謝向榮 鄭光俊

摘要：針對(duì)南水北調(diào)中線渠道工程中膨脹土渠道、大型渡槽設(shè)計(jì)難題，開(kāi)展技術(shù)攻關(guān)，取得了系列創(chuàng)新成果。在強(qiáng)降水區(qū)深挖高填膨脹土渠道方面，開(kāi)展了多裂隙膨脹土邊坡綜合抗剪強(qiáng)度取值方法、原生裂隙面控制的深層滑動(dòng)穩(wěn)定分析方法、坡面保護(hù)與坡體加固的新型結(jié)構(gòu)及其控制標(biāo)準(zhǔn)、填方渠堤剩余沉降量預(yù)測(cè)與控制方法、水泥改性土等關(guān)鍵技術(shù)研究，形成了膨脹土邊坡設(shè)計(jì)理論方法和標(biāo)準(zhǔn)體系。在超大型渡槽結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，開(kāi)展了低耗水頭新型渡槽型式、溫度荷載模式、預(yù)應(yīng)力設(shè)計(jì)方法等研究，發(fā)展了超大型渡槽設(shè)計(jì)理論方法、設(shè)計(jì)控制標(biāo)準(zhǔn)。南水北調(diào)中線工程渠道關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)，解決了渠道工程設(shè)計(jì)技術(shù)難題，縮短了關(guān)鍵工期，保證了工程順利建設(shè)和按期通水，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和生態(tài)效益。

關(guān)鍵詞：膨脹土渠道，超大型渡槽，關(guān)鍵技術(shù)，渠道工程，南水北調(diào)中線工程

中圖法分類號(hào)：TV68文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A DOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2020.02.007

1 研究背景

南水北調(diào)中線工程是世界上最大的跨流域調(diào)水工程，是實(shí)現(xiàn)我國(guó)水資源優(yōu)化配置、促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展、保障和改善民生的重大戰(zhàn)略性基礎(chǔ)設(shè)施，也是解決華北區(qū)域性缺水和實(shí)現(xiàn)京津冀一體化協(xié)同發(fā)展國(guó)家戰(zhàn)略的基本保障。一期工程輸水總干渠總長(zhǎng)1432.8km，跨705條河流，全線立交，年調(diào)水量95億m³，最大流量420m³/s。其中，被稱為“工程癌癥”的膨脹土渠道長(zhǎng)387km，單跨荷載達(dá)國(guó)內(nèi)外同期水平近4倍的超大型渡槽27座。渠道工程跨越四大流域，自然條件復(fù)雜，技術(shù)難度大幅度超出我國(guó)現(xiàn)有工程經(jīng)驗(yàn)和規(guī)范適用范圍，尤以強(qiáng)降水區(qū)深挖高填膨脹土渠道邊坡穩(wěn)定、超大型渡槽結(jié)構(gòu)安全問(wèn)題最為突出。這些難題能否攻克，直接影響南水北調(diào)中線一期工程建設(shè)和我國(guó)水資源配置戰(zhàn)略實(shí)現(xiàn)的成效。

依托多項(xiàng)國(guó)家“十一五”“十二五”科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目，通過(guò)專題研究和現(xiàn)場(chǎng)1：1物理模型試驗(yàn)，在設(shè)計(jì)理論方法、設(shè)計(jì)控制標(biāo)準(zhǔn)和施工技術(shù)等方面取得了技術(shù)突破，形成了系統(tǒng)的渠道工程設(shè)計(jì)與施工技術(shù)方法和標(biāo)準(zhǔn)，確保了南水北調(diào)中線工程順利實(shí)施。

2 膨脹土渠道設(shè)計(jì)與施工

在膨脹土渠道設(shè)計(jì)中提出了“護(hù)、截、排、固”系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法。構(gòu)建膨脹土大氣影響分帶、裂隙連通性、濕脹軟化效應(yīng)下的抗剪強(qiáng)度取值模型，提出了隨機(jī)分布長(zhǎng)大裂隙渠道邊坡穩(wěn)定、剩余沉降控制標(biāo)準(zhǔn)和動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)方法，研發(fā)了M型支護(hù)新結(jié)構(gòu)，攻克了深挖、高填渠道結(jié)構(gòu)安全關(guān)鍵技術(shù)難題。

