- 南水北调特大型沙河渡槽工程设计
- 河南省水利勘测设计研究有限公司编著
- 5106字
- 2021-11-05 19:38:42
第三节 工程总体布置
沙河渡槽全长9050m,由沙河梁式渡槽、沙河—大浪河箱基渡槽、大浪河梁式渡槽、大浪河—鲁山坡箱基渡槽、鲁山坡落地槽组成,见表3-7。沙河梁式渡槽长1666m,沙河—大浪河箱基渡槽长3534m,大浪河梁式渡槽长500m,大浪河—鲁山坡箱基渡槽长1820m,鲁山坡落地槽长1530m。沙河渡槽进口设有1座节制闸和1座退水闸,节制闸除调节总干渠水位外另兼做沙河渡槽检修闸用,退水闸布置在渡槽进口渐变段前总干渠的右岸,担负总干渠及建筑物运行、事故、检修时的退水任务,退水入沙河。因检修需要和提高供水保证率,在沙河梁式渡槽出口和鲁山坡落地槽进口各设检修闸1座。落地槽段跨越多条河沟和1条公路,根据河沟汇流面积布置有4座左岸排水涵洞和1座公路桥。
表3-7 沙河渡槽工程特性表
续表
一、沙河梁式渡槽
沙河梁式渡槽设计桩号SH(3)2+838.1~SH(3)4+504.1,长1666m,轴线与沙河正交,由进口渐变段、节制闸、闸渡连接段、槽身段及出口连接段组成。
进口渐变段长50m,底宽25~38.6m,底部高程125.261~126.002m,顶部高程134.11~137.00m,边墙为圆弧直墙形式,扶壁结构,边墙基础采用水泥粉煤灰碎石桩处理。
节制闸段长25m,闸室为开敞式钢筋混凝土结构。工作门采用弧形钢闸门控制,液压启闭机启闭。闸室段横向共4孔2联,单孔净宽8m。闸底板高程126.002m。闸室前部设叠梁式检修闸门,电动葫芦控制。闸基采用水泥粉煤灰碎石桩处理。
闸渡连接段长81m,采用箱基渡槽形式连接闸室与梁式渡槽。双线4槽布置,输水断面末端由矩形渐变为U形。单槽净宽8m,槽身净高7.4m,下部为箱基基础采用水泥粉煤灰碎石桩处理。
梁式渡槽长1410m,双线4槽,输水槽身为C50预应力钢筋混凝土U形槽,简支结构单跨30m,共47跨,槽底比降为1/4600。单槽直径8m,净高7.4m,槽顶设拉杆。U形槽壁厚0.35m,槽底局部加厚至0.9m。4槽各自独立,每2槽支承于一个下部槽墩上。空心墩长22.0m,宽5.6m,高度根据地形情况设置。承台埋深考虑冲刷深度及施工难易程度,采用高桩承台,一般情况下承台顶面埋深2m左右。基础为灌注桩,桩径1.8m,顺河水方向2排,每排5根,单桩长22~33m。
出口连接段长100m,输水断面由U形4槽过渡为箱基渡槽段矩形双槽,该段布置有梁式渡槽的检修闸。检修闸与梁式渡槽之间连接段长20m,4槽,槽身断面由矩形渐变为U形;检修闸为开敞式结构,长20m,4孔,单孔净宽8m,采用叠梁闸门,闸室两侧设检修门库;检修闸与箱基渡槽之间连接段长60m,槽身为2槽矩形断面,单槽净宽由17.8m渐变为12.5m。连接段与检修闸均为整体式钢筋混凝土结构,上部输水,下部为箱基基础采用级配砂卵石换填。
退水闸布置在渡槽进口渐变段前右岸,闸轴线与总干渠中心线交角为30°。退水闸单孔净宽6.0m,闸室长15m,整体式钢筋混凝土结构。工作闸门采用平板钢闸门,卷扬式启闭机启闭,工作闸门前设平板检修闸门,以备工作闸门检修之用。闸基与翼墙基础均采用水泥粉煤灰碎石桩处理。闸前采用圆弧斜降墙与总干渠连接,闸后为陡坡、消力池、海漫及尾水渠。尾水渠长1110.5m,底宽25m,边坡12,比降1/500,全断面M7.5浆砌石护砌,退水入沙河河槽。
沙河梁式渡槽平面布置如图3-10所示,纵剖面及纵向结构如图3-11、图3-12所示。
