□何 佳 □李雪艷（河南省水利勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限公司）

1.工程概況

楊莊干渠為一天然沖溝中開挖的灌溉渠道，漿砌石矩形斷面，底寬1.3m，渠深1.5m，渠道設(shè)計(jì)流量1.0m3/s，由泵站提水澆地，水源地是楊莊水庫(kù)，在新鄭市后張莊村西北與總干渠相交，與總干渠交叉點(diǎn)處，渠深1.5m。

工程區(qū)附近均有村莊、道路等，地勢(shì)平坦開闊，根據(jù)該地質(zhì)勘察報(bào)告，楊莊干渠倒虹吸工程場(chǎng)區(qū)為沖洪積平原，場(chǎng)區(qū)地質(zhì)結(jié)構(gòu)為屬粘礫多層結(jié)構(gòu)，地層分布較穩(wěn)定，地層巖性主要為黃土狀中、輕粉質(zhì)壤土、卵石及重粉質(zhì)壤土、粉質(zhì)粘土；場(chǎng)區(qū)內(nèi)地下水類型為孔隙潛水，地下水對(duì)混凝土無(wú)腐蝕性；區(qū)域構(gòu)造穩(wěn)定性差，相應(yīng)地震基本烈度Ⅶ度。

2.建筑物總體布置

2.1 建筑物軸線選擇

倒虹吸建筑物軸線與總干渠軸線的交叉型式有正交和斜交2 種情況，正交方案建筑物主體段長(zhǎng)度較短，進(jìn)出口布置較簡(jiǎn)單，但灌溉渠道與建筑物進(jìn)出口的過(guò)渡連接段一般較長(zhǎng)，進(jìn)口引渠和出口尾渠需設(shè)彎道連接，故水流條件較差。斜交方案建筑物主體段較長(zhǎng)，主體工程量大，進(jìn)出口連接段平直，水流條件較好；建筑物軸線的選定同時(shí)應(yīng)根據(jù)每個(gè)建筑物的實(shí)際情況具體分析確定，由于灌渠倒虹吸在總干渠渠底以下，不占用總干渠的水頭，同時(shí)考慮到水流平順和少占耕地，倒虹吸軸線盡可能沿灌渠軸線。

楊莊干渠是1 條沖溝中開挖的渠道，該沖溝為一條三級(jí)公路的排水溝，在新鄭市后張莊村西北渠道開始遠(yuǎn)離公路向東北方向轉(zhuǎn)彎，在開始轉(zhuǎn)彎處與總干渠交叉，考慮到水流平順，減少挖方和占地。本次設(shè)計(jì)時(shí)倒虹吸推薦采用斜交方案，進(jìn)口與原有渠道方向一致，出口采用渠道連接渠與原有渠道連接。

2.2 上下游漸變段結(jié)構(gòu)型式比較

上游連接段由渠道護(hù)砌段和進(jìn)口漸變段組成。

由于原灌溉渠道為硬化渠道，但硬化渠道已有不同程度的損壞，為便于與原渠道連接，進(jìn)出口段設(shè)計(jì)5m 長(zhǎng)混凝土水平護(hù)砌段。

漸變段常用的結(jié)構(gòu)型式有直線扭曲面、直立八字形和圓弧形翼墻等型式，簡(jiǎn)述如下：

八字形翼墻的優(yōu)點(diǎn)是施工簡(jiǎn)單方便，質(zhì)量可靠，為防止緊靠垂直段墻體產(chǎn)生回流，影響水流的平順過(guò)渡，須選用適宜的擴(kuò)散角。八字墻插入岸坡部分的墻體，其墻基基底可隨坡逐漸升高。

直線扭曲面漸變段型式水頭損失小，流勢(shì)平順，易于同梯形斷面銜接，但施工較復(fù)雜，對(duì)墻后回填土壓實(shí)密度要求較高。漸變段長(zhǎng)度由式L＝C(B1-B2)確定，B1、B2 分別為漸變段兩端水面寬，系數(shù)C 進(jìn)口取1.5～2.0，出口取2.5～3.0。出口扭曲面若坐落在回填土上，易產(chǎn)生裂縫，施工難度大，不易采用。