2.1 膨脹土大氣影響分帶、裂隙連通性下的抗剪強(qiáng)度取值研究

通過(guò)大量現(xiàn)場(chǎng)和室內(nèi)試驗(yàn)研究工作，根據(jù)膨脹土分帶特性（見(jiàn)圖1）、裂隙連通性（見(jiàn)圖2）構(gòu)建了膨脹土的抗剪強(qiáng)度取值模型，考慮分帶、裂隙長(zhǎng)度、密度及其聯(lián)通性的膨脹土綜合抗剪強(qiáng)度取值公式為

U=4.520N₁+1.252N_a+0.275N_n（3）式中，N₁為每平方米土體中長(zhǎng)大裂隙（裂隙長(zhǎng)度大于2m，按2-7m考慮）條數(shù)統(tǒng)計(jì)值;N_s為每平方米土體中大裂隙（裂隙長(zhǎng)度0.5-2m）條數(shù)統(tǒng)計(jì)值;N_n為每平方米土體中小裂隙（裂隙長(zhǎng)度0.05-0.5m）條數(shù)統(tǒng)計(jì)值。

2.2 隨機(jī)分布長(zhǎng)大裂隙渠道邊坡穩(wěn)定計(jì)算與評(píng)價(jià)方法

針對(duì)膨脹土地層中長(zhǎng)度大于7m的原生裂隙面分布、裂隙面的產(chǎn)狀等難以查明的特性，構(gòu)建了最不利滑動(dòng)面網(wǎng)格搜索模型（見(jiàn)圖3），提出了隨機(jī)分布原生裂隙控制的渠道邊坡穩(wěn)定計(jì)算方法與評(píng)價(jià)方法，為渠道邊坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)和加固工程措施設(shè)計(jì)提供了依據(jù)。

具體計(jì)算時(shí)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工地質(zhì)勘察確認(rèn)的原生裂隙分組產(chǎn)狀劃分網(wǎng)格，按網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)控制的組合滑動(dòng)面進(jìn)行最不利組合搜索;在分析組合滑動(dòng)面控制的坡體穩(wěn)定時(shí)，可以加入部分裂隙因膨脹變形或卸荷作用而張開(kāi)后在大氣降水或滲水時(shí)裂隙充水形成的靜水壓力。當(dāng)構(gòu)成滑動(dòng)面的裂隙為N組時(shí)，構(gòu)成組合滑動(dòng)面為N-1個(gè)。通常膨脹土原生裂隙構(gòu)成的滑動(dòng)面控制節(jié)點(diǎn)為1-2個(gè)。

2.3 膨脹土保護(hù)層的厚度和范圍研究

依據(jù)大氣作用對(duì)水泥改性土、低膨脹性土影響特征研究成果，基于坡體膨脹土的有荷膨脹率及膨脹土在保護(hù)層作用下含水量變化控制要求，首次提出了保護(hù)層下方膨脹土壓應(yīng)力與有荷膨脹率關(guān)系：

根據(jù)試驗(yàn)分析：a=23.946-68.130Wo;b=14.218Wo-5.288。通過(guò)a，b即可求得換填層厚度對(duì)應(yīng)的上覆荷載v。按公式D=v/（v_cCOSα）即可求得換填厚度，其中，D為換填厚度，y_c為換填材料容重，α為邊坡正傾角。

2.4 渠道邊坡M型支護(hù)新結(jié)構(gòu)

針對(duì)深挖方渠段長(zhǎng)大裂隙控制邊坡加固問(wèn)題，結(jié)合渠道斷面特征，提出了M型膨脹土邊坡加固新型結(jié)構(gòu)（見(jiàn)圖5），系統(tǒng)提出了結(jié)構(gòu)計(jì)算基本模型、計(jì)算公式、安全控制標(biāo)準(zhǔn)等設(shè)計(jì)理論與方法。

