南水北调中线工程漕河渡槽安全监测设计

张颖军

（河北省水利水电勘测设计研究院，天津 300250）

1 工程概况

南水北调中线工程规模大、输水距离长、流量大、涉及建筑物种类多，技术难度高。京石段应急供水工程作为先期开工段，涵盖了南水北调中线工程中的各类建筑物，其设计和施工对整个南水北调中线工程具有指导和借鉴作用。漕河渡槽是南水北调中线总干渠上跨度较大的交叉建筑物，位于河北省满城县神星镇，由进口段、槽身段、出口段组成。

槽身段包括进口连接段、落地矩形槽段、20m跨多侧墙段、30m跨多侧墙段和出口连接段。其中进口连接段长8.4m；落地矩形槽段长240m，分24节，每节10m；20m跨多侧墙段长710m，共35跨（其中一跨为30m）；30m跨多侧墙段长1230m，共41跨。出口连接段长10.6m。槽身为三槽一联，单槽断面尺寸6m×5.4m，槽身底板厚0.5m，边墙厚0.6m，顶部设2m宽的人行道板，中墙厚0.7m，顶部设2.7m宽的人行道板，槽身顶部设拉杆，断面尺寸0.3m×0.4m；落地矩形槽段槽身加设侧肋，20，30m跨多侧墙段槽身加设侧肋及底肋，肋间距2.5m，侧肋宽0.5m，高0.7m，底肋宽0.5m，高1.1m。20，30m跨多侧墙段为三向预应力结构，为保证预应力张拉的操作空间，各跨之间设置1.1m宽的后浇带。

渡槽槽墩为空心重力墩，墩高11.1～22.8m，墩身外坡比为20∶1，墩身壁厚1.0m，墩身空腔内设3道横隔板，板厚1.0m。槽墩基础少数为摩擦桩，一般为端承桩，部分为扩大基础。

2 观测目的及设计原则

2.1 观测目的

漕河渡槽采用三槽一联多侧墙结构，其规模、结构形式国内外尚无工程经验可供借鉴，结构的受力状态、变形规律及各向预应力效果等无成熟的计算理论，因此，渡槽的安全监测尤为重要。观测渡槽的主要目的是掌握渡槽的运行状态（包括受力状态和变形情况），确保渡槽安全、可靠运行；改善施工工艺，加快施工进度，提高施工质量；验证设计，提高设计水平，为科学研究提供资料。

2.2 观测设计原则

渡槽属于受力构件，槽壁的结构尺寸相对较小，属于薄壁结构，与大坝等大体积混凝土结构有很大差异，根据漕河渡槽的结构特点，观测设计遵循以下原则：

（1）观测项目以受力和变形为主。

（2）为了更全面地反映渡槽的受力状态和变形规律，观测跨的选择应有代表性，在观测跨进行综合布置观测项目，以便于观测资料的综合分析和各相关观测资料互相佐证。

（3）按结构计算模型布设观测仪器。

（4）为尽量避免监测仪器和电缆对结构强度的改变，同时减少对施工干扰，在布设观测点时，力求做到少而精。

（5）观测仪器设备选用可靠、耐用、长期稳定性好，在国内外工程中有长期运用实例且便于实现自动化观测的仪器。

（6）在经济合理的前提下，尽量采用自动化观测，以减轻观测人员的工作量，提高观测精度及管理水平。

3 观测项目及观测部位选定

3.1 观测项目选定

结合工程的结构特点，设置的观测项目包括：槽身表面垂直位移观测和槽墩不均匀沉降观测；槽身应力、应变观测；槽身预应力损失观测；槽身温度观测；槽身伸缩缝开合度观测；作用在槽墩上的土压力、水压力观测；槽墩地基反力观测。

观测仪器包括应变计、无应力计、钢筋计、温度计、锚索测力计、土压力计和渗压计等。

3.2 观测部位选定

根据结构布置及受力特点，在岩石基础落地槽段、回填碎石基础落地槽段各设1个观测横断面，观测断面设置在跨中部位；在20m跨多侧墙弯道段、30m跨多侧墙段各布设1个观测跨。选择20m跨多侧墙段槽墩、30m跨多侧墙段槽墩为观测墩。

4 观测点布置

4.1 表面垂直位移测点布置

落地槽段在每节槽身中部左、右边墙顶面各布设1个沉降点，用于观测槽身的沉降和倾斜；20，30m跨多侧墙段，在每跨槽身右中梁上游侧顶面各布设1个沉降点，用于观测各跨支座部位的总沉降；观测跨的各边梁和中梁的顶面上，在支座和跨中部位各布设1个沉降点，用于观测跨的挠度观测。

