南水北调工程跨河渡槽充水试验的必要性及试验方案

□张 荣 李书群 王莉娜

南水北调中线一期工程总干渠河北省南段跨河渡槽皆为大规模预应力渡槽，设计之初，通过大量水工模型试验、结构模型试验及有限元分析验证解决了制约结构的诸多重大技术问题。但由于渡槽体型巨大(单跨槽身最大荷载达100000kN)，混凝土施工分缝多，施工缝处理难度大，目前国内外已建成渡槽施工缝及结构缝漏水成为普遍问题，而渡槽一旦通水，放水检修难度及影响相对较大，须先期单独充水检验，以防万一。

1.充水试验必要性

一是渡槽为总干渠的串联输水工程，一旦通水，任何部位输水状态的改变都影响其他渠段。通水前采用充水试验方式检验渡槽工程不同水位下的安全性，可大幅度降低重大安全事故发生的概率，便于局部问题局部解决、提高处理可能发生紧急事件的灵活性，降低处理难度。二是渡槽采用的结构型式在国内外尚属首次，无同等规模工程实例，通过逐级加载可更安全、有步骤地检验工程安全性和结构性能指标。三是渡槽与进出口连接的各类闸室及渠道要从各种地质环境中穿行，容易导致渠道不均匀沉降变形，利用充水试验可以检查检验沉降变形的影响，及时采取工程措施，避免渗漏破坏。四是充水试验是检验渡槽结构防渗漏及渗控设施工程质量最直接和有效的手段之一。渡槽自身的渗漏及防水性能与渠道渗漏问题紧密相关，直接关系到工程运行效益、社会影响，甚至部分渗漏问题会关系到输水体系能否正常运行和工程安全等一系列问题，通过试验可对上述问题实现系统检验，便于及时发现和处理问题。五是南水北调工程运行需要参与调度的金属结构、机电设备、通信设施要协调统一，任何一个控制设施的机械性能、控制系统、通信故障或设备工作的不协调都将在不同方面对总干渠的安全运行造成影响。有必要通过试验性通水，对部分工况进行带水联调，实况检验总干渠工程控制体系的完整性、协调性和可操作性，并检验操作结果能否满足设计要求。六是通过充水试验采集的安全监测数据，能有效反映渡槽的工程质量。作为运行期监控的基础，对运行期监测成果进行监控，适时发现工程存在的隐患并及时处理，可以有效保证工程的输水安全。

2.试验方案

渡槽充水试验取水时，可从邻近水库或在河道中开挖大口井拦截地下潜流取水，除午河渡槽外，其余4座渡槽直接伸入河道取水坑取水，出水管伸入渡槽。充水时，以渡槽槽身段出口处设计水位、满槽水为相应充水水位；两头封堵结构利用进出口检修闸门槽，采用轻型无黏土砖砌体挡水，墙后设扶壁，迎水面采用砂浆抹面，土工膜防渗体，可同时满足三槽充水、两边槽、中槽充水条件，且总荷载与闸室满槽充水相当，地基应力不均匀系数小。

渡槽充水过程按照两边槽→中槽顺序进行，渡槽放水过程同样按照两边槽→中槽顺序进行，模拟渡槽运行中所有状态。

充水过程。两边槽同步充水至设计水位→停留72h观测记录数据→将中槽充水至设计水位→停留72h观测记录数据→三槽同步充水至加大水位→停留72h观测记录数据→三槽同步充水至满槽水→停留5天观测记录数据。充水时槽内水位上升速度按每天不大于2.5m控制，充水至设计水位按照10级控制，除第一、第二级可以连续充水外，之后各级应进行安全监测。

加载终止。遇以下情况应停止充水加载并查明原因：一是渡槽沉降变形超过设计值；二是槽体混凝土或预应力钢绞线应力异常变化；三是充水期间渡槽出现危害性裂缝。

放水过程。三槽由满槽水同步放水至加大水位→停留3h观测记录数据→两边槽分5级同步放水至空槽→停留72h观测记录数据→中槽同步放水至空槽。放水过程应分级进行，每级卸载量取加载时分级荷载的2倍，逐级等量放水，槽内水位放水至加大水位后按照5级控制，每级应进行安全监测。

3.应急措施

渡槽充水加载试验可能出现的突发事件主要为喷射性漏水、渡槽充水期间的异常开裂、墩基沉降过大和不均匀沉降造成槽体扭曲变形等。根据事件的性质、严重程度以及短期能否修复，从而采取相应的应急调度措施。一是在充水过程中，由于对一些水力参数和其他参数评估偏差，引起水位超出警戒水位甚至漫顶，应及时停止充水并启用排水阀排出富余水量，化解险情。二是充水过程中，止水、螺栓孔等部位出现喷射性漏水时，应停止充水，按照排水原则同步排水至射水点以下，封堵处理后再继续充水过程。三是渡槽充水期间产生异常裂缝时，应停止充水，报告会诊后确定是否继续充水。四是充水过程和观测期间发生墩基沉降过大和不均匀沉降造成槽体扭曲变形时，应停止充水，按照排水原则同步排空渡槽，报告会诊后确定是否继续充水。