計(jì)算假定為：抗滑樁外側(cè)荷載由P_ca確定，其中，P_c為由邊坡穩(wěn)定計(jì)算確定的下滑力，a為樁縱向中心間距;坡面梁、抗滑樁滑動(dòng)面以上樁體內(nèi)側(cè)和滑動(dòng)面以下樁體兩側(cè)與土體間相互作用力根據(jù)位移量按基床系數(shù)法確定。

采用結(jié)構(gòu)有限元計(jì)算M型支護(hù)體系的變形和樁土之間的相互作用力。其中，滑動(dòng)面以上樁前土抗力為

滑動(dòng)面以上樁前土抗力還應(yīng)滿足坡面梁下方土體剛體極限平衡條件：

計(jì)算步驟如下：①取δ_p初值為0;②由式（6）計(jì)算P_k2，假定P_k初始為三角形分布，作用于抗滑樁內(nèi)側(cè);③采用結(jié)構(gòu)有限元進(jìn)行M支護(hù)體系結(jié)構(gòu)計(jì)算，求得δ_p和δ₁;④分別按式（6）、式（5）求得P_k2和P_k1，若P_k2≈P_k1則按結(jié)構(gòu)內(nèi)力進(jìn)行截面和配筋設(shè)計(jì)，否則回到步驟②。

2.5 填方渠道剩余沉降控制標(biāo)準(zhǔn)和動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)方法

針對(duì)高填方渠道工期緊、沉降期不足的難題，開(kāi)展了堤身斷面附加荷載分布特征研究，提出了填方渠堤預(yù)沉降期動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)方法及步驟（見(jiàn)圖6）和剩余沉降控制標(biāo)準(zhǔn)（見(jiàn)圖7）。應(yīng)用該成果可避免高填方渠道工后過(guò)大沉降導(dǎo)致襯砌板開(kāi)裂，復(fù)合土工膜脫開(kāi)以及排水設(shè)施錯(cuò)位等問(wèn)題，保障了渠道運(yùn)行安全。

2.6 渠道工程設(shè)計(jì)施工技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

依托“十一五”“十二五”國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目，采用現(xiàn)場(chǎng)勘察、室內(nèi)試驗(yàn)、仿真分析以及現(xiàn)場(chǎng)大型原型試驗(yàn)等方法，對(duì)膨脹土渠道開(kāi)挖、防護(hù)、水泥改性土拌制、填筑、襯砌施工技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)等進(jìn)行研究，系統(tǒng)制定了渠道開(kāi)挖、填筑、土料改性、襯砌與防護(hù)設(shè)計(jì)施工技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，解決了膨脹土渠道設(shè)計(jì)施工的質(zhì)量安全控制技術(shù)難題。相關(guān)控制標(biāo)準(zhǔn)和施工技術(shù)規(guī)定見(jiàn)表1、圖8。

3 超大型渡槽設(shè)計(jì)與施工

通過(guò)國(guó)家科技支撐計(jì)劃課題攻關(guān)及設(shè)計(jì)實(shí)踐發(fā)展了超大型渡槽設(shè)計(jì)理論方法，發(fā)明了異型疊合的“分體式扶壁梯形”新槽型，并研發(fā)了超大型渡槽施工成套技術(shù)，制定了技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

3.1 U型渡槽溫度荷載加載方式研究

在湍河渡槽1：1仿真模型試驗(yàn)槽（見(jiàn)圖9）上布設(shè)大量溫度測(cè)點(diǎn)進(jìn)行多工況多時(shí)段測(cè)試，結(jié)合理論分析，首次提出了適用于U型渡槽的“分區(qū)折線形”溫度荷載模式，該溫度荷載模式下，渡槽內(nèi)外壁間的溫度沿壁厚方向呈折線分布，分區(qū)綜合反映了渡槽槽頂、向陽(yáng)面、陰面、水上和水下等不同部位，不同條件下的溫度荷載（見(jiàn)圖10），使得溫度荷載模擬更接近實(shí)際情況。

