韶山灌區現代化改造中楠竹長虹渡槽拆除重建方案分析

郭 妍

（湖南省韶山灌區工程管理局,湖南 湘潭 411100）

1 工程概況

韶山灌區是我國南方補充灌溉地區的一個典型的以大型水源工程為骨干,以庫塘壩為基礎,“長藤結瓜”,蓄、引、提相結合的水利灌溉系統,楠竹長虹渡槽是灌區內渡槽之一,始建于1965 年,渡槽總長 541 m,其中進、出口連接段長均為10 m,槽身段長 521 m,渡槽槽身段為雙懸臂結構,槽身標準段長24 m,排架柱間距為12 m,每側懸臂長6 m,渡槽排架柱采用200 #混凝土澆筑,槽身采用 200#混凝土矩形槽結構[1],渡槽整體結構見圖1。楠竹長虹渡槽原設計流量9.5 m3/s。渡槽竣工運行至今長達 55 年,已超過設計使用年限。由于當時的經濟條件以及建筑材料的限制,渡槽排架柱及槽身采用的是低標號鋼筋混凝土結構,槽身的混凝土等級也只有 200#。目前排架柱、槽身混凝土均有不同程度破損,槽身錯位,混凝土碳化現象普遍,止水帶處漏水嚴重,存在較大安全隱患。在湖南省韶山灌區“十四五”續建配套與現代化改造,韶山灌區工程管理局會同設計單位對楠竹長虹渡槽進行了安全鑒定,鑒定結論為“四類渡槽”,需拆除重建,本文根據楠竹長虹渡槽安全鑒定結果,提出了渡槽拆除重建的方案。

圖1 渡槽整體結構圖

2 渡槽鑒定情況

2.1 現場調查評價情況

設計單位通過對楠竹長虹渡槽現場調查,得到以下結論：（1）楠竹長虹渡槽整體運行狀態良好,排架柱整體狀態良好,個別排架柱柱體、橫梁上有小面積混凝土剝落及露筋；（2）槽身整體狀態良好,局部槽壁有大量附著物,箱段伸縮縫處局部有混凝土大面積破損；（3）過水面部位局部出現混凝土磨損嚴重及骨料外露現象,個別槽箱左右有延渡槽縱向的較大裂縫,裂縫狀態較為明顯；（4）個別槽箱出現左右方向或者上下方向的錯位,個別箱段錯位較為明顯,箱體止水帶運行狀態良好,個別止水帶破損脫落；（5）人行橋橋面混凝土麻面嚴重 ,骨料外露,欄桿老化嚴重,個別欄桿底部出現露筋,多數橋面出現橫向裂縫或者裂紋。渡槽現場檢查情況見圖 2。

圖2 楠竹長虹渡槽現狀

2.2 質量檢測評價情況

通過現場對渡槽槽深結構、排架結構混凝土強度檢測,鋼筋保護層厚度檢測得到以下檢測結論：（1）混凝土回彈強度質量檢測全部滿足設計指標要求；（2）所測槽箱位置的碳化深度值小于鋼筋保護層厚度,排架柱柱體混凝土碳化深度值基本大于鋼筋保護層厚度,排架柱橫梁混凝土碳化深度值基本大于鋼筋保護層厚度；（3）所測槽箱側壁鋼筋間距大部分滿足設計指標,排架柱柱體及橫梁鋼筋間距平均值在197 mm~264 mm之間,大部分數值超出鋼筋間距的設計指標。

2.3 安全復核評價情況

通過洪水復核、流量復核以及結構計算復核,得到以下結論：（1）渡槽的洪水標準符合《水利水電工程等級劃分及洪水標準》規范要求；（2）渡槽滿足《灌溉與排水工程設計標準》（GB 50288-2018）規定的槽下凈空高度要求；（3）加大流量下,渡槽的安全超高超過渡槽的凈深,渡槽過流能力不滿足規范要求[2]；（4）槽身橫向結構配筋不滿足規范要求,側墻滿足抗裂驗算,底板截面裂縫開展寬度不滿足要求；（5）槽身縱向結構配筋不滿足規范要求,抗裂及撓度驗算滿足要求；（6）排架立柱縱向配筋驗算滿足要求,頂梁下側配筋驗算滿足要求,頂梁上側配筋直徑偏小,不滿足要求；中間梁下側配筋驗算滿足要求,中間梁上側配筋驗算不滿足要求,頂梁和中梁的抗裂驗算均不滿足要求,立柱和中梁的裂縫寬度滿足要求,頂梁的裂縫寬度滿足要求。