渡槽各槽墩在距原地面1.0m高处左、右侧各布设1个沉降点，用于观测槽墩的沉降和倾斜。

垂直位移观测采用一等水准测量法，槽身上的测点采用地面标志，槽墩上的测点采用墙上标志。

4.2 槽身应力、应变测点布置

落地槽段结构对称，两侧受力条件基本相同，观测断面的观测仪器仅布置在槽身右侧。在底板、边墙受力较大部位的内、外侧布设钢筋计和应变计，拉杆上布设钢筋计，并在底板和边墙内各布设1支无应力计，2支无应力计可互相备用。

20，30m跨多侧墙段沿渡槽轴线方向边纵梁和中纵梁为工字型简支梁，垂直渡槽轴线方向槽身横断面为由拉杆、中墙、侧肋和底肋组成的闭合框架，因此观测跨上测点按纵、横两个方向布置。纵向观测断面取右边梁和右中梁，分别在梁底部支座、1/4跨、跨中及3/4跨，梁顶部支座、跨中部位布设钢筋计和应变计。横向观测断面取跨中的肋部和跨中部位 （两肋间），由于槽身两侧内外温差不同，两侧温度应力对结构影响不同，横断面观测仪器按全断面布置。肋部观测断面在底肋、边肋受力较大部位的内外侧布设钢筋计和应变计，在拉杆上布设钢筋计，用于观测底肋、边肋和拉杆的受力状况。跨中观测断面在底板、侧墙中部内外侧布设钢筋计和应变计，用于观测底板和侧墙的受力状况。整个观测跨在肋部观测断面底肋和边肋内各布设2支无应力计。

4.3 槽身预应力损失测点布置

20，30m跨多侧墙段观测跨上，选取上游端横断面为纵向预应力损失观测断面，观测仪器布置在槽身右半侧。在边纵梁、中纵梁底部、中部、顶部及底板部位分别选取1个锚索为观测锚索，在观测锚索上布设锚索测力计。选取上游侧肋部和跨中部位肋部横断面为横向和竖向预应力损失观测断面，在底肋、底板、边墙顶面、侧肋顶面分别选取1个锚索为观测锚索，在观测锚索上布设锚索测力计。

锚索测力计布设在锚索的张拉端，两端张拉的锚索布设在上游侧和右侧。

4.4 槽身温度测点布置

20，30m跨多侧墙段纵向内力计算采用简支梁模型，温度应力对结构的影响较小，甚至可以忽略；横向内力计算采用超静定框架结构模型，温度应力的影响较大，因此落地矩形槽段和20，30m跨多侧墙段槽身温度观测点均布设在横向观测断面。为便于资料分析，温度观测断面与应力、应变观测断面相同，由于应变计、无应力计等具有测温功能，在布设应变计、无应力计部位，不再布设温度测点。仅在边墙、底板上沿壁厚方向分别布设2组温度计，用于观测混凝土的温度梯度。

4.5 槽身伸缩缝开合度测点布置

在岩石基础落地槽与回填碎石基础落地槽分界处、落地槽与架空槽分界处槽身伸缩缝顶部人行道板各设1个弯板式三向测缝标点，用于观测伸缩缝沿渡槽轴向、横向和竖向的变位。

4.6 槽墩土压力、水压力测点布置

在槽墩上游侧面轴线上，沿高度方向布设3支土压力计，用于观测作用在槽墩上的土压力，同时在最底部土压力计的上游侧布设1支渗压计，用于观测作用在槽墩上的水压力，并监测河道水位。

4.7 槽墩地基反力测点布置

在槽墩中心基础底面上布设2支土压力计和1支渗压计，用于观测槽墩地基反力和作用在墩基上的扬压力，该渗压计与槽墩侧面的渗压计可互相校正。

5 电缆牵引和保护

漕河渡槽全长2300m，长度较大，若将观测仪器电缆分别引至进出口闸室，便于管理，但电缆牵引路线长，电缆投资很大，且渡槽为薄壁结构，电缆在混凝土内牵引，可能会削弱结构强度，电缆在渡槽外牵引，不利于电缆的保护，影响建筑物的美观，电缆长距离牵引还需解决跨缝问题。因此，漕河渡槽安全监测设计将观测仪器电缆在槽身内就近汇集，由槽身引出，放置在引出位置的人行道板上，接入测控单元或集线箱。

［1］赵志仁.大坝安全监测设计［M］.郑州:黄河水利出版社，2003.

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