3.2 U型渡槽環(huán)向筋預(yù)應(yīng)力損失計(jì)算及測(cè)試方法

針對(duì)U型渡槽環(huán)向預(yù)應(yīng)力鋼筋提出了“單參數(shù)預(yù)應(yīng)力損失”計(jì)算理論及其參數(shù)測(cè)試方法（見(jiàn)圖11）。傳統(tǒng)的預(yù)應(yīng)力摩擦損失計(jì)算及測(cè)試公式為式中，σ_con為預(yù)應(yīng)力鋼筋張拉控制應(yīng)力;u為預(yù)應(yīng)力鋼筋與孔道壁之間的摩擦系數(shù);θ為從張拉端至計(jì)算截面曲線孔道部分切線的夾角;K為孔道每米長(zhǎng)度局部偏差的摩擦系數(shù);x為張拉端至計(jì)算截面的距離。

對(duì)于曲線預(yù)應(yīng)力鋼筋影響預(yù)應(yīng)力損失的參數(shù)有摩擦系數(shù)u和局部偏差的摩擦系數(shù)k。在重要的大型工程中應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)值調(diào)整以上兩個(gè)參數(shù)，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試一般根據(jù)多束預(yù)應(yīng)力鋼筋的張拉端及被拉端的鋼筋拉力，進(jìn)行二元線性回歸進(jìn)行反演推算，該方法比較繁瑣，受制約因素多，測(cè)試結(jié)果不精確，甚至失真。為解決以上問(wèn)題，將傳統(tǒng)的曲線預(yù)應(yīng)力鋼筋摩擦損失計(jì)算公式變形調(diào)整如下：

該理論將曲線預(yù)應(yīng)力鋼筋的預(yù)應(yīng)力損失計(jì)算參數(shù)由傳統(tǒng)的雙參數(shù)簡(jiǎn)化為單參數(shù)，簡(jiǎn)化了預(yù)應(yīng)力損失的計(jì)算，便于曲線預(yù)應(yīng)力鋼筋的摩阻系數(shù)現(xiàn)場(chǎng)原位測(cè)試，使得曲線預(yù)應(yīng)力損失的測(cè)試和計(jì)算更具可操作性。

3.3 U型渡槽預(yù)應(yīng)力配筋設(shè)計(jì)及優(yōu)化研究

通過(guò)精細(xì)數(shù)值仿真研究和分析比較，提出U型渡槽槽身縱向預(yù)應(yīng)力鋼筋以“碗底”布置為主，腰部和頂部布置為輔，“碗底”與腰部逐漸過(guò)渡的“縱向分區(qū)”布置模式;環(huán)向預(yù)應(yīng)力鋼筋圓心略低于槽身內(nèi)壁圓心，形成槽身上部直段環(huán)向預(yù)應(yīng)力筋靠近外壁，槽身下部圓弧段預(yù)應(yīng)力鋼筋與內(nèi)壁面距離由腰部向底部漸變加大的“環(huán)向非同心”布置模式。在該布置模式下，可通過(guò)調(diào)整縱向分區(qū)錨索數(shù)量和環(huán)向非同心度，達(dá)到槽身結(jié)構(gòu)應(yīng)力條件最優(yōu)的目的，U型槽預(yù)應(yīng)力筋典型布置參見(jiàn)圖12。

3.4 超大型梁板一體箱型渡槽經(jīng)濟(jì)槽跨優(yōu)化研究

超大型梁板一體箱型渡槽的經(jīng)濟(jì)槽跨與斷面和下部結(jié)構(gòu)有著密切關(guān)系，在多座超大型梁板一體寬淺箱型渡槽原型設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，基于充分發(fā)揮材料性能，并考慮渡槽結(jié)構(gòu)構(gòu)造要求，引人各組成部分價(jià)格參數(shù)，建立了主體工程費(fèi)用與渡槽斷面、跨度、材料性能、材料價(jià)格等多參數(shù)方程：式中，G為渡槽段工程費(fèi)用;G_u為與跨度無(wú)關(guān)的費(fèi)用;A、S分別為渡槽的截面面積和跨度;q為自重及水荷載;R_g為鋼絞線的價(jià)格參數(shù);f_g為鋼絞線的強(qiáng)度。

