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第40 卷第2 期2023年6 月长江工程职业技术学院学报Journal of Changjiang Institute of TechnologyVol.40 No.2Jun.2 0 2 3漳河水库灌区胡家湾渡槽设计与施工技术研究苏红萍（湖北省漳河工程管理局，湖北荆门448 15 6）摘要：胡家湾渡槽为U型薄壳结构，年久失修，槽身、止水、排架结构等老化损坏严重，断面过流量已不能满足灌区需水要求，必须拆除重建。依据漳河灌区续建配套与现代化改造项目的规划要求，对胡家湾渡槽水力设计、结构选型、结构计算、地基与基础设计等方面进行了分析；对胡家湾渡槽施工方案，施工难点、重点，施工材料、质量、安全生产控制措施等进行了阐述。关键词：设计；施工技术；应用研究；胡家湾渡槽V中图分类号：TV222.2DOI:10.14079/42-1745/tv.2023.02.0051概述胡家湾渡槽位于湖北省漳河水库灌区四干渠北干，于196 6 年兴建，跨越胡家湾河，是一座桁架与梁式相结合的U型渡槽。渡槽运行5 0 多年来，为促进漳河水库灌区工农业生产和经济的持续发展、社会进步发挥了巨大作用。根据相关检测单位多次提供的渡槽安全检测报告，胡家湾渡槽目前存在的主要问题有：在过流能力方面，渡槽现状不能满足设计流量和灌区用水要求；在工程质量方面，混凝土碳化、裂缝、钢筋锈蚀、止水破损、排架结构老化损坏等问题较严重；在结构安全方面，槽身、桁架、排架等均存在结构老化、变形，刚度降低，长期挠度变形稳定性差等安全隐患。因而渡槽的运行存在着极大的安全隐患，应拆除重建。2胡家湾渡槽工程设计2.1水力设计(1)胡家湾渡槽为原址拆除重建方案，渡槽纵轴线与原渡槽保持一致，渡槽槽身全长2 9 9.2 m，桩号50+575-50+874.2。(2)渡槽的设计流量7.9 8 m/s，加大流量9.5 8m/s,设计纵坡1/10 0 0 进口高程9 0.8 0 m，出口高程9 0.5 0 m，渡槽级别4级。见图1、表1、表2。(3)胡家湾渡槽设计水深为1.6 5 m，加大水深为1.85m，安全超高取0.5 m。收稿日期：2 0 2 3-0 2-13作者简介：苏红萍（197 6-），女，湖北荆门人，高级工程师，大学，研究方向：水利水电工程设计。文献标识码：A文章编号：16 7 3-0 496(2 0 2 3)0 2-0 0 2 3-0 5L图1渡槽水力计算表1胡家湾渡槽设计流量计算成果断面I底部高程/m90.70水位/m92.50水深/m1.802.2结构型式比选结构型式比选原则是：初步拟定多种型式或多种尺寸的结构设计方案，在施工工艺、质量保证、施工进度、结构稳定性、地基承载力、结构耐久性、安全及投资等方面进行比较，择优选择。(1)槽身结构型式比选槽身横断面结构比选：目前，国内渡槽槽身主要有矩形与U型两种型式，对两种型式的方案进行同等深度设计。槽身纵向结构尺寸比选：对槽身单跨6.1m和8.8 m两种方案进行比选。(2)支承结构型式上部支承结构的比选：对15 m单跨简支方案与40 m单跨连拱方案进行比选。下部支承结构型式比选：分别对排架、实心墩和空心墩三种结构型式，拟定参数后进行比选。（3）比选结论：胡家湾渡槽选用矩形槽身；槽身单跨8.8 m，槽身横断面尺寸3.2 5 m2.50m（净宽一2 3 一IV90.8090.5092.4592.151.651.6590.4092.201.80苏红萍潭漳河水库灌区胡家湾渡槽设计与施工技术研究表2 胡家湾渡槽设计流量水力计算设计流量/(m/s)Q渠道进口高程/mV3渡槽进口高程/m渡槽出口高程/m渠道出口高程/mI-I断面水位/mI-I I 断面水位/mII-I I 断面水位/mIV-IV断面水位/m净高）；主要承重结构采用六连跨40.6 8 m连拱支承形式，拱座基础采用桩基础，桩径1.0 m。连拱下部拱墩采用实心墩，连拱两端拱座采用重力式挡墙形式；上下游各两节槽身为非拱圈段，采用双肢单排支承形式，单跨8.8 m，排架柱直径0.8 m。2.3结构计算(1)槽身结构计算槽身断面尺寸拟定。