2.4 工程安全綜合評價與建議

根據《渡槽安全評價導則》,結合各分項評定結論,對渡槽安全進行綜合評價,綜合分析渡槽工程地質條件、現場安全檢查、工程質量、運行管理、防洪標準、結構安全性評價,建議評定渡槽安全類別為“四類渡槽”,需對渡槽拆除重建。

3 渡槽重建方案

3.1 地形地質條件

工程區地貌為丘陵間沖積平原類型,地勢起伏不大,沖積平原呈條帶狀近南北向展布,地形平緩,地面高程41.1 m~45.8 m。1 條小河從平原區中部穿過,河寬約 40 m,河底高程約37.5 m,進口段山坡為緩坡類型,地面高程49.3 m~53.1 m,出口段地形相對較陡,呈斜坡~陡坡類型,地面高程45.5 m~70.5 m。渡槽槽墩地質情況描述如下：

（1）基礎坐落在強風化砂礫巖上的有1 號~3 號槽墩,24號槽墩、39 號~41 號槽墩。地基土質量良好,基本能滿足工程要求。

（2）槽墩基礎坐落在可塑狀態低液限黏土的有4號~7號、27 號~37 號槽墩。可塑狀態的低液限黏土承載力基本能滿足要求,通常具有中等壓縮性,在上部荷載作用下會產生一定的沉降變形。

（3）槽墩基礎坐落在軟塑～流塑狀態低液限黏土或淤泥質土的有8號~14號。該類型的地基土有機質含量高,濕～很濕,呈軟塑狀態為主,局部呈流塑狀態,具有較低承載力和高壓縮性,工程性質不良,不能滿足工程要求,并且其處理措施也不當,導致工程運行過程出現較大沉降,致使上部結構出現拉裂現象。

（4）槽墩基礎坐落在砂礫石層上的有15號~20號、26號。均位于主河槽及左岸漫灘上,質地不均,普遍含有大量淤泥質土和有機質,該層沉積年代不長,結構松散,具有中等~高壓縮性,再者由于地基土不均,可能存在不均勻沉降,致使基礎發生傾斜等情形。

（5）25號槽墩地基土不純,其中1/3基底為砂礫巖、2/3基底為砂礫石,由于砂礫巖和砂礫石的變形特性的差異,存在導致基礎發生傾斜的可能。

綜上所述,結合設計方案,所有基礎均采用的是擴大基礎,并在基底布設10 cm厚的混凝土墊層。

3.2 選址選線

本次設計對原址重建和新址重建兩種方案進行了比選,楠竹長虹渡槽線路比選見圖 3。

圖3 楠竹長虹渡槽線路比選示意圖

方案一：距離原楠竹長虹渡槽（中心位置）上游約18 m新建渡槽,該渡槽槽身采用直線型雙懸臂鋼筋混凝土梁式渡槽矩形結構,支承結構為排架柱形式,排架柱間距 12 m,每側懸臂長6 m,槽身標準段長24 m,此方案渡槽全長578 m。

優點：與原渡槽相比,渡槽與上下游干渠連接更加平順,水力條件較好；可節省拆除原渡槽的工期和投資；同時,周邊居民點密集,可減少拆除渡槽時對周邊居民的噪聲、粉塵等污染。

缺點：該方案需要對渡槽上下游干渠線路進行適當調整,與新建渡槽平順連接。新建渡槽和新建渡槽上下游渠道需新增永久占地,韶河兩岸多為耕地和居民點,征地移民協調難度大,投資高。

