引江济淮工程庐南渡槽充水试验及成果分析

2023-09-22颜其林裴祖兴袁飞飞

水利技术监督 2023年9期

颜其林，裴祖兴，袁飞飞，王成

(安徽省引江济淮集团有限公司，安徽合肥 230000)

0 引言

引江济淮工程(安徽段)自南向北分为引江济巢、江淮沟通、江水北送3大段。引江济巢菜巢分水岭段(72+240～75+240)为菜子湖线合肥市段(54+000～109+621)中的一段新开输水河道，位于合肥市庐江县县城西南约6km处。该段主要工程包括新开输水河道及跨越新开输水河道的舒庐干渠、庐南分干渠渡槽。其中舒庐干渠渡槽为有压箱涵，庐南分干渠渡槽为无压明流箱涵[1]。庐南渡槽工程效果如图1所示。

图1 庐南渡槽效果图

庐南渡槽跨河段从进口至出口依次28m长进口渐变段、35m长进口小跨度槽段、250m长槽身段、35m长出口小跨度槽段、35m长出口渐变段组成，总长383m。槽身段上部渡槽为单箱结构水槽，宽4.8m，高3.05m，槽身过水断面净宽为4m，侧墙厚40cm，底板厚30cm，采用钢筋混凝土结构，槽身沿轴线方向12.5m分缝，缝内设止水。槽体支撑结构为(65+120+65)m变截面预应力混凝土连续梁结构，桥宽7.8m，主梁高按1.8次抛物线变化。

1 充水试验基本要求

1.1 工程形象

渡槽所有上、下部结构混凝土施工完成，混凝土强度100%达到设计要求；支撑结构支座安装就位正确，支座型号满足设计要求；止水按设计要求安装完成，并具备相应的功能[2-3]；渡槽上、下部结构混凝土缺陷相关技术要求进行了处理；进、出口挡水围堰、防渗漏措施施工完成。

1.2 技术要求

充水前，需在渡槽上下游设置堵头挡水，围堰顶高程应高于最高充水位0.5m，顶宽宜为5m，两侧坡比宜为1∶3，围堰应采用粘性土填筑，填土需要碾压夯实。充水试验宜分为3阶段进行：

第1阶段：按渡槽设计水深进行充水，庐南分干渠渡槽设计水深为1.99m，分别观察、检测各类数据3天。

第2阶段：按渡槽加大水深进行充水，庐南分干渠渡槽加大水深为2.29m，再次分别观察、检测各类数据4天。

第3阶段：按渡槽加大水深进行充水，庐南分干渠渡槽加大水深为2.4m，再次分别观察、检测各类数据4天。

2 试验检测监控断面和测点设置

2.1 控制断面

对庐南干渠渡槽充水试验全过程进行仿真分析，整体桥梁采用梁单元进行模拟，全桥上部结构共计208个节点，198个单元，确定的庐南渡槽支撑结构的主要内力控制断面9个[4-6]，如图2所示。

图2 庐南渡槽支撑结构控制断面

2.2 弯曲应力

根据规范及经验[7]，在保证观测质量的前提下布设的测点不宜过多，测点的布设应能反映结构的最大应力(应变)和测点沿梁高分布的规律。根据该预应力箱梁特点，在底板与腹板对应位置布设应变测点[8]，如图3所示。温度补偿点采用与试验联强度等级相同的立方体试件进行。

图3 庐南渡槽支撑结构控制断面应变布置图

2.3 位移测量

根据现场具体条件和情况选择使用精密水准仪进行各测点的位移测量。为测得在试验荷载作用下，该桥各个加载工况位移控制测点的位移随加载分级变化过程，在各工况控制断面处设置位移控制测点，横向均布设3个位移测点，如图4所示。

图4 庐南渡槽槽体位移观测点布置图

2.4 温度测点布置

温度测点布置同应变测点，与应变同步测量。

2.5 分缝开合度测点布置

分缝开合度测量采用NVJ型振弦式测缝计对槽身21处分缝进行观测，共布设21个测缝计，每次测试记录观测时间、宽度的变化量，如图5所示。同时，对分缝处是否渗水进行观察。

图5 分缝开合度测点布置示意图(单位：mm)