根据拟定的槽身结构型式，槽内净宽3.2 5 m、净高2.5 m（拉杆2 5 0 mm250mm）；渡槽无通航要求，槽顶设拉杆，间距1.5 m；为加强槽身的整体性，设置肋梁，使肋与拉杆形成箍框，间距1.5 m，侧肋2 5 0 mm250mm，底肋35 0 mm250mm，侧墙厚度2 5 0 mm，槽底板厚2 5 0 mm；为增大受压截面产生的抵抗弯矩，增加受压区稳定减小受压截面面积，槽壁顶部翼缘向两侧各挑出400mm，翼缘厚度由40 0 mm渐变至15 0 mm。槽身采用预制吊装，混凝土强度等级C40，抗渗等级W6，防冻等级F50。断面尺寸见图2。4552020,25,40245565图2 胡家湾渡槽横断面（单位：cm）荷载及荷载组合。a.项目区地震烈度为6度，不考虑抗震计算。根据当地气候条件和渡槽运行情况，不考虑冰压力及土的冻胀力。施工方式采取现浇混凝土，不考虑预应力的影响。b.荷载及荷载组合按沿水流方向与垂直水流方向取单位长度，根据结构布置图和相关数据计算各项荷载。一2 4一7.98渡槽纵坡90.70渠道进口水深/m90.80渡槽槽内水深/mV290.50渠道出口水深/mV490.40进口损失系数92.50进口水面降低/m92.4592.15槽身水面降低/m92.20出口水面回升/m40252020285654151/1000糙率h11.80h1.65h21.800.30Z0.05Z20.30Z30.05结构计算。a.槽身采用设计水深、满槽水深、半槽宽（净宽）水深三种工况计算侧墙、底板、横杆等部位的内、外侧钢筋配置。b.按三种工况与支承型式，混凝土选用C40，混凝土保护层厚度：墙和板结构2 5 mm，梁结构35 mm，受力钢筋选用HRB400级钢筋，计算横梁的钢筋配置。c.沿渡槽水流方向按简支梁计算内力及应力，选取纵向梁钢筋的配置。d.槽身稳定计算包括槽身抗滑和槽身抗倾覆稳定验算，选取槽中无水时，按相关公式计算。(2)支承结构计算排架。经比选后，胡家湾渡槽上部支承结构为板拱及单排架相结合的结构形式。主拱圈单跨40.68m，每个拱圈上布置4个单排架，其中1.5 m和4.5m高各两个，另有1个8.8 m高排架设置于拱墩台帽上。对8.8 m高单排架进行槽身荷载、风荷载、单排架结构等计算,结果为：胡家湾渡槽排架截面的最大正应力为1.42 4MPa，最大压应力为1.9 8 6 MPa。排架混凝土强度等级为C40（混凝土轴心抗压强度设计值为19.1MPa），由此可知，排架结构截面尺寸及承载力满足规范要求。拱圈。a.计算参数：渡槽拱圈采用六跨连拱结构，拱跨2 6 4m，单跨拱圈40.6 8 m，矢跨比为1/5，主拱圈为板拱，宽度为5 m，混凝土强度等级为C40。b.初拟上部结构尺寸（主拱圈、拱圈坐标、拱上结构几何尺寸等）。c.结构计算采用三维有限元软件进行计算，可以充分反映结构实际受力状态。结果为：在三种工况下，拱圈混凝土正截面最大压应力均远小于混凝土轴心抗压强度设计值，拱圈及拱座强度满足规范要求。拱墩。a.结构计算。采用三维有限元软件将所有支承结构互相关联，建立三维模型，对渡槽支承结构整体在上述三种工况下进行计算，结果为：1#拱墩最大轴力为2 2 5 43.9kN，拱墩底部为实心矩形与半圆组合截面，混凝土截面最大压应力为1.8 6 MPa；n进口渠道流速/（m/s)U1渡槽流速/m/s出口渠道流速/（m/s)出口损失系数总水头差/m0.0170.661.49U20.74510.300.302023年6 月2#-4#拱墩墩柱最大轴力为2 7 0 37.0 kN,相应的混凝土截面最大压应力为1.5 1MPa;5#拱墩墩柱最大轴力为2 5 5 45.4kN，相应的混凝土截面最大压应力为1.5 3MPa。由此可知，计算结果满足规范要求。b.地基承载力计算。根据上部结构对各拱墩基础提供的轴向压力和基础面积计算，计算结果为：由于拱墩基础多数位于含碎石粘土层上，地基岩土承载力特征值为2 0 0 kPa，小于基础承受的压应力，采取钻孔灌注桩对拱墩基础处理进行处理。槽台计算。渡槽进出口两端槽台采用重力式混凝土挡土墙的形式，槽台承受拱圈传递的轴力，墙顶槽身自重荷载和横向风荷载。