方案二：原址重建。拆除原楠竹長虹渡槽,并按照原建筑形式重建,該渡槽槽身段采用直線型雙懸臂鋼筋混凝土梁式渡槽矩形結構,支承結構為排架柱形式,排架柱間距12 m,每側懸臂長6 m,槽身標準段長24 m,此方案渡槽全長541 m。

優點：與方案一相比,拆除原渡槽原址重建方案,無新增永久征地,且不涉及移民問題,此外渡槽上下游渠道線路無需調整,對當地生態環境影響較小。

缺點：與方案一相比,增加拆除73 萬元拆除費用；拆除原鋼筋混凝土渡槽產生的噪聲、粉塵等對周邊居民及環境產生不利影響；新建渡槽需在拆除原渡槽,清理完畢之后,影響新建渡槽工期。

方案比選：方案一總投資4037 萬元,方案二總投資3582 萬元。兩個方案中方案一總投資較大,方案二總投資較小,方案二無新增占地,渠道線路無需調整,與方案一相比雖然增加了拆除費用,但無新增占地移民投資,總投資較小。因此,經過綜合分析,將方案二作為推薦方案。

3.3 建筑物設計

（1）渡槽布置

原楠竹長虹渡槽在上井灣和下井灣之間跨域韶河,根據上一小節方案比選,選定原址重建楠竹長虹渡槽,拆除原渡槽槽身、排架柱及基礎、上下游連接段,進行原址原規模重建,楠竹長虹渡槽縱斷面布置見圖4。

圖4 楠竹長虹渡槽縱斷面布置

（2）槽身結構選型

楠竹長虹渡槽設計流量為9.5 m3/s,加大流量為11.85 m3/s,渡槽上下游居民點較多,因此進行兩種槽型方案比選。

方案一：矩形槽身

矩形槽身施工簡單,模板利用率高,且適應大跨度拱式渡槽分段落梁,穩定性較好,缺點是水力條件較 U 型渡槽稍有不利,槽身工程量較大。

方案二：U型槽身

U型渡槽槽身一般較薄,槽身工程量較小,但對施工技術要求較高,需要專用模板,常用于預制吊裝施工,當需要現場澆筑時,對支架基礎及支架沉降要求高。一旦出現開裂、漏水等缺陷,修復較困難。同時,楠竹長虹渡槽保留通航功能,U型渡槽不能設橫向拉桿、結構受力條件不佳,U型結構橫向承載能力要求高。

綜合比較,U型渡槽預制及施工難度較大、結構受力條件不佳,本階段推薦采用矩形槽身結構作為楠竹長虹渡槽槽身基本斷面型式。

圖5 楠竹長虹渡槽標準段典型斷面圖

（3）下部結構選型

根據槽址處的地質條件、槽墩高度、渡槽流量、水文等因素,確定渡槽下部結構型式。根據具體情況,確定支承結構為雙排架柱結構、局部采用重力墩,基礎形式為階梯型獨立基礎。

楠竹長虹渡槽推薦方案全長 541 m,進、出口連接連接段各長 10 m。渡槽布置：20 跨24 m 雙懸臂梁式渡槽+1跨26 m雙懸臂梁式渡槽+1跨8 m單懸跨梁式渡槽+1 跨7 m雙懸臂梁式渡槽,以及2 跨10 m落地槽出口連接段。為增大排架整體剛度及承載能力,排架柱采用C40 混凝土雙排架結構形式,排架柱尺寸60 cm×40 cm,基礎采用C35 混凝土擴大獨立基礎,基礎平面尺寸6.2 m×2.5 m。獨立基礎埋置深度增大,基礎底部位于基巖面上。

4 結語

韶山灌區骨干工程在十三五期間續建配套與節水改造以后,險工險段、“卡脖子”渠道和病險建筑物基本得到改造,但受制于投資瓶頸制約,111 處建筑物尚未得到改造,特別是渡槽,因改造技術難度大、投資高,而被擱淺,本次在湖南省韶山灌區“十四五”續建配套與現代化改造建設中對渡槽進行重建或者改造,完善灌排設施工程體系,是灌區內補齊工程設施短板的重要措施,也是推動灌區可持續發展,支撐湘潭地區糧食穩產高產的基礎保障,建議政府部門盡快推動實施。