二、沙河—大浪河箱基渡槽
沙河—大浪河箱基渡槽进口与沙河梁式渡槽连接,出口与大浪河梁式渡槽连接。设计桩号SH(3)4+504.1~SH(3)8+038.1,长3534m,槽底比降1/5900。起点沿沙河梁式渡槽轴线向北,途经叶园村西,至小詹营村南约350m处转向东北,其轴线弯道半径为1000m、圆心角47.2°。渡槽在詹营村的东南穿过将相河,后沿马庄村西到达大浪河右岸与大浪河梁式渡槽连接。渡槽在桩号SH(3)6+695.6处与将相河交叉,采用河穿渠形式连接,在桩号SH(3)7+279.5处与鲁平公路交叉,采用路穿渠形式连接。
箱基渡槽每20m左右一节。槽身采用矩形双槽布置形式,为C30钢筋混凝土结构,槽身净宽2×12.5m,槽身侧墙净高7.8m,槽身底板兼作涵洞顶板,侧墙为变断面形式,下部宽1.25m,上部宽0.4m,侧墙顶部设净宽1.5m人行桥。下部支承结构为箱形涵洞,洞身长与上部槽身对应,单联长15.4m,顺槽向每3孔一联,涵洞孔宽5.5~5.8m,孔高根据槽底距地面的高差确定,为5.5~8.5m。该段地基处理措施主要是砂卵石换填,置换厚度不大具有湿陷性的黄土状重粉质壤土,一是清除湿陷性黄土,二是提高地基承载力。路槽交叉处的箱涵基础考虑到涵洞中通行车辆荷载影响,采用钻孔灌注桩处理。
图3-12 梁式渡槽纵向结构图(单位:mm)
将相河与渡槽轴线斜交,交角约51°,根据涵洞布置将将相河局部改道,使之与渡槽正交。改道后新的交叉断面处桩号为SH(3)6+743.1,河水从涵洞中孔通过,两侧采用扭曲面与将相河连接。为防止渡槽两侧基础受河道水流冲刷,将箱基渡槽基础两侧进行防护,防护措施采用浆砌石护砌,护砌宽度为箱基两侧各5m,厚0.3m。将相河两侧各100m范围内护砌宽度采用10m。
鲁平公路与渡槽轴线正交,采用路穿渠交叉方式,在路槽交叉范围内将槽下箱基加宽,作为道路满足通行需要。路槽交叉段箱基渡槽总长度55.12m。槽下路涵设计4孔,中间两孔涵洞单孔宽12.5m,为机动车道,两侧各设一孔宽9.26m箱涵,为非机动车道,涵洞两侧采用S弯道与现状道路连接。
沙河—大浪河箱基渡槽平面布置如图3-13、图3-14所示,纵向结构布置如图3-15~图3-17所示,横剖面如图3-18所示。
三、大浪河梁式渡槽
大浪河梁式渡槽设计桩号SH(3)8+038.1~SH(3)8+538.1,长500m,由进口连接段、渡槽段及出口连接段组成。大浪河梁式渡槽进口与沙河—大浪插图3-13 沙河—大浪河箱基渡槽平面布置图一插图3-14 沙河—大浪河箱基渡槽平面布置图二河箱基渡槽连接,出口与大浪河—鲁山坡箱基渡槽连接。
图3-15 沙河—大浪河箱基渡槽纵剖面图一(单位:mm)
进出口连接段各长100m,实现箱基渡槽段矩形双槽与梁式渡槽段U形4槽的过渡连接。该段输水槽下部采用箱形涵洞,净高6.0m左右,基础采用钻孔灌注桩,桩径0.6m,桩间距2m左右。
图3-16 沙河—大浪河箱基渡槽纵剖面图二(单位:mm)
图3-17 箱基渡槽纵向结构图(单位:mm)
图3-18 箱基渡槽横向结构图(单位:mm)
梁式渡槽段长300m,槽底比降为1/5400,结构形式与沙河梁式渡槽相同。4槽,U形,单槽直径8m,净高7.8m。槽墩下灌注桩桩径1.8m,顺槽向设两排,每排5根,单桩长33~58m。大浪河梁式渡槽平面布置如图3-19所示,纵剖面如图3-20所示。
图3-19 大浪河梁式渡槽平面布置图
四、大浪河—鲁山坡箱基渡槽
