某大型跨河壓力鋼管倒虹吸下部結(jié)構(gòu)比選

周懷春 司建強(qiáng)

摘要：西南高原山區(qū)水資源豐富但區(qū)域分布不均，跨區(qū)域調(diào)水成為解決以上難題的主要工程措施。倒虹吸作為大型引調(diào)水工程跨河建筑物的重要組成部分，具有施工難度大、安全風(fēng)險(xiǎn)高，工程投資高等特點(diǎn)，下部結(jié)構(gòu)形式直接關(guān)系到工程運(yùn)行安全及工程投資，因此本文對(duì)大型壓力鋼管倒虹吸的下部跨河支撐結(jié)構(gòu)進(jìn)行不同方案比選分析，選擇較優(yōu)的下部支撐結(jié)構(gòu)方案。

關(guān)鍵詞：引調(diào)水工程;倒虹吸;拱橋;梁橋;綜合比選

一、工程概況

滇中引水工程是云南省可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略性基礎(chǔ)工程，工程從金沙江上游石鼓河段取水向滇中城鎮(zhèn)生活及工業(yè)供水、同兼顧農(nóng)業(yè)與生態(tài)，以解決云南省社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的核心區(qū)嚴(yán)重缺水問題[1]。工程受水區(qū)包括大理、麗江、楚雄、昆明、玉溪、紅河六個(gè)州（市）的35個(gè)縣（市、區(qū)），總面積3.69萬km2、人口1418.1萬人。

工程多年平均引水量34.03億m3，工程由石鼓水源和輸水總干渠兩部分組成。水源工程為石鼓石鼓提水，裝機(jī)12臺(tái)，總裝機(jī)功率480MW。總干渠跨滇西北、滇中及滇東南地區(qū)，依次經(jīng)過麗江、大理、楚雄、昆明、玉溪和紅河6個(gè)州（市），線路全長664.23km，設(shè)計(jì)流量135m3/s～20m3/s。

輸水總干渠某倒虹吸橫跨區(qū)域大型河流干流，銜接上下游輸水隧洞，交叉處河道設(shè)計(jì)洪水（100年一遇）1705m3/s。倒虹吸全長1460m，設(shè)計(jì)流量100m3/s，采用3根直徑4.2m壓力鋼管輸水。倒虹吸進(jìn)出口距離河底高差247m，壓力鋼管最大靜水頭約206m。

二、 倒虹吸地形地質(zhì)條件

河流在該段總體流向由南向北，河谷基本上呈“V”形，下部狹窄，上部稍寬緩，河床最低高程約1695m，河床寬度50m～80m，谷峰高差560m～580m。河流西岸坡度25°左右，東岸35°～45°。

兩岸山坡地表廣泛分布較薄的第四系覆蓋層，部分陡坡地段見基巖出露。下伏基巖為三疊系上統(tǒng)舍資組（T3s1），地層為中厚層狀長石石英砂巖夾泥質(zhì)粉砂巖、泥巖。

三、下部支撐結(jié)構(gòu)形式選擇[2-4]

橋型選擇應(yīng)以安全、適用、經(jīng)濟(jì)、美觀及耐久為原則，綜合考慮橋位處地形、地質(zhì)條件，施工工期要求、施工場(chǎng)地的布置等，本文重點(diǎn)對(duì)拱橋和梁橋兩種橋型進(jìn)行比選。

（一）拱橋方案

拱橋方案擬定為100m上承式鋼筋混凝土箱型拱橋，計(jì)算矢跨比為1/6，拱軸線型為懸鏈線型，拱軸系數(shù)m=2.240。上部結(jié)構(gòu)跨度劃分為11m×10m，總長110m。壓力鋼管內(nèi)徑為4.2m，支撐在蓋梁上，蓋梁與拱箱通過立柱連接。立柱為1.4m×1.0m、1.2m×0.8m實(shí)心鋼筋混凝土方柱。主拱由11箱鋼筋混凝土預(yù)制閉合拱箱組成，主拱圈截面高度為3.2m，每榀寬1.6m，總寬為18.4m。每箱分5段吊裝，拱橋兩端布置擴(kuò)大拱座。結(jié)構(gòu)布置見圖2和圖3。

（二）梁橋方案

梁橋方案橋跨布置為11m×15m，橋梁總長為165m。上部結(jié)構(gòu)為3根4.2m壓力鋼管，橋墩間距15m。橋墩墩高大于20m采用變截面空心薄壁墩，其他采用樁柱一體式橋墩。空心墩最大墩高為39m，橫橋向由2個(gè)空心墩組成，單個(gè)空心墩橫橋向?qū)?.0m，墩頂順橋向長1.8m，從上到下按1：50變寬，壁厚為0.5m，承臺(tái)尺寸為17m×6m×2.5m，每個(gè)承臺(tái)下有8根樁，樁基直徑為1.5m。樁柱一體式橋墩最大墩高為14.5m，直徑為1.5m，每個(gè)蓋梁下有6個(gè)橋墩共同承載上部荷載。結(jié)構(gòu)布置見圖4～圖6。

三、方案綜合比選

如表1所示，分別從橋梁規(guī)模、經(jīng)濟(jì)性、美觀、施工難度、施工安全、耐久性等方面對(duì)拱橋方案及梁橋方案進(jìn)行比較，并確定拱橋方案為推薦方案。

四、 結(jié)語

該河道為典型“V”形河谷，兩岸覆蓋層厚度薄，下浮基巖以弱風(fēng)化、微風(fēng)化的長石石英砂巖為主。通過多倒虹吸拱橋方案和梁橋方案綜合比較，拱橋方案具有抗震性能好、結(jié)構(gòu)形式簡(jiǎn)單，施工工期段及工程投資省的有點(diǎn)，因此該倒虹吸下部結(jié)構(gòu)推薦采用拱橋方案。

參考文獻(xiàn)：

[1]水利部長江水利委員會(huì). 長江流域綜合規(guī)劃（2012～2030年） [Z]. 2012;

[2]中華人民共和國交通運(yùn)輸部. JTG D62-2012. 公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范[S]. 北京：人民交通出版社，2012

[3]項(xiàng)海帆. 高等橋梁結(jié)構(gòu)理論（第2版）（研究生教學(xué)用書）[M]. 2013.

[4]吳德緒， 倪暉. 南水北調(diào)中線工程設(shè)計(jì)與重大技術(shù)問題研究[J]. 人民長江， 2014（6）：1-3.

作者簡(jiǎn)介：周懷春（1967-），男，云南昆明人，高級(jí)工程師，主要從事水利工程建設(shè)與管理工作。