通過(guò)極值求解快速獲得渡槽經(jīng)濟(jì)跨度，為超大型梁板一體寬淺箱型渡槽經(jīng)濟(jì)槽跨優(yōu)選提供了一種新的便捷設(shè)計(jì)方法。

3.5 分體式扶壁梯形渡槽結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究

研發(fā)分體式扶壁梯形渡槽結(jié)構(gòu)型式（見(jiàn)圖13），該類型渡槽考慮工程區(qū)既有布置條件，槽身過(guò)水?dāng)嗝嫱斔汕?，無(wú)額外水頭損失，解決了南水北調(diào)中線工程建設(shè)期新增青蘭高速交叉渡槽工程分配設(shè)計(jì)水頭小的難題。該型式渡槽預(yù)應(yīng)力承重構(gòu)件（平板支撐結(jié)構(gòu)）和鋼筋混凝土擋水構(gòu)件（扶壁式擋水結(jié)構(gòu)）既相互獨(dú)立又協(xié)同承載，結(jié)構(gòu)受力合理，分別滿足預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)控制標(biāo)準(zhǔn)和普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)控制標(biāo)準(zhǔn)，可充分發(fā)揮材料性能。

建立了預(yù)應(yīng)力承重構(gòu)件與鋼筋混凝土擋水構(gòu)件“既相互獨(dú)立又協(xié)同承載”的計(jì)算模型，即承重構(gòu)件（平板支撐結(jié)構(gòu)）主要承擔(dān)自重、擋水構(gòu)件重量及水重，按預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)要求計(jì)算，擋水構(gòu)件（扶壁式擋水結(jié)構(gòu)）主要承擔(dān)水平水壓力，按鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)要求計(jì)算，承重構(gòu)件與擋水構(gòu)件通過(guò)接觸傳力。

在擋水構(gòu)件上設(shè)置滲控體系，降低揚(yáng)壓力，按建在混凝土基面上的擋墻進(jìn)行穩(wěn)定應(yīng)力分析。同時(shí)，考慮承重構(gòu)件和擋水構(gòu)件的接觸關(guān)系，建立三維有限元模型進(jìn)行仿真分析并優(yōu)化調(diào)整，最終確定渡槽結(jié)構(gòu)及其布置。

對(duì)于斜交渡槽，通過(guò)理論研究求得渡槽在平面上的不平衡力偶大小為

M=（3dLh²ctana+2Lh³ctanβ COS a）/6（13）式中，M為不平衡力偶;d為渡槽底寬;L為渡槽長(zhǎng)度;入為渡槽內(nèi)水深;α為渡槽軸線與水平線夾角;β為扶壁式擋水結(jié)構(gòu)坡面角。

針對(duì)平面上存在水平不平衡力偶的斜交渡槽開(kāi)展技術(shù)攻關(guān)，提出合理選用支座、設(shè)置抗扭轉(zhuǎn)擋塊和整體考慮下部結(jié)構(gòu)等綜合處理技術(shù)。

3.6 超大型渡槽設(shè)計(jì)施工技術(shù)規(guī)定

對(duì)超大薄壁全預(yù)應(yīng)力渡槽和分體式扶壁梯形渡槽，分別提出了渡槽的設(shè)計(jì)控制標(biāo)準(zhǔn)。其中，超大薄壁全預(yù)應(yīng)力渡槽主要包括一體式的U型渡槽及矩形渡槽，槽身全部按照抗裂要求進(jìn)行設(shè)計(jì)。應(yīng)力及變形控制標(biāo)準(zhǔn)如下：

（1）正截面抗裂驗(yàn)算按不出現(xiàn)裂縫的構(gòu)件進(jìn)行控制，要求任何工況槽身內(nèi)壁不允許出現(xiàn)拉應(yīng)力，槽身結(jié)構(gòu)外壁表面拉應(yīng)力不大于混凝土軸心抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值的0.9倍。