计算结果为：在3种工况下，槽台背侧、基础压应力分别为39 7.9 kPa与334.0 kPa，小于基础承载力特征值，满足规范要求。钻孔灌注桩计算。根据胡家湾渡槽工程地质纵剖面图，拟定对1#-5#拱墩清除表层覆盖层后，采用灌注桩基础,桩径1m,凝土强度等级为C30,桩基人岩深度1.5 m。左右岸槽台和槽台后单排架扩大基础清基后落于基岩上。经计算，胡家湾渡槽1#拱墩选用6 根直径1.0 m的桩基础，单桩所需最大竖向力为49 6 0 kN,水平力为6 5 kN，单桩能够提供的最大竖向力为5 10 0 kN，水平力为2 0 0 kN;2#-5#拱墩设计选用9 根直径1.0 m的桩基础，单桩所需最大竖向力为415 8 kN,水平力为5 6 kN，单桩能够提供的最大竖向力为430 0 kN，水平力为2 8 0 kN，单桩竖向及水平承载力均满足规范要求。槽台基础承载力复核。按完工后运行期槽台的最不利工况（水平横向、水平纵向受力)计算，结果为：槽台水平横向和水平纵向应力分别为2 6 4.9 kPa、553.3kPa均远小于灰岩地基承载力6.0 MPa，拱座地基承载力满足规范要求。(3）渡槽的稳定性验算按渡槽最不利荷载为空槽的情况进行计算，计算结果为：渡槽的整体稳定性各项指标满足规范要求，拱墩基础坐落在灰岩上，应进行相应的地基处理，拟采用1000mm钻孔灌注桩进行处理。(4)渡槽的细部构造渡槽与两岸连接：渡槽进、出口各有两节槽身通过渐变段和连接段与渠道连接。边跨槽身靠近岸坡的一端支承在地梁上，与渐变段之间用连接段连接，另一端支承在排架上；临近边跨的槽身一端支承在排架上，另一端支承在槽台上。槽身两侧12 m范围内岸坡采用浆砌石护坡，并设置踏步连接渡槽进出口与槽底道路。长江工程职业技术学院学报渡槽伸缩缝：止水形式采用U型GB复合橡胶止水带为主体的压板式新型止水结构配合止水铜片双止水，止水带厚10 mm，带中的U形鼻子半圆的内、外半径分别为9mm和15 mm，鼻高5 0 mm，止水带与底部混凝土间采用GB胶板粘接，胶板厚度的选择与混凝土表面粗糙平整情况有关，不得小于3mm。槽身支座。渡槽槽身竖向荷载很大，选用盆式橡胶支座。台帽顶部与槽身底部预埋2 0 mm厚Q235B钢板，钢板尺寸5 5 0 mm550mm，台帽上游侧设置GCPZ-1000KN-GD（固定）盆式橡胶支座，下游侧设置GCPZ-1000KN-DX（单向顺水流）盆式橡胶支座，橡胶支座尺寸49 0 mm490mm95mm（长宽厚），橡胶支座先与台帽钢板焊接，待槽身吊装完成后再与槽底钢板焊接。2.4材料选择(1)混凝土强度等级：支承及槽身结构的混凝土强度等级为C40,桩基础的凝土强度等级为C30,垫层强度等级C15。(2）保护层厚度：槽身、连系梁35 mm；排架柱、中拱圈、拱墩、拱座、桩基础、进出口矩形渠5 0 mm。（3石料、水泥、骨料、拌合用水、外加剂、钢筋等材料执行水工混凝土施工规范（SL677一2 0 14)技术要求。（4)混凝土耐久性要求：设计使用年限为5 0 年，桩基和其他钢筋混凝土结构所处环境类别为二(a)类，最大水胶比0.5 5，最大氯离子含量0.3%，最大碱含量3kg/m。其他耐久性要求符合相关规范的规定。2.5与原渡槽方案相比较渡槽位置、进出口高程、纵坡、长度、设计流量、渡槽尺寸等参数变化不大，主要是槽身型式由桁架与梁式相结合的U型渡槽，改为矩形断面窄深式槽身；槽身数量由2 9 节增加到34节；槽身支承结构由排架改为六跨连拱，连拱支承结构为实心混凝土墩柱；桩基础增加了灌注桩技术等。相比较，重建的渡槽更显得壮观与实用。3工程施工3.1施工方案（1)胡家湾渡槽为6 跨连拱结构，主要支撑结构为实心混凝土墩柱，基础为桩基础，槽身采用预制吊装方式。(2)工程施工遵循水利工程建设标准强制性条一2 5 一第40 卷第2 期苏红萍漳河水库灌区胡家湾渡槽设计与施工技术研究文（2 0 2 0 年版）、水工混凝土施工规范（SL677-2014）、水利水电工程施工安全管理导则（SL721-2015）和有关施工规程规范的要求。