2.6 槽身及槽体支撑结构裂缝及渗漏水观测

裂缝渗漏水以人工目测观察结合仪器测量、判定。

3 试验检测分析和评定

3.1 支撑结构扰度

通过对各级加载及排水工况数据测量，支撑结构各级加载实测数据与理论数据变化趋势一致。其中两边跨从跨中至墩顶位置各级变形趋势向上，且位移值较小。本文仅以三级加载(水位2.4m)工况下(下文同)，对中跨进行支撑结构加载挠度值及数据分析评定。根据支撑结构中跨测点加载挠度值及数据，见表1。支撑结构中跨各测点校验系数曲线图，支撑结构中跨各测点相对残余变形曲线图如图6—7所示。

表1 支撑结构第二跨测点三级加载挠度值及数据评定表

图6 支撑结构中跨各测点校验系数曲线

图7 支撑结构中跨各测点相对残余变形曲线

(1)加载实测数据与理论数据变化趋势一致，支撑结构实测均小于理论值。

(2)支撑结构位移校验系数介于0.66～0.81之间，相对残余变形在20%以下，未超计算值，表明试验跨段结构刚度满足要求且具有较好的弹性工作性能，满足规范中要求。

3.2 槽体竖向位移

根据槽体中跨左侧测点各级加载位移值及数据，见表2，槽体中跨左侧各测点校验系数曲线图和槽体中跨左侧测点相对残余变形曲线图如图8—9所示。

表2 槽体左侧测点三级加载及排水工况数据

图8 槽体中跨左侧测点校验系数曲线

图9 槽体中跨左侧测点相对残余变形曲线

(1)加载实测数据与理论数据变化趋势一致。槽体边跨受力状态与理论略有差异，实测值与理论值均较小，且受力趋势与变形趋势一致。

(2)槽体位移校验系数介于0.60～0.88之间(右侧槽体位移校验系数介于0.61～0.90之间)，相对残余变形在20%以下，未超过计算值，表明试验跨段结构刚度满足要求且具有较好的弹性工作性能，满足规范中要求。

3.3 槽体及连接段水平位移

通过对各级加载及排水工况数据，结合槽体及连接段各级工况下测点水平位移实测值图如图10—11所示，槽体与连接段在各级加载工况下水平位移量较小，最大水平相对位移为2.34mm。

图10 槽体及连接段各级工况下左侧测点水平位移实测值对比图

图11 槽体及连接段各级工况下右侧测点水平位移实测值图

3.4 支撑结构应变

通过3级加载及排水工况数据，结合支撑结构计算值与实测图对比图、支撑结构中跨各测点校验系数曲线图和支撑结构中跨各测点相对残余曲线图如图12—14所示。

图13 中跨各测点校验系数曲线

图14 中跨各测点相对残余曲线

(1)加载实测数据与理论数据变化趋势一致。支撑结构实测均小于理论值。

(2)支撑结构应变校验系数介于0.61～0.91之间；相对残余应变小于20.00%，未超过计算值，表明试验跨段结构刚度满足要求且具有较好的弹性工作性能，满足规范中要求。

3.5 槽体应变

通过三级加载及排水工况数据，结合槽体计算值与实测图对比图、槽体中跨各测点校验系数曲线图和槽体中跨各测点相对残余曲线图如图15—17所示。

图15 H截面应变计算值与实测值对比图

图16 中跨各测点校验系数曲线

图17 中跨各测点相对残余曲线

(1)加载实测数据与理论数据变化趋势一致。支撑结构实测均小于理论值。

(2)槽体应变校验系数介于0.61～0.85之间，相对残余应变小于20.00%，说明结构处于弹性工作状态未超过计算值，表明试验跨段结构刚度满足要求且具有较好的弹性工作性能，满足规范中的要求。

3.6 分缝开合度评价

根据现场监测数据，分缝开合度变化值，两边跨从跨中至墩顶位置槽身分缝有拉开趋势，且变化幅度很小，中跨有收缩趋势如图18所示，最大收缩量2.68mm，见表3，与槽身变形理论计算相一致；上、下游落地槽身接缝，随着水位升高有收缩趋势，最大收缩分别为4.87mm、2.87mm；在2.40m卸荷以后，开合度具有明显收敛趋势。