圓弧形翼墻型式的水流條件和施工難度介于八字墻和直線扭曲面之間。其長(zhǎng)度結(jié)合上下游邊坡、水深等由布置確定。

由于楊莊干渠為矩形斷面，底寬1.3m，進(jìn)出口漸變段設(shè)計(jì)采用八字型流槽。

2.3 孔數(shù)與高寬比選擇

根據(jù)水力計(jì)算，對(duì)倒虹吸管身橫向斷面分別進(jìn)行了不同方案比選。經(jīng)綜合分析，楊莊干渠灌渠倒虹吸推薦單孔方案，單孔孔徑1.5m×1.8m（寬×高）。

2.4 建筑物總體布置

考慮到有利于總干渠的管理，倒虹吸布置時(shí)斜管段穿過(guò)截流溝和總干渠隔離網(wǎng)，進(jìn)出口均設(shè)在總干渠兩側(cè)隔離網(wǎng)之外，洞頂設(shè)直墻擋土，減小建筑物的總長(zhǎng)，降低造價(jià)。

楊莊干渠灌渠倒虹吸軸線與總干渠軸線斜交，交角70.5°。進(jìn)口不設(shè)攔污柵、工作閘門、檢修閘門及沉沙池，建筑物由進(jìn)口段、進(jìn)口閘室段、管身段、出口閘室段和出口段組成，其軸線與總干渠軸線斜交。經(jīng)布置建筑物水平投影總長(zhǎng)174m，其中進(jìn)口段長(zhǎng)20m，倒虹吸段水平投影長(zhǎng)122m，進(jìn)出口閘室段各長(zhǎng)6m，出口段長(zhǎng)20m。出口連接渠段長(zhǎng)135m。結(jié)合倒虹吸建筑物布置和楊莊干渠的結(jié)構(gòu)型式，出口連接渠采用混凝土矩形斷面，底寬1.3m，渠深1.5m。

進(jìn)口段長(zhǎng)20m，其中5m長(zhǎng)的水平流槽段與上游渠道連接、15m長(zhǎng)的混凝土斜坡流槽與進(jìn)口閘室段連接，進(jìn)口底寬1.3m，出口底寬1.5m。

管身段水平投影總長(zhǎng)122m，管身縱向每12～14m設(shè)一橫向沉陷縫，以適應(yīng)地基不均勻沉陷。管身底部設(shè)有10cm厚的C10混凝土墊層，以方便施工。管身結(jié)構(gòu)型式為單孔，鋼筋混凝土箱型斷面，孔徑為1.5m×1.8m（寬×高），每孔內(nèi)壁四角設(shè)0.15m×0.15m的貼角，以改善節(jié)點(diǎn)處的應(yīng)力分布。管身材料為C30鋼筋混凝土。倒虹吸管身的布置為地下埋管，管身水平段埋深應(yīng)盡可能小，以減少施工難度，降低投資，設(shè)計(jì)時(shí)頂板以上埋深采用1.5m。為避免倒虹吸管身上面總干渠渠道因填土發(fā)生不均勻沉陷而導(dǎo)致其結(jié)構(gòu)破壞，在管頂上方鋪設(shè)一層土工格柵。管頂高程以下管身兩側(cè)、施工基坑范圍回填低壓縮性土，要求壓縮系數(shù)а1-2<0.1MPa-1或壓縮模量Es>15MPa，土類可選用中、重粉質(zhì)壤土；管頂以上至總干渠渠底范圍回填高塑性土，可選擇液限WL>35%、塑性指數(shù)IP=15~20，含水量控制在最優(yōu)含水量+0~3%之間，要求壓實(shí)度≥1.0。

考慮灌渠過(guò)流變化大，在倒虹吸的進(jìn)出口各布設(shè)6m長(zhǎng)的閘室段，預(yù)留門槽但不設(shè)置閘門，對(duì)于倒虹吸通過(guò)不同流量時(shí)，提供控制進(jìn)口水位的工作條件。

由于倒虹吸流速較小，下游出口不設(shè)消能工程。出口段長(zhǎng)20m，其中由15m長(zhǎng)的流槽斜坡與出口閘室段連接，底坡為倒坡，其后5m長(zhǎng)的水平連接段與下游渠道連接渠連接。

3.結(jié)語(yǔ)

工程總體結(jié)構(gòu)優(yōu)化布置是建筑物設(shè)計(jì)中重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，牽扯到整個(gè)工程的合理性、安全性和經(jīng)濟(jì)性，楊莊干渠灌渠倒虹吸作為南水北調(diào)中線工程中的渠渠交叉建筑物，其總體布置是經(jīng)過(guò)了全方位的比選及優(yōu)化，保證了整個(gè)南水北調(diào)工程的經(jīng)濟(jì)合理和安全可靠。