(3)胡家湾渡槽槽身为预制，排架为现浇，施工顺序为：原渡槽拆除基础开挖槽身结构预制钻孔灌注桩施工承台施工现浇拱圈及排架柱预制槽身吊装防护混凝土安装止水安装支架拆卸进出口结构施工。3.2施工难点、重点分析与主要控制措施（1)施工难点、重点分析可能出现的秋汛。本工程施工主要在枯水期，一般不会发生暴雨及洪水危害，但该流域常发生秋汛，出现了秋汛可能引起河道水位暴涨，造成施工场地受，设备受损，严重时有可能造成围堰溃决等事故。交通运输。采用以公路为主的运输方式，但有约5 km的村村通和施工临时道路存在弯多、路窄以及道路旁居民户较多等问题，如管理不善，可能造成人员伤亡、机械设备和车辆损坏等事件。施工用电。因从大电网接电，施工用电稍有不慎，可能造成人员伤亡事故 1。施工作业环境。主要是施工机械伤害、高处坠落与物体打击、噪声、粉尘危害、潮湿等不良施工作业环境导致意外出现。焊接作业。焊接作业易发生触电、火灾、爆炸与灼烫事故；焊接电弧光辐射会引起眼睛和皮肤疾病；焊接中产生的烟尘与有毒气体会产生急性中毒或造成尘肺职业病 2。重点有：测量放样、基坑开挖、基础混凝土浇筑、钢筋制作安装、墩台与排架施工等。槽身吊装顺序。胡家湾渡槽槽身共34节，槽身单跨均为8.8 m。其中，第3-7 节槽身位于1#拱圈上部，第8-12 节槽身位于2#拱圈上部，第13-17节槽身位于3#拱圈上部，第18-2 2 节槽身位于4#拱圈上部，第2 3-2 7 节槽身位于5#拱圈上部，第2 8-32节槽身位于6#拱圈上部。为了使施工阶段拱圈所受弯矩最小,槽身吊装顺序为：37 8 12 1317182223272832161943126-216292414-11-91520-30-25510。灌注桩。灌注桩钻孔前应先对每个基础利用先导孔查清地质情况，在有溶洞的区域先导孔应深入溶洞以下10 m深度，以确保桩基础有5 m以上持力层。(2)主要控制措施一2 6 一材料控制技术指标a.混凝土强度等级：渡槽结构中拱圈、拱墩、拱座、排架等支承结构及槽身结构的混凝土强度等级为C40,桩基础的凝土强度等级为C30,垫层强度等级 C15。b.水泥、骨料、拌合用水、外加剂、钢筋、保护层厚度、混凝土耐久性要求、回填土料等，按设计要求执行，并应符合相应的技术标准。c.槽身正式浇筑前需要浇筑一跨试验槽身，并进行静水闭水试验，待相关检测指标合格后才能预制剩余槽身 3。质量控制技术指标a.原渡槽拆除。渡槽沿线场地较为平整开阔，采用吊车吊放法拆除，槽身和墩台吊放至地面后，就地用履带式液压振动破碎机破碎，1m挖掘机挖装，5-8t自卸汽车运至弃渣场。b.渡槽施工。桩基础施工桩位允许偏差50mm,垂直允许偏差0.5%；灌注桩按有关规范和规定检测验收后方可浇筑桩顶混凝土结构。承台及排架施工注意从材料选择、配合比设计、温度控制、施工安排和质量控制等方面，采取综合措施，满足强度、抗渗、抗冲刷等性能及施工和易性的要求 4。拱圈施工主要是模板安装、钢筋安装、混凝土浇筑、混凝土养护、拱圈合拢等必须遵守技术标准及设计要求，同时计算拱架和地基的弹性变形及预压试验拱架的非弹性变形。槽身施工混凝土采用水平分层浇筑，每层厚度不超过30 0 mm，上下两层间隙时间控制在初凝时间以内并应尽量缩短，振捣时要将振捣器的振动棒稍伸人到下层。振捣时间以被振捣混凝土表面停止沉落和表面气泡不再冒出为准。吊装施工时，先试吊30 0 mm，确保槽身水平，然后再缓慢吊装至排架上。c.温控措施。渡槽混凝土体积较大的浇筑部位主要为拱圈墩柱及拱圈，为减小混凝土浇筑过程中的温度应力，墩柱及拱圈采用分成及分幅浇筑 5。d.渡槽支座安装。必须按照图纸规定，确保其平面位置的准确、平整，支座承压能力大于5 0 0 0 kN时，其四角高差不得大于2 mm；支座承压能力5000kN时，其四角高差不得大于1mm。支座中线应与主梁中线重合或平行，其最大水平位置偏差不得大于2 mm。e.渡槽止水。按设计图纸要求的部位和高程安装，止水带、钢压板应牢牢固定在相应的位置上。填缝和灌胶时，先将表面浮皮、杂物、碎屑清理干净，将不平整处用电锤凿平，将混凝土表面（包括缝侧面）2023年6 月打毛，将缝清理干净，然后采用聚乙烯泡沫板和聚硫密封胶。f.其他安装。安装其他连接材料、栏杆等。