（2）斜截面抗裂驗(yàn)算按不出現(xiàn)裂縫的構(gòu)件進(jìn)行控制，混凝土主拉應(yīng)力和主壓應(yīng)力應(yīng)符合下列規(guī)定：

σ_tp≤0.85f_tk，σ_cp≤0.6f_ck（14）式中，σ_tp，σ_cp分別為荷載標(biāo)準(zhǔn)組合下混凝土主拉應(yīng)力及主壓應(yīng)力。

（3）槽身?yè)隙纫螅篺≤L/600，L為槽身跨度。

分體式扶壁梯形渡槽槽身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需滿足穩(wěn)定、承載力（強(qiáng)度）、正常使用（變形，裂縫控制）等要求，渡槽槽身?yè)跛Y(jié)構(gòu)為普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，按照抗裂要求進(jìn)行設(shè)計(jì);槽身平板支撐結(jié)構(gòu)按照全預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。另外，槽身?yè)跛Y(jié)構(gòu)穩(wěn)定計(jì)算控制標(biāo)準(zhǔn)參考SL 265《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》進(jìn)行，穩(wěn)定控制標(biāo)準(zhǔn)參照巖基上的結(jié)構(gòu)取值。

通過(guò)多的勘察設(shè)計(jì)，總結(jié)形成了NSBD-ZGJ-1-25《南水北調(diào)中線一期工程總干渠初步設(shè)計(jì)梁式渡槽技術(shù)規(guī)定（試行）》，規(guī)定內(nèi)容包括梁式渡槽土建工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)與基本資料、總體布置、水力設(shè)計(jì)、荷載及其組合、渡槽穩(wěn)定性計(jì)算、渡槽結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、河道沖刷計(jì)算與防護(hù)設(shè)計(jì)、工程量計(jì)算和提交成果等。該技術(shù)規(guī)定已由南水北調(diào)中線干線工程建設(shè)管理局在2007年9月29日發(fā)布實(shí)施，填補(bǔ)了渡槽設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)空白。

4 渠道工程關(guān)鍵配套裝備研究

為解決南水北調(diào)中線渠道工程設(shè)計(jì)和施工中的諸多技術(shù)難題，依托于科研和設(shè)計(jì)，研究開(kāi)發(fā)了一系列配套裝備，并形成了專利技術(shù)。

4.1 薄壁預(yù)應(yīng)力渡槽預(yù)應(yīng)力錨固體系

南水北調(diào)中線超大型薄壁渡槽荷載大，預(yù)應(yīng)力錨索布置量足，受到施工條件和結(jié)構(gòu)自身限制，傳統(tǒng)的預(yù)應(yīng)力錨固系統(tǒng)不能適應(yīng)渡槽建設(shè)需要。通過(guò)在傳統(tǒng)P錨上增加開(kāi)口套和C型扣環(huán)等，對(duì)傳統(tǒng)固定端P錨進(jìn)行了改進(jìn)，研發(fā)了槽身縱向預(yù)應(yīng)力固定端新型P錨（見(jiàn)圖14），解決了超大U型渡槽單端張拉情況下被拉端擠壓錨制作空間小，難度大的問(wèn)題，同時(shí)，加大了有效預(yù)應(yīng)力施加范圍，降低施工難度，縮短了工期。通過(guò)聯(lián)接多索無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼筋的錨墊板，布置網(wǎng)格狀錨下局部承壓鋼筋，研發(fā)了渡槽環(huán)向小間距聯(lián)排扁形錨具張拉端裝置（見(jiàn)圖15），解決了預(yù)應(yīng)力薄壁結(jié)構(gòu)在錨索布置密集的情況下，標(biāo)準(zhǔn)錨具預(yù)應(yīng)力損失不易控制和錨下混凝土局部承壓能力不足的問(wèn)題。

4.2 超大型預(yù)應(yīng)力渡槽伸縮縫止水結(jié)構(gòu)

