新疆瑪納斯河灌區跨河渡槽設計

石江琳

（新疆兵團勘測設計院（集團）有限責任公司 新疆 石河子 832000）

1 前言

渡槽是輸送渠道水流跨越河渠、道路、洪溝等的架空輸水建筑物，是灌區水工建筑物中應用最廣的交叉建筑物。

近幾年來，渡槽發展的總趨勢是，適應各種流量、各種跨度，特別是大跨度渡槽結構型式的研究，設計理論和計算方法的研究，建筑材料以及施工技術的研究和改進等，都有很大進步。灌區中采用渡槽型式較多，但對于選擇渡槽型式總是有很多說法，下面就新疆瑪納斯河灌區跨河渡槽的方案選擇及設計進行簡單的分析和介紹。

2 工程概況

新疆維吾爾自治區瑪納斯河（以下簡稱瑪河）流域位于天山北坡經濟開發區核心地帶，地處準噶爾盆地南緣，東至塔西河，西至巴音溝河，南至依連哈爾尕山，北至古爾班通古特沙漠，地理位置為東經84°47′～85°31′，北緯 43°40′～45°30′。

瑪河灌區跨河渡槽代替原東岸大渠8km過河涵洞，其作用是將瑪河五級電站發電尾水輸向瑪河西岸，灌溉原四、五、六宮及五旗渠等區域，并滿足石河子市工業用水的要求。

3 渡槽總體布置

渡槽引水起點為東岸大渠9km退水閘處，終點為西岸干渠一支干渠的分水閘。設計流量15m3/s，加大流量為18m3/s，跨瑪河處的河道兩岸為防洪堤。為了不影響河道的行洪寬度，渡槽的跨度以不縮窄河床寬度為原則，渡槽總跨度350m，起點樁號為0+750，終點樁號為1+110，縱坡0.0157。渡槽與上下游渠道通過扭面銜接。

4 渡槽方案選擇

渡槽的類型很多，同樣也有很多種分類方法，一般是根據槽身及其支承結構的類型進行分類。

按所用材料分：有木渡槽、磚石渡槽、鋼筋砼渡槽、鋼渡槽等。

按槽身斷面形式分：有矩形、U形、梯形、圓管等，其中前兩種較為常見。

按支承結構形式分：有梁式、拱式、桁架式等。

本次方案比選順序為先材料比選，其次槽身斷面形式比選，然后支承形式比選，最終選定推薦方案。

4.1 槽身材料方案比選

本工程渡槽可以選擇鋼結構和鋼筋混凝土結構兩種形式，具體設計如下：

表1 渡槽方案比較表

（1）鋼渡槽方案：渡槽采用梁式簡支鋼桁架型式，渡槽槽身長350m，每跨20m，計17跨。進口高程535.77m，出口高程為535.22m。槽身比降為0.00157。

槽身采用矩形斷面結構，槽底寬4.0m，槽身高3.0m。

鋼桁架跨度20m，底寬3.5m，高度2.3m，桁架節點間距為2.5m。腹桿采用三角式體系，分別由直腹桿、斜腹桿組成。鋼桁架下部梁格結構由縱向次梁、橫向次梁組成，縱向次梁間距0.7m，橫向次梁間距0.5m。

（2）鋼筋混凝土渡槽方案：渡槽采用簡支梁型式，渡槽段長350m，起止樁號分別為 0+750、1+100。0+750～0+760、1+090～1+100分別為邊跨，跨度為10m。其余15跨渡槽跨度均為15m。渡槽采用整體鋼筋混凝土矩形槽結構，底寬4.0m，高2.4m；底板、邊墻厚度均為0.3m，底部兩側縱梁寬0.45m，高0.8m。

圖1 渡槽橫斷面形式示意圖

（3）方案比選，二者的特點如下：

鋼結構渡槽的優點：鋼結構自重較輕，工作可靠性較高，抗震性好，鋼結構制造的工業化程度較高，可以準確快速的裝配，容易做成密封結構，施工不受季節限制，可縮短施工工期，管理、養護、維護簡單方便。適用于大跨度結構，對河道行洪影響不大。

缺點：鋼結構容易腐蝕、運行管理工作量大、投資相對較大。

鋼筋混凝土結構渡槽的優點：耐久性好，整體性好，可就地取材，節約鋼材，投資相對較小。

缺點：自重較大，抗裂性差，施工比鋼結構復雜，施工期較長，冬季雨季施工困難，跨度較小。

因為本工程為灌區工程，考慮到業主運行管理方便，維修方便，節省投資等因素，本次設計選擇投資較小、運行管理方便的鋼筋砼渡槽方案。

4.2 鋼筋混凝土渡槽橫斷面形式選擇

槽身斷面有矩形、U型（半圓型上加直墻）。一般常用矩形和U型斷面，故將兩種斷面形式做以下比較論證。

大流量的鋼筋混凝土梁式渡槽槽身多采用矩形斷面，矩形槽身施工方便，耐久性、抗凍性好，結構簡單，特別適合中型渡槽。

U形槽身斷面為半圓加直段，槽頂一般設拉桿，槽壁頂端常加大以增加剛度，多采用鋼筋混凝土或鋼絲網水泥結構，與矩形槽身相比，具有水力條件好、縱向剛度大，省鋼材等優點，但抗凍性差、不耐久，施工工藝要求高，如果施工質量不高，容易引起表面剝落、鋼絲網銹蝕、甚至有漏水現象產生。

