高墩大跨连续刚构渡槽技术指南
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前言

我国西南山区耕地多傍山呈梯田梯土状分布,城镇、村寨依山分布,与水资源在空间上、特别是在高程上的分布不协调,这就要求输水工程尽可能减少沿程水头损失,以控制更多的灌溉面积和依山分布的城镇、村寨。渡槽是跨越山区峡谷、河谷、溪谷、洼地、道路等的主要交叉输水建筑物,比倒虹管水头损失小,是沿程水头损失最小的输水建筑物之一。但在峡谷山区地形修建渡槽往往遇到高墩、大跨、长槽等难题,常规的简支梁式渡槽、拱式渡槽无法跨越。全国重点水利项目、贵州省西部大开发标志性水利工程——黔中水利枢纽一期工程,长63km的总干渠上就有26座总长13.4km的渡槽,其中徐家湾渡槽、草地坡、河沟头、焦家4座渡槽都跨越宽缓峡谷,最大临空高度为123.5m,临空高度50m以上的槽身最长达550m,输水流量在20m3/s以上,需要能够跨越山区峡谷地形的新型渡槽结构。

在西南山区公路建设中,由于连续刚构桥具有墩梁固结、T构对称挂篮施工、跨越能力强、经济性较好等优点,而被广泛用于跨越宽缓峡谷。根据黔中水利枢纽工程面临的关键问题,设计人员借鉴连续刚构桥梁的设计及建设经验,开展高墩大跨连续刚构渡槽技术研究。

连续刚构结构是梁式体系与刚架式体系相结合的组合结构,属多次超静定结构,既保持了T型刚构桥不设支座、不需体系转换、采用悬臂法施工等特点,又吸取了连续梁在整体受力上能承受较大正、负弯矩的优点,具有较大的顺桥向抗弯刚度和横向抗扭刚度。连续刚构桥箱梁一般选用变高度单箱单室截面,宽桥时选择单箱双室或单箱多室,桥墩多采用刚度较小的柔性薄壁墩以减小预应力、混凝土收缩徐变、温度变化所引起的次内力效应。

渡槽输水与桥梁过车不同,具有水荷载大、预拱度低、防渗防水、内外温差大等特点。设计人员从结构体系、槽身箱梁构造、受力规律、材料、施工方法、安全监测、使用功能、耐久性、经济性等方面开展综合研究,基于“桥槽合一”技术路线提出在变高度截面箱梁内设计过水中隔板与过水铺装层,箱梁在纵向由单箱箱梁、过渡箱梁及上下两箱箱梁依次连续排列组合而成,从而形成一种独特的变箱变高度截面箱梁槽身构造型式。该型式巧妙地利用连续刚构桥变高度截面箱梁适应梁体受力规律的特点及内部空间,有效地降低自重,是一种经济性良好的新型大跨径梁式渡槽结构,成功地应用于徐家湾、草地坡、河沟头、焦家4座渡槽,形成了包括设计、施工、检测、验收等在内的较为完善的技术体系。其中,徐家湾连续刚构渡槽采用95.95m+2×180m+95.95m槽跨布置,最大墩高92m,是目前国内外主跨最大、连续长度最长、支撑高度最高的梁式渡槽;在同等箱梁顶板宽度条件下,该渡槽设计流量水荷载是公路-Ⅰ级车道荷载均布荷载标准值的5.5倍(当按满槽考虑时则达到7倍),将我国输水渡槽的单跨跨径从不足50m大幅提升至180m,槽身连续长度更是大幅提升至551.9m,形成了一种适用于跨越山区峡谷的高墩大跨新型渡槽型式。

目前,输调水工程建设的迅猛发展,渡槽作为渠系的重要建筑物发挥着水资源合理分配和利用的重要作用。随着徐家湾、草地坡、河沟头、焦家4座连续刚构渡槽的成功实践,该新型渡槽结构受到了国内一些调水工程大跨径渡槽的青睐,具有广泛的应用前景。为适应连续刚构渡槽技术推广应用需要,在研究实践的基础上制定了本指南,用于规范高墩大跨连续刚构渡槽的设计、施工、监测、检测、验收等,做到技术先进、安全可靠、经济耐用。

本指南依托徐家湾、草地坡、河沟头、焦家4座连续刚构渡槽建设实践编著而成,包括设计、施工、特殊技术要求与质量控制三部分,对高墩大跨连续刚构渡槽设计、施工、监测、检测、充水试验、验收等有关技术要求进行了规定,并附有条文说明以方便阅读和理解。研究中得到了项目业主、施工单位、监理单位、监测检测单位的大力支持,也得到了贵州省科学技术厅“黔中水利枢纽工程重大关键技术研究与应用”(黔科合重大专项字〔2012〕6013号)的资助,得到了关志诚、张国新、刘经建等专家学者的指导与帮助,在此向支持和关心研究工作的所有单位和个人表示诚挚感谢,也感谢中国水利水电出版社付出的辛勤劳动。编著过程中,参阅了大量有关桥梁、渡槽等方面的研究成果,部分内容已在参考文献中列出,但难免仍有遗漏,在此一并向参考文献的各位作者致谢。

本指南由向国兴、徐江总体策划,组织并牵头编著,负责统稿;徐江作为设计负责人开展了大量研究与实践;向国兴、罗亚松负责技术把关和审稿,罗代明、杨卫中参与了技术把关。

限于作者技术水平及工程实践经验,书中错误和缺点在所难免,恳请读者批评指正。

作者

2018年4月