大浪河—鲁山坡箱基渡槽设计桩号SH(3)8+538.1~SH(3)10+358.1,长1820m,槽底比降1/6100。进口接大浪河梁式渡槽,出口接鲁山坡落地槽。轴线沿大浪河梁式渡槽轴线向东北方向延伸,经核桃园村东到张庄村北,而后折向偏东方向,其转弯处轴线弯道半径为500m,圆心角36.97°,弧长322.6m,跨杏树沟前与鲁山坡落地槽相接。渡槽结构与沙河—大浪河渡槽相同。大浪河—鲁山坡箱基渡槽平面布置如图3-21所示,纵剖面如图3-22所示。
五、鲁山坡落地槽
1.落地槽布置
鲁山坡落地槽位于鲁山坡南坡脚处,该处鲁山坡山高坡陡,沟壑繁多,本着工程安全、经济合理的原则,落地槽基本上顺鲁山坡南坡等高线布置,在保插图3-21 大浪河—鲁山坡箱基渡槽平面布置图插图3-22 大浪河—鲁山坡箱基渡槽纵剖面图证工程安全的前提下,使工程挖方最小,削坡较低。该段进口接大浪河—鲁山坡箱基渡槽出口连接段,而后向东,至三街村西折向东北,在三街四队西北与出口渐变段相接,其转弯处轴线弯道半径为380m,圆心角71.78°,弧长476.1m。
图3-22 大浪河—鲁山坡箱基渡槽纵剖面图
鲁山坡落地槽设计桩号SH(3)10+358.1~SH(3)11+888.1,长1530m,其中进口连接段长145m,包括检修闸15m,闸前与箱基渡槽连接段80m,闸后与落地槽单槽连接段50m;落地槽长1335m,出口渐变段长50m。检修闸为开敞式钢筋混凝土结构,分为2孔,单孔净宽12.5m,闸室长度15m。检修闸门采用叠梁式闸门,起吊设备为电动葫芦,闸室右侧设检修门库。闸后与落地槽连接段长50m,输水断面由双槽渐变为单槽。落地槽长1335m,共94节,每节顺水流向长7.25~15m,靠近左岸排水涵洞的落地槽分节较短,其他为10.8~15m;槽身为C30钢筋矩形断面,单槽,净宽22.2m,侧墙高8.1m,墙顶设人行通道。出口渐变段长50m,边墙采用直线扭曲面形式。
鲁山坡落地槽平面布置如图3-23所示,纵向结构布置如图3-24所示,横剖面如图3-25所示。
2.岸坡与防护工程
鲁山坡落地槽段位于鲁山坡南坡脚处,为了保证落地槽的安全稳定,对落地槽左侧山坡进行削坡并防护,削坡高度最高达40m。
落地槽左侧填土回填至施工开挖一级戗台,台宽3m,以12.5~12边坡向上削坡,每6m一级,高边坡处设一级5m宽马道,其他设3m宽马道,坡脚处设截水沟;右侧墙外侧回填至与一级戗台平,顶宽6m,以12~12.5边坡与地面连接。
开挖边坡岩性主要由弱~中等膨胀性的黏土岩、结构松散的砂岩、及具有弱膨胀性的粉质黏土组成,岩体抗风化及冲刷能力差,削坡高度采用6m一级,坡间马道除第2级为5m外,其余各级之间均为3m,坡比12~12.5。一级坡用M7.5浆砌石护砌,厚30cm,其他各级边坡采用拱形骨架防护,骨架内植草。
右岸填方坡面均用预制混凝土六棱体框格防护,框格内植草,坡脚处设砌石护脚。
3.排水系统
在鲁山坡左岸坡顶开挖截水沟,在坡面的各级马道上设置纵向排水沟,边坡每隔60m设横向排水沟,连接上下级排水纵沟。排水沟形成纵横向网状排图3-23 鲁山坡落地槽平面布置图水体系,坡面水流沿排水沟汇向与落地槽交叉的左岸排水涵洞进口。排水沟采用浆砌石护砌。
图3-24 鲁山坡落地槽纵剖面图(单位:mm)
为防止地下水对槽基产生渗透破坏,分别在槽基开挖基坑坡脚处设纵向250透水软管,横向每30m设一道250透水软管连通,使地下水通过右岸填方处排出。落地槽纵向、横向排水盲沟布置如图3-26所示。
图3-25 落地槽横向结构图(单位:mm)
