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        DFQ灌區(qū)渡槽重建方案設(shè)計(jì)分析

        2018-04-02 06:45:47馬新勇
        陜西水利 2018年1期
        關(guān)鍵詞:簡支渡槽結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

        馬新勇

        1 工程概況

        DFQ灌區(qū)內(nèi)共有22個(gè)鄉(xiāng)(鎮(zhèn)),人口總數(shù)63.85萬人。灌區(qū)為跨流域引水,灌溉網(wǎng)絡(luò)組成有中小型水庫、泵站等,規(guī)劃有效灌溉面積為116.21萬畝。該渡槽是灌區(qū)總干渠的重要組成,始建于1970年,全長1005.3 m,槽身坡降1/491,設(shè)計(jì)流量范圍在15~18 m3/s。渡槽斷面形式為矩形,凈寬4.1 m,凈高1.70 m,結(jié)構(gòu)形式為簡支梁。支承結(jié)構(gòu)有單肢排架、雙肢排架和槽墩三種型式。渡槽部分分為槽、橋雙層聯(lián)合建筑形式。槽身每節(jié)長度16.72 m,全長共分61節(jié)槽身,矩形斷面,槽身底寬4.1 m,槽身側(cè)墻高1.7 m。

        2 渡槽存在問題

        2.1 槽身

        經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)勘察,渡槽槽身側(cè)墻、底板混凝土大面積剝蝕,砼老化嚴(yán)重,呈灰白、灰黑色,局部蜂窩麻面、破損;槽身迎水面硅抹面和拉梁有露筋、脹裂現(xiàn)象;槽身底板橫梁露筋銹蝕裂縫嚴(yán)重(裂縫寬度0.5~2 mm,裂縫長度0.5~2 m);槽身兩側(cè)有多條裂縫分布,槽身底板背水面橫梁混凝土多處露筋,拼裝接縫處滲水嚴(yán)重。經(jīng)檢測(cè):槽身混凝土強(qiáng)度范圍在9.5~19.4MPa,碳化平均深度25.2mm。

        2.2 排架墩帽

        未經(jīng)加固的排架混凝土碳化嚴(yán)重,帽梁底面有露筋裸石、麻面、混凝土剝落等病害,可見多條貫通裂縫,多處可見鋼筋銹蝕脹裂縫。槽墩排架立柱混凝土強(qiáng)度范圍在14.7~20.5 MPa。碳化平均深度為23.7 mm。

        經(jīng)檢測(cè)得出以下結(jié)論:①槽身和排架混凝土鋼筋銹蝕電位平均值均大于-220 mv,說明槽身混凝土中的鋼筋已經(jīng)處于全面銹蝕狀態(tài),部分區(qū)域有銹斷危險(xiǎn)[2];②渡槽在現(xiàn)狀供水工況下處于不安全運(yùn)行狀況;③槽身底板橫向、側(cè)墻縱向配筋,斜截面抗剪不滿足現(xiàn)行規(guī)范要求,需拆除重建;④排架柱作為主要承壓構(gòu)件,砼強(qiáng)度最小值僅為14.7 MPa,其承載力和柱頂接觸面(支座)砼抗壓強(qiáng)度均不滿足現(xiàn)行規(guī)范要求。

        3 設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)

        經(jīng)調(diào)研,原渡槽已經(jīng)沒有維修加固價(jià)值,設(shè)計(jì)渡槽重建方案為“20跨×40 m預(yù)應(yīng)力槽身+進(jìn)出口15 m簡支結(jié)構(gòu)”。

        該方案設(shè)計(jì)渡槽平面布置上呈“L”型,進(jìn)出口呈直線,設(shè)置轉(zhuǎn)彎連接段。渡槽總長1003.42 m,其中進(jìn)口明渠段58.11m,進(jìn)口漸變段20 m,進(jìn)口連接段30 m,渡槽段長800.0 m,出口轉(zhuǎn)彎段長70.31 m,出口漸變段長15.0 m。

        3.1 槽身設(shè)計(jì)

        槽身為單孔空箱簡支結(jié)構(gòu),頂部設(shè)通氣孔,每40m一跨,采用鋼筋混凝土整體澆筑,每節(jié)槽身設(shè)19束鋼絞線,兩端各預(yù)留0.6m待張拉完成后進(jìn)行二期澆筑,可利用造槽機(jī)機(jī)械化施工。

        3.2 槽墩設(shè)計(jì)

        結(jié)合地形特征和考慮施工方便,設(shè)計(jì)1-3#、23-24#槽墩排架高度小于15 m,采用單肢排;對(duì)4~22#墩槽墩高度小于35 m的采用雙肢排架。其中35 m以上采用空心墩,空心墩最大高度控制為45 m,高度大于45 m的采用空心墩與實(shí)心墩相結(jié)合的結(jié)構(gòu)形式。其中排架柱、基礎(chǔ)、實(shí)心墩及墩帽采用C30混凝土,空心墩采用C40混凝土。

