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        關(guān)于梯形排洪涵洞的應(yīng)用研究

        2020-03-16 08:15:22何翠方
        河北水利 2020年2期
        關(guān)鍵詞:民房箱涵涵洞

        □何翠方

        南水北調(diào)中線邯石段是南水北調(diào)中線工程的重要組成部分,行政區(qū)域位于河北省南部。工程改變了區(qū)域內(nèi)交叉河流洪水流量和流態(tài)以及局部防洪格局,加大了局部區(qū)域防洪風(fēng)險。根據(jù)防洪格局,部分跨南水北調(diào)總干渠建筑物下游排洪河道從村莊穿過,兩岸民房緊鄰河道,為工程的實施造成困難,本文針對此類河段處理措施進(jìn)行了深入分析,采用新型結(jié)構(gòu)形式,有效解決了毗鄰民宅無法實施的問題,取得了良好效果,以下以雙廟溝河道倒虹吸下游防洪處理為典型進(jìn)行闡述。

        1.工程基本情況

        雙廟溝河道倒虹吸修建后,洪水在總干渠以上匯集后經(jīng)倒虹吸后向下游宣泄,10年一遇洪水設(shè)計流量由總干渠建成前126m3/s增加至151m3/s,由于建筑物出口正對村莊,洪水加大了對該村的危害,擬對村內(nèi)排水河道進(jìn)行疏浚防護(hù),以加大過流能力及增強兩岸抗沖刷能力。整治范圍為雙廟溝倒虹吸出口至孟莊村外,并結(jié)合村民生產(chǎn)生活需求以及現(xiàn)有情況對現(xiàn)有跨河涵橋進(jìn)行拆除重建。

        為行洪要求,擬對現(xiàn)狀涵管橋拆除,原址處重建排洪建筑物并兼做交通路,交通和在按公路四級進(jìn)行設(shè)計,滿足兩岸村民通行要求。由于長期以來村莊建設(shè),部分民宅已修建至河道岸邊,為工程實施造成了相當(dāng)困難。根據(jù)兩岸地形及現(xiàn)狀民房分布情況擬采用過道箱涵結(jié)構(gòu)形式。

        2.箱涵布置的防洪影響分析

        擬建箱涵處,河道設(shè)計底寬9.0m,設(shè)計洪峰流量151m3/s,河道行進(jìn)流速4.2m/s。擬建箱涵底寬與河道底寬相同,由于涵洞兩側(cè)岸坡處進(jìn)行回填,縮窄行洪斷面達(dá)到25%,造成洞前較大壅水。其中上游樁號0+494~0+706段水位壅高約1.0m,樁號0+350~0+494段水位壅高約0.5m,樁號0+000~0+150,段水位壅高約0.5m,兩岸共需筑堤約700m,對兩岸排水和交通造成不利影響,需加大涵洞跨徑,增加過流能力。

        3.箱涵型式分析選擇

        為滿足涵洞過流能力,并結(jié)合南水北調(diào)施工經(jīng)驗,針對加大過水?dāng)嗝嫣岢隽司匦蜗浜疤菪蜗浜苯缓床贾梅桨?。依?jù)現(xiàn)狀地形情況,考慮與現(xiàn)有道路銜接,涵洞與河道斜交布置,交叉角度為70°,由進(jìn)口段、洞身段和出口段三部分組成。洞身采用2孔一聯(lián)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),單孔尺寸6.5×3.2m(寬×高),進(jìn)出口段兩岸為仰斜墻防護(hù)。涵洞結(jié)構(gòu)形式見圖1。

        通過對涵洞結(jié)構(gòu)形式的優(yōu)化布置,增加了過流斷面,壓縮河道行洪斷面占比僅為3%,洞前壅高水位由1.0m降至0.18m,上游河道均不需筑堤,有效解決了河道行洪、兩岸排水及村民通行問題。

        4.梯形涵洞結(jié)構(gòu)分析

        圖1

        圖2

        圖3

        表1 涵洞內(nèi)力計算成果匯總表

        根據(jù)實際運用情況,擬選擇已建成無水+車輛荷載工況進(jìn)行驗算。

        采用數(shù)字軟件進(jìn)行結(jié)構(gòu)內(nèi)力計算,在模型中每跨底板均分為5段并加設(shè)彈簧,模擬為彈性地基??紤]施工過程中兩側(cè)削坡可能存在的超挖情況,兩側(cè)坡式邊墻分別按受力基礎(chǔ)和非受力基礎(chǔ)兩種情況考慮。按受力基礎(chǔ)構(gòu)建模型時,每側(cè)坡式邊墻。

        均分為5個單元,每一節(jié)點處均加設(shè)接地彈簧,模擬為彈性地基。墊層系數(shù)k由《土工原理與計算》第二版根據(jù)地基類型選取,本次設(shè)計選取k=15N/cm3。

        涵洞計算采用單寬進(jìn)行進(jìn)分析,取各截面中心線建立立體框架模型,并對各節(jié)點進(jìn)行平動及轉(zhuǎn)動約束。

        兩側(cè)坡式邊墻按受力基礎(chǔ)和非受力基礎(chǔ)內(nèi)力計算成果分別見圖2、圖3。

        5.與傳統(tǒng)箱涵的對比比較

        傳統(tǒng)箱涵及梯形箱涵內(nèi)力成果匯總見下表:

        由上表可知梯形箱涵各桿端彎矩均小于傳統(tǒng)箱涵,以下分別對兩種結(jié)構(gòu)形式在相同過流能力條件下從工程費用、施工工藝、工程占地等方面進(jìn)行經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較分析:

        一是結(jié)構(gòu)內(nèi)力:梯形箱涵各桿件桿端彎矩均小于傳統(tǒng)箱涵桿端彎矩。

        二是直接工程費:相同過水?dāng)嗝鏃l件下,梯形箱涵材料用量明顯小于傳統(tǒng)箱涵,節(jié)省直接工程費用。

        三是施工工藝:梯形箱涵兩側(cè)坡式基礎(chǔ)采用土模法成型,無需重型機械碾壓,對兩岸民房基本無影響;傳統(tǒng)箱涵需在兩側(cè)采取鋼板樁臨時支護(hù),施工面狹窄,施工組織復(fù)雜,同時基礎(chǔ)夯實過程中對兩岸民房可能造成不利影響。

        四是工程占地:梯形箱涵及上下游仰斜墻施工無需開挖臨時邊坡,臨時占地很少;傳統(tǒng)箱涵采用直立式邊墻,需臨時開挖工作坑基礎(chǔ),增加了臨時占地,亦對兩岸民房造成不利影響。

        6.結(jié)語

        水是生命之源,人們的生產(chǎn)生活方式逐漸趨于傍水而建、依水而居,但同時也壓縮了原有河渠的濱水空間,對河道防洪工程的布置造成了一定困難。

        此文結(jié)合工程現(xiàn)場實踐經(jīng)驗,從跨河涵洞的平面布置、結(jié)構(gòu)形式,受力方式等技術(shù)要點進(jìn)行了總結(jié)。根據(jù)傳統(tǒng)箱涵與倒梯形箱涵的對比分析,在受地形限制時,倒梯形箱涵具有節(jié)省投資、施工快捷、減少占地等優(yōu)勢,可作為傳統(tǒng)箱涵結(jié)構(gòu)的有益補充?!?/p>

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