安全生产控制措施a.建立、健全安全生产责任制和安全生产管理制度，设立安全生产管理机构，配备专职安全生产管理人员，实行安全生产目标管理。b.制定并不断完善安全生产操作规程、防护手册，做好安全交底和检查落实工作。c.编制生产事故应急救援预案，配备必要的应急救援器材和设备，并开展演练。d.加强施工人员的安全教育和培训，落实安全措施专项经费，配备必要的劳动保护用品，注意季节性施工安全措施的实施。e.加强防高处坠落、车辆伤害、触电、物体打击、塌、机械伤害、起重伤害、火灾、噪声，防洪、救护等方面的安全管理，配备必要的安全生产设施和劳动保护用具，如危险警告信号、照明设施、护板、栅栏、安全防护网及设置明显标志等。f.起重等特殊设备应经过检验，持证使用，特殊工种人员持证上岗。Research on Design and Construction Technology of HujiawanAqueduct in Zhanghe Reservoir Irrigation Area(Zhanghe Engineering Administration Bureau of Hubei Province,Jingmen 448156,Hubei,China)Abstract:Hujiawan Aqueduct is a U-shaped thin shell structure,and the aqueduct body,seal and bent frame are se-riously damaged for aging and in disrepair,and the cross-sectional flow cannot meet the water demand of the irriga-tion area,so it must be demolished and rebuilt.According to the planning requirements of renewal and moderniza-tion projects of Zhanghe irrigation area,this paper analyzes the hydraulic design,structural selection,structural cal-culation,foundation and basic design of Hujiawan Aqueduct,and describes the construction plan,difficulties andkey points of construction,construction materials,quality control and construction safety measures.Key words:design;construction technology;application research;Hujiawan Aqueduct长江工程职业技术学院学报4结语实践证明，胡家湾渡槽设计与施工技术研究，符合渡槽的特点和施工要求。同时参与建设的各单位以规程规范和设计文件为依据，强化责任担当，规范施工行为，把质量、安全始终放在重要的位置上，不断优化施工工期，提前完成了渡槽的建设任务，其经济效益、社会效益十分明显，对于同类型渡槽的施工，具有一定的借鉴和指导作用。参考文献：1中华人民共和国水利部.水利水电工程施工安全管理导则：SL721-2015S.北京：中国水利水电出版社，2 0 15.2刘明忠，李锋,陈崇德.普溪河渡槽设计与施工技术研究J.水科学与工程技术，2 0 2 0（0 1）：2 9-3 4.3中中华人民共和国水利部.水工混凝土施工规范：SL677-2014S.北京：中国水利水电出版社，2 0 14.4简简兴昌，梁仁强，杨谢芸.南水北调中线瑞河渡槽槽身施工方案研究J.人民长江，2 0 14，45（6）：9 2-9 4.5胡小梅，周铁军.永圣渡槽混凝土的干缩与耐久性试验研究J.水利建设与管理，2 0 19,3 8（10）：2 1-2 5+2.SU Hongping第40 卷第2 期27