(jié)束后將水抽排至沙河。

2.2.2 大郎河梁式渡槽+大郎河至魯山坡箱基渡槽+魯山坡落地槽段

總長3700m，該段梁式渡槽共4線，箱基渡槽2線，落地槽1線，進(jìn)出口采用堵頭擋水。充水分兩次進(jìn)行，先由大郎河取水進(jìn)行梁式渡槽1#、2#線+箱基渡槽左線+落地槽充水試驗，完成試驗后，將水直接抽至梁式渡槽3#、4#線+箱基渡槽右線進(jìn)行試驗，右線充水試驗結(jié)束后將水抽排至大郎河。

2.2.3 沙河進(jìn)口漸變段

總長106m，共2線，分兩次充水，進(jìn)口采用檢修閘門反向擋水，出口利用堵頭擋水。

2.2.4 大郎河進(jìn)口漸變段

總長100m，共2線，一次充水，進(jìn)出口采用堵頭擋水。

沙河渡槽工程充水試驗需從沙河取水52.70萬m3，大郎河取水52.61萬m3，考慮損失10%水量，則總?cè)∷考s為115.84萬m3。充水試驗歷時約為100d。

3 堵頭設(shè)計及結(jié)構(gòu)安全

3.1 堵頭設(shè)計

沙河渡槽工程充水試驗共布置兩種堵頭形式，其中新建磚砌擋墻堵頭12個，檢修閘門反向擋水堵頭1個。

沙河進(jìn)口漸變段充水試驗利用檢修閘門反向擋水，對閘門的臨時改造及閘門結(jié)構(gòu)復(fù)核可參考文獻(xiàn)，本文不再詳述。其他堵頭均采取磚砌擋墻作為渡槽充水圍擋，磚砌擋墻為扶壁結(jié)構(gòu)，擋墻基礎(chǔ)底寬2m，高0.50m，上部3m高度內(nèi)墻體厚1m，3m以上采用0.50m墻厚砌筑至渡槽槽頂；墻后扶壁厚度0.50m，間距2.50m，砌筑至槽頂以下1m高程，磚墻兩面涂刷20～30 mm防滲砂漿；擋墻砌筑結(jié)束，表面清理干凈，鋪設(shè)0.50mm厚土工膜，并將土工膜與渡槽內(nèi)壁緊密粘貼。土工膜上堆碼裝土編織袋壓重，土袋堆體體形與扶壁相同。土袋碼堆密實有序，層間錯縫鎖結(jié)鋪堆。

經(jīng)計算，磚砌擋墻堵頭結(jié)構(gòu)抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)8.80，抗傾穩(wěn)定安全系數(shù)23.10，均能滿足要求。磚砌墻身抗彎、抗剪滿足要求。

3.2 梁式渡槽結(jié)構(gòu)安全

梁式渡槽堵頭所在跨槽身僅受自重、堵頭、水荷載作用，最不利工況下垂直荷載為4.70萬kN，水平荷載為3277kN，遠(yuǎn)小于樁基承臺豎向及水平向承載力。渡槽槽身經(jīng)結(jié)構(gòu)及有限元復(fù)核，在堵頭荷載作用下槽身結(jié)構(gòu)全斷面受壓，承載能力及正常使用滿足要求。

表1 箱基渡槽結(jié)構(gòu)安全復(fù)核表

3.3 箱基渡槽、落地槽結(jié)構(gòu)安全

在新建堵頭荷載作用下，箱基渡槽基底壓應(yīng)力最大為190.61kPa，最小為170.05kPa，抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)為20.78。落地槽地基承載力經(jīng)復(fù)核，槽身基底壓應(yīng)力為121.10kPa，均能滿足地基承載力要求。

箱基渡槽及落地槽在新建堵頭荷載作用下結(jié)構(gòu)復(fù)核結(jié)果見表1、表2。由計算結(jié)果可知，箱基渡槽、落地槽結(jié)構(gòu)在堵頭及水荷載作用下承載能力及正常使用均能滿足設(shè)計要求。

表2 落地槽結(jié)構(gòu)安全復(fù)核表

4 安全監(jiān)測及技術(shù)要求

4.1 充水試驗安全監(jiān)測

為便于查找分析渡槽結(jié)構(gòu)裂縫、滲漏點等質(zhì)量缺陷，充水試驗期間應(yīng)定期進(jìn)行水位、滲水、裂縫的觀測、標(biāo)識、記錄工作，并根據(jù)情況適當(dāng)加密觀測。

為后期進(jìn)行渡槽結(jié)構(gòu)受力、變形分析，應(yīng)通過安全監(jiān)測儀器監(jiān)測各階段渡槽結(jié)構(gòu)的變形、受力情況。渡槽充水試驗開始前取得所有監(jiān)測儀器初始讀數(shù)；充水試驗期間渡槽各監(jiān)測跨沉降計、測斜管、測縫計等變形類監(jiān)測儀器每2d監(jiān)測一次；梁式渡槽監(jiān)測跨每天監(jiān)測一次槽身端部與跨中位移、墩臺及支座沉降，并核算其撓度；各監(jiān)測跨應(yīng)變計、鋼筋計、無應(yīng)力計、溫度計、支座反力計等內(nèi)觀儀器每3d監(jiān)測一次。充水試驗期間同時記錄包括氣溫、水溫、雨雪天氣等與試驗相關(guān)的環(huán)境數(shù)據(jù)。

4.2 相關(guān)技術(shù)要求

沙河渡槽段充水試驗充水量巨大，歷時長，參與單位眾多，現(xiàn)場應(yīng)根據(jù)實際情況制定詳細(xì)的應(yīng)急預(yù)案及安全保障措施。充水試驗期間出現(xiàn)水位上升不穩(wěn)定或滲漏情況異常，應(yīng)加密觀測頻次并及時分析原因。針對可能出現(xiàn)的渡槽撓度或沉降變形過大、槽身鋼筋或混凝土應(yīng)力應(yīng)變異常、充水期間渡槽出現(xiàn)危害性裂縫、嚴(yán)重滲水、漏水等情況,制定專門的應(yīng)急處理方案。充水試驗階段渡槽內(nèi)水位變幅應(yīng)控制在0.50m/d以內(nèi)。

5 結(jié)語

南水北調(diào)中線一期工程沙河渡槽充水試驗工作目前已基本完成，試驗過程中各參建單位組織有序、協(xié)調(diào)有力、在充水試驗過程中積累了豐富經(jīng)驗。本次充水試驗達(dá)到了試驗?zāi)康?，沙河渡槽施工質(zhì)量總體符合要求，結(jié)構(gòu)安全可靠，為南水北調(diào)中線一期工程順利通水奠定了堅實的基礎(chǔ)。

[1]沙河南～黃河南沙河渡槽段工程招標(biāo)設(shè)計報告[R].鄭州：河南省水利勘測設(shè)計研究有限公司，2009.

[2]張浩東，王金洲，史紅雨.南水北調(diào)中線工程湯河涵洞式渡槽充水試驗方案探討[J].河南水利與南水北調(diào)水，2013，（19）：50-51.