渡槽接縫滲漏一直是困擾水工結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的頑疾，在南水北調(diào)中線渠道設(shè)計(jì)中通過(guò)1：1仿真模型試驗(yàn)和湍河渡槽、澧河渡槽等工程建設(shè)實(shí)踐，研發(fā)了粘壓式渡槽止水結(jié)構(gòu)和嵌槽式渡槽止水結(jié)構(gòu)，解決常規(guī)渡槽止水易漏水的難題。粘壓式渡槽止水結(jié)構(gòu)（見(jiàn)圖16）先采用粘的方式將止水帶固定于不銹鋼止水基座上形成粘合式止水，再采用螺栓和槽鋼壓板對(duì)止水帶進(jìn)行壓緊增強(qiáng)止水效果，形成粘壓結(jié)合式止水結(jié)構(gòu)。該止水預(yù)埋螺栓孔位于止水基座上，現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)根據(jù)止水基座上的孔位對(duì)壓板和止水開(kāi)孔，解決了傳統(tǒng)止水螺栓預(yù)埋精度不易控制的問(wèn)題，且精度高，緊固力有保障;嵌槽式渡槽結(jié)構(gòu)（參見(jiàn)圖17）通過(guò)螺栓和壓板將異形止水帶上的圓管狀凸起擠壓嵌入不銹鋼嵌槽，阻斷滲漏通道以止水，并通過(guò)“粘”的方式增強(qiáng)止水效果，止水弱化了傳統(tǒng)止水對(duì)混凝土基面平整度的高要求。該止水預(yù)埋螺栓孔位于不銹鋼嵌槽上，現(xiàn)場(chǎng)根據(jù)該孔位對(duì)壓板和止水帶開(kāi)孔，解決了傳統(tǒng)止水結(jié)構(gòu)螺栓預(yù)埋精度不易控制的問(wèn)題，且精度高，緊固力有保障。

4.3 膨脹土渠道試驗(yàn)及監(jiān)測(cè)裝置

針對(duì)膨脹土渠道開(kāi)發(fā)了現(xiàn)場(chǎng)大型直剪試驗(yàn)裝置（見(jiàn)圖18），解決了常規(guī)試驗(yàn)裝置檢測(cè)的局限性，即無(wú)法檢測(cè)斜坡面土體抗剪參數(shù)、試樣易受擾動(dòng)以及占地面積大、安全性不足等問(wèn)題。

同時(shí)，研發(fā)了拉線式觀測(cè)柜、水平式雙向變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、變位式土體分層沉降變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和膨脹土邊坡自動(dòng)化綜合監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等，為膨脹土渠道邊坡施工期及運(yùn)行期提供了便利的觀測(cè)裝置、數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)。

5 結(jié)語(yǔ)

南水北調(diào)中線渠道工程關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)，解決了渠道工程設(shè)計(jì)技術(shù)難題，縮短了關(guān)鍵工期，保證了工程順利建設(shè)和按期通水，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和生態(tài)效益。

截至2019年9月底，南水北調(diào)中線工程已不間斷安全供水1700余天，從陶岔渠首調(diào)水入渠水量已超過(guò)268億m³，從根本上改變了受水區(qū)供水格局，成為受水區(qū)的重要水源，直接受益人口超過(guò)1億人。北京城區(qū)南水占到自來(lái)水供水量的73%，密云水庫(kù)蓄水量突破25億m³，增強(qiáng)了北京市的水資源儲(chǔ)備，提高了首都供水保障程度。天津14個(gè)區(qū)居民全部喝上南水，南水北調(diào)已成為天津供水的“生命線”。南水北上后，北京、天津等受水區(qū)用南水北調(diào)水置換當(dāng)?shù)氐叵滤?，已壓減地下水開(kāi)采量逾8億m³。北京市城市河湖水質(zhì)明顯改善，遏制了多年來(lái)地下水水位下降趨勢(shì)。根據(jù)2019年6月底的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，北京市平原地區(qū)地下水位與2015年同期相比上升3.16m。