由于本工程流量18m3/s，且為跨河渡槽，屬于中型工程，故本次設計槽身斷面采用矩形斷面。

4.3 結構形式的選擇

梁式渡槽的槽身是直接擱置于槽墩或槽架之上的。為適應溫度變化及地基不均勻沉陷引起的變形，必須設置變形縫，將槽身分為獨立工作的若干節，并將槽身與進出口建筑物分開。變形縫之間的每一節槽身沿縱向是兩個支點，所以既起輸水作用又起縱向梁作用。根據支點位置的不同，梁式渡槽有簡支梁、雙懸臂梁和單懸臂梁三種型式。

單懸臂梁一般只在雙懸臂梁向簡支梁過渡或與進出口建筑物連接時使用。單懸臂梁槽身的懸臂長度不能過大，以保證槽身在另一端支座處有一定的壓力，不允許出現拉力。

雙懸臂梁渡槽由于懸臂的作用，股跨度可以增大，跨度較小則可節省鋼材用量，但由于一節槽身的總長度大，總量大，故施工吊裝較困難，當懸臂端部變形或地基產生不均勻沉降時，接縫將產生錯動而使得止水容易被拉裂。另外，根據對已建工程的觀察，雙懸臂梁槽身在支座附近容易產生橫向裂縫。

簡支梁槽身施工吊裝方便，接縫止水構造簡單，但跨中彎矩較大，底板受拉，對抗裂防滲不利。簡支梁槽身常用的跨度為8m～15m。

由于本渡槽跨越河道，故要求盡量加大跨度，從而盡量避免占用河道面積，并且為了施工方便、接縫止水構造簡單，選擇簡支梁式渡槽，渡槽跨度取15m。

4.4 水力計算

槽身水力計算采用明渠均勻流公式：

式中，Q——設計流量，m3/s；

A——槽身過水斷面面積，m2；

R——水力半徑，m；

i——槽身縱坡；

n——糙率系數，鋼筋混凝土槽身一般采用n=0.015。

計算結果見表2。

通過計算，為了與上下游水深銜接，并且渡槽的高寬比范圍應在0.6～0.8之間，最終確定渡槽底寬為4.0m，高2.4m。

表2 渡槽水力計算

5 瑪河跨河渡槽設計綜述

根據比選結果，最終選定矩形斷面，簡支梁跨度為15m的鋼筋混凝土渡槽方案。

渡槽起點位于渠道樁號0+740處，終點位于渠道樁號1+115處，分別由三部分組成，即上游漸變段、渡槽段和下游漸變連接段。

上游漸變連接段長10m，底板由渠道底寬2.5m，漸變為渡槽底寬4.0m，底板采用C20、F300、W6結構，板厚 20cm，邊坡漸變段采用C20細粒混凝土砌筑漿砌石結構，厚度為30cm。

渡槽為簡支梁型式。渡槽段長350m，起止樁號分別為 0+750、1+100。0+750～0+760、1+090～1+100分別為邊跨，跨度為10m。其余22跨渡槽跨度均為15m。渡槽采用整體鋼筋混凝土矩形槽結構，底板、邊墻厚度均為0.3m，底部兩側縱梁寬0.45m，高0.3m。渡槽所有結構均采用C30、F300、W6鋼筋混凝土。

下游漸變連接段長15m，底板底寬由4.0m漸變為1.5m，底板采用C20、F300、W6結構，板厚20cm，邊坡漸變段采用C20細粒混凝土砌筑漿砌石結構，厚度為30cm。

6 結語

在灌區中，建筑物設計主要考慮的是投資以及運行管理是否方便，投資小且運行管理方便的鋼筋混凝土渡槽是首選。本文在渡槽具體設計中提供了一些比選和設計思路，希望能為同行在類似工程設計中提供參考。陜西水利

[1]中華人民共和國水利部．中華人民共和國行業標準.水利水電工程等級劃分及洪水標準(SL252-2000)[Z].

[2]中華人民共和國水利部．中華人民共和國行業標準.水工鋼筋混凝土結構設計規范(SL191-2008)[Z].

[3]趙文華等.渡槽[J].水利電力出版社，1989年；