        根據(jù)各槽墩處的地質(zhì)條件和其本身高度,設(shè)計(jì)1-6#、12-13#、22-23# 槽墩采用明挖擴(kuò)大基礎(chǔ),7-11#,14~21# 槽墩需開挖深10 m左右,也采用鋼筋混凝土灌注樁,樁徑1200mm,間距4.3m,垂直水流方向布置三排,間距3.7 m,樁深入微風(fēng)化層以下3 m。

        該方案結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡單,技術(shù)成熟,風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)和施工難度系數(shù)小,總工期為32個(gè)月,預(yù)計(jì)投資額為7354.3萬元。

        4 重點(diǎn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析

        4.1 水力計(jì)算

        渡槽水力計(jì)算直接決定了其輸水能力和建造成本[1],采用明渠均勻流公式,具體見式(1),計(jì)算結(jié)果見表1[2]。

        表1 渡槽水力計(jì)算結(jié)果

        式中:Q為設(shè)計(jì)流量,m3/s;A為槽身過水?dāng)嗝婷娣e,m2;R為水力半徑,m;i為槽身縱坡;n為糙率系數(shù)。

        4.2 槽身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

        根據(jù)水力學(xué)計(jì)算和灌溉需求,設(shè)計(jì)槽底縱坡i=1/600,槽內(nèi)凈寬B=3.1 m,槽內(nèi)凈高H=2.6 m,槽身和底板厚度均設(shè)計(jì)30 cm,其斷面尺寸如下圖1所示[3]。

        圖1 槽身斷面尺寸(單位:cm)

        為分析槽身受力情況,沿槽身縱向取1.0 m長的脫離體,簡化為平面問題橫向計(jì)算[4]。假設(shè)脫離體側(cè)墻與底板交結(jié)為固結(jié),槽身與墩柱可視為鉸接。槽身近似為均質(zhì)的箱涵結(jié)構(gòu),底板受力最大為Mkx,按不利斷面進(jìn)行配筋,按式(2)進(jìn)行計(jì)算。

        經(jīng)計(jì)算:底板最大彎彎距值為28.21 kN·m(跨中)和24.59 kN·m(端部)。設(shè)計(jì)澆筑混凝土型號(hào)為C50,fc=23.1MPa,鋼筋標(biāo)準(zhǔn)為Ⅱ級(jí) Φ16@100,fy=310N/mm2。

        4.3 支承結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

        對(duì)于墩帽及墩柱,最不利工況為“滿槽+橫向風(fēng)荷載”[5],沿橫向槽身方向設(shè)置雙肢排架(見圖2),則垂直集中荷載Q=4698 kN(滿槽),水平集中荷載P=115.5 kN。

        圖2 雙肢排架受力結(jié)構(gòu)

        計(jì)算得最大彎矩發(fā)生在柱底處,為1249.06 kN·m;最大軸力位于背風(fēng)側(cè)柱,為6554.72 kN;剪力位于拉桿處,為266.66 kN;最大位移位于立柱頂部,為0.004 m。其配筋按Mmax=1249.06 kN·m考慮,其求受拉、受壓鋼筋為As=19712 mm2,滿足最小配筋率0.6%要求[6]。

        5 新建渡槽變形監(jiān)測(cè)

        為檢測(cè)新建渡槽的穩(wěn)定性,在槽底選取20個(gè)點(diǎn)測(cè)量其相對(duì)于輸水水位的豎向位移變化。表2是其中5個(gè)點(diǎn)的豎向位移水位關(guān)系表。有表中數(shù)據(jù)可知:測(cè)點(diǎn)中最大位移值為-4.391 mm,遠(yuǎn)小于相關(guān)規(guī)范規(guī)定限值L/500。因此新建渡槽的穩(wěn)定性完全滿足使用要求。

        表2 測(cè)點(diǎn)豎向位移水位關(guān)系表

        6 結(jié)語

        新建渡槽采用“20跨×40 m預(yù)應(yīng)力槽身+進(jìn)出口15 m簡支結(jié)構(gòu)”建造方案,取得了較好的經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性,對(duì)槽身及支承結(jié)構(gòu)的形式和最小配筋設(shè)計(jì),最大限度地降低成本投資。

        [1]夏富洲,王長德,曹為民,等.大流量預(yù)應(yīng)力渡槽設(shè)計(jì)和施工技術(shù)研究[J].南水北調(diào)與水利科技,2009,7(6):20-25.

        [2]吳軼,莫海鴻,楊春.大型渡槽動(dòng)力設(shè)計(jì)方法研究[J].計(jì)算力學(xué)學(xué)報(bào),2006,23(06):778-782.

        [3]李遇春,李錦華.關(guān)于大型渡槽結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的幾個(gè)問題[J].中國農(nóng)村水利水電,2006(07):57-60.

        [4]和秀芬,趙立敏,李書群.洺河渡槽大跨度三向預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[J].水利水電技術(shù),2006,37(05):45-47.

        [5]石江琳.新疆瑪納斯河灌區(qū)跨河渡槽設(shè)計(jì)[J].陜西水利,2014(6):168-169.

        [6]楊建紅.山西禹門口灌區(qū)二級(jí)干渠渡槽工程修補(bǔ)加固技術(shù)[J].南水北調(diào)與水利科技,2017(09):25-29.

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