图3-26 落地槽纵向、横向排水盲沟布置图(单位:mm)
六、河道冲刷与防护工程
沙河、大浪河梁式渡槽桩基的桩长设计已考虑了河道冲刷影响,墩台采用高桩承台,这里的防护工程主要指河道岸坡的防护以及受河道洪水冲刷影响的箱基渡槽基础的防护。
(一)河道岸坡防护
1.沙河左岸防护
沙河为常年性河流,河底高程116.00~118.00m,右岸Ⅱ级阶地高程121.00~124.40m,漫滩地面高程118.00~120.40m;左岸漫滩地面高程118.00m左右,有一人工修筑的防洪堤,堤顶高程122.00m,底宽约35m。沙河100年一遇洪峰流量为8190m3/s,相应洪水位120.84m,300年一遇洪峰流量为10160m3/s,相应洪水位121.23m。沙河渡槽进口渡槽裹头处于沙河的右岸Ⅱ级阶地上,在设计洪水的影响范围之外,不进行防护。沙河梁式渡槽的第45、第46跨槽墩位于沙河左岸防洪堤的内坡和外坡上,对槽墩影响范围内河道堤防进行加固,加固措施为:内坡采用浆砌石防护,坡脚设深2m、宽10m的钢筋石笼防护;对外坡进行培堤加厚,并在外坡坡脚处设反滤层、干砌石防护。
2.将相河河道防护
将相河与渡槽轴线斜交,工程后对将相河穿渡槽上下游段局部改道,使之与渡槽正交。改道段河道采用浆砌石护砌。同时对河道两岸渡槽两侧采用浆砌石防护,防止河道漫流水流对渡槽基础冲刷。
3.大浪河河道防护
大浪河河道弯曲,左岸为侵蚀冲刷岸,岸坡陡峻,最大高差5.7m,右岸为堆积岸,漫滩平缓,河底高程114.00m左右,漫滩地面高程115.00~117.00m,两岸地面高程119.20~120.00m。100年一遇洪峰流量1940m3/s,相应洪水位120.36m,300年一遇洪峰流量2490m3/s,相应洪水位120.75m,洪水出槽。对大浪河左岸岸坡削坡护砌,边坡采用12,浆砌石护砌。坡脚设钢筋石笼,深2m,宽10m。
(二)箱基渡槽临河段基础防护
箱基渡槽段涵洞基础埋深在地面2m以下,一般槽段不需特别防护,但在沙河、将相河、大浪河河道两岸受洪水影响区域,需加强防护。
1.沙河左岸
沙河左岸由于堤防标准低,发生大洪水时可能决堤洪水漫溢,影响与沙河梁式渡槽出口相接的箱基渡槽,因此在沙河左堤外长度600m范围的箱基涵洞上下游均采用深1m、宽10m钢筋石笼防护。
2.将相河、大浪河河道两岸
将相河、大浪河汛期大洪水均出槽,为保护箱基渡槽安全,对将相河、大浪河两岸各300m范围内的箱基涵洞均采用厚0.3m的浆砌石护砌,护砌宽度为箱基涵洞上下游各10m。
七、渡槽检修及运行管理通道
1.渡槽检修
与渡槽沿线输水槽孔相应,沙河梁式渡槽进口布置有4孔总干渠节制闸,沙河梁式渡槽出口布置有4孔检修闸,在大浪河至鲁山坡段箱基渡槽末端布置有双孔鲁山坡检修闸。通过节制闸与检修闸的设置,沙河梁式渡槽可实现输水状态下对任一孔渡槽进行检修;大浪河梁式渡槽比较短,进出口不再布置控制工程,其检修与箱基渡槽一起采取单线检修,即输水状态下大浪河梁式渡槽需要同时检修左线或右线的2孔;鲁山坡落地槽为非架空结构,与总干渠一起检修。
2.渡槽上部通道
沙河渡槽总长9050m,槽顶纵向设有连续的人行检修通道,每一定距离设有横向连接通道。沙河渡槽沿线穿越众多村庄,人口密集,总体布置中考虑到工程的安全管理,尽量避免设置不必要的上下渡槽通道,因此仅在沙河渡槽进口节制闸、出口检修闸与鲁山坡检修闸处设有楼梯或通道上下渡槽。
3.沿槽管理道路
渡槽沿线除跨河部位外均在征地范围内设置4m宽沥青混凝土管理道路,跨沙河、将相河、大浪河处利用河道上下游交通桥梁绕行解决。