斜拉式渡槽應(yīng)用設(shè)想

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一、前言
    斜拉式大橋以其大跨距、結(jié)構(gòu)造型合理、且經(jīng)濟(jì)美觀、施工快而早已被世界各國廣泛采用，在我國近幾年風(fēng)靡大江南北，已建成或在建的斜拉式大橋無論是跨?；蚩缃?，其規(guī)模之大、造型之精美，在世界也是屈指可數(shù)的。早年建成的揚(yáng)浦大橋及剛建成的珠?？绾４髽?，或正在建設(shè)的長江二橋，設(shè)計中的海南跨海大橋，這充分反映出斜拉式大橋的技術(shù)已走向成熟，并在我國廣泛推廣應(yīng)用。
    而在水利工程中，對于這種新技術(shù)運(yùn)用較少，經(jīng)驗不多，不成熟，尤其在渡槽設(shè)計中，無論從結(jié)構(gòu)的相似性來講，橋和渡槽都有共性，可以采用這一新技術(shù)。目前我地區(qū)在農(nóng)田水利建設(shè)中設(shè)計的渡槽型式單一，為梁式與拱式渡槽。
    二、常見渡槽型式：
    1、梁式渡槽
    考慮控制槽身裂縫及寬度，而限制了單跨，如已建成的拜城木扎提河跨河渡槽為我地區(qū)建成的最大渡槽，渡槽總長130m，設(shè)計流量Q=18m3/s，為雙孔箱涵，單孔1.7×2m，采用等跨雙懸臂結(jié)構(gòu)，單跨26m。由于河床地質(zhì)條件較好，承載能力大，河道沖刷嚴(yán)重，最大沖刷設(shè)計深度為6m，故采用井柱基礎(chǔ)，井柱間距為13m?；A(chǔ)部分的工程量占整個槽身工程量的68%，且基礎(chǔ)施工較難一度影響工程進(jìn)展。
    在可研階段，曾設(shè)想采用斜拉式渡槽，并采用單塔，一跨即可跨越大河，而且主塔基礎(chǔ)部分施工可避免主河床免受洪水威脅，減少了基礎(chǔ)部分的工程造價，縮短了基礎(chǔ)部分施工工期，但由于當(dāng)時的技術(shù)還不成熟，沒有采用。
    2、拱式渡槽
    雖能用于河谷深而高度大的渡槽，但隨著跨度的增大，拱腳的推力也大，而且施工預(yù)制吊裝也困難，且施工加載程序復(fù)雜，跨度一般控制在25-30m，施工工期長，且要求地基條件較好，目前我地區(qū)建成的烏什縣喀拉玉爾滾跨河渡槽采用下承式拱型桁架渡槽，渡槽總長316m，設(shè)計流量Q=3.0m3/s，單跨21.10m基礎(chǔ)為井柱樁，井柱間距為21.10m，無論梁式或拱式渡槽跨度小，基礎(chǔ)部分投資較大。
    3、斜拉渡槽
    斜拉渡槽與斜拉橋一樣，具有跨越能力大，一般情況下渡槽的跨度可達(dá)百米，且斜拉索的水平力對槽身縱向受力是十分有利的，從理論上講，如將拉索內(nèi)力調(diào)整好后，最后縱向合力在跨中合龍，跨中基本上不產(chǎn)生自重拉力，槽身主要承受軸向壓力與彎矩屬壓彎構(gòu)件，對槽身縱向配筋與抗裂是十分有利的。槽身主梁由于有拉索支承，尤其是密索時跨徑較小，當(dāng)拉索的剛度無限大，在支承點(diǎn)處無變拉，則變?yōu)樾】鐝降膭傂灾С羞B續(xù)梁式簡支梁，減少了梁的彎距。因此槽高可以減小，從而節(jié)省材料，而槽身的水平推力，使槽身的分縫處理較易，不易產(chǎn)生漏水，解決了渡槽分縫處理的難點(diǎn)。另外，在各種砼渡槽型式中，當(dāng)前可以認(rèn)為斜拉渡槽是有效利用材料特性最合理的結(jié)構(gòu)，使砼塔架、槽墩成為受壓構(gòu)件，鋼筋砼主梁成為偏心受壓構(gòu)件，高強(qiáng)度鋼材成為拉索而受拉構(gòu)件，充分發(fā)揮各自的功能，這樣所需的材料數(shù)量少，經(jīng)濟(jì)效益大。
    三、斜拉渡槽的設(shè)計
    斜拉渡槽與斜拉橋結(jié)構(gòu)相似，一般由塔橋、槽墩斜拉索（簡稱拉索）及槽身四部分組成，現(xiàn)就各部分造型設(shè)計簡述如下：
    1、拉索的布置
    斜拉索縱向布置方式，斜拉渡槽與斜拉橋一樣可分為下列幾種基本型式。
    （1）輻射型
    所有拉索都引向塔架頂部。拉索對主梁（槽身）的夾角最大，有利于承受主梁豎向荷載，因此拉索用的鋼材最小。但許多根拉索引向塔架頂部，塔頂內(nèi)的拉索支承或鞍座會非常擁擠，且須傳遞相當(dāng)大的豎向力，造成細(xì)部設(shè)計復(fù)雜化，且對塔架縱向穩(wěn)定不利。
    （2）豎琴型
    各條拉索在不同高度處連于塔架上，并相互平行。拉索對主梁的夾角較小，承受主梁豎向荷載不如輻射型有利，因此，拉索的用鋼量稍多。優(yōu)點(diǎn)是：位于塔端部錨固點(diǎn)分散，應(yīng)力不會太集中，細(xì)部構(gòu)造設(shè)計與塔架的縱向穩(wěn)定比較有利；塔架上各拉索長度相差較大，索的自振頻率也相差大，對抗震、抗風(fēng)穩(wěn)定性比較有利，這種拉索體系造型美觀。
    2、塔架的型式
    塔架（又稱索塔）的型式可分為單面索塔和雙面索塔兩大類。由于水工建筑物斷面小，一般均采用單面索塔。
    （1）單面索塔
    單面索塔有柱塔、A形塔，可以利用槽身頂板中央的錨固塊來固定斜拉索。由于是單索塔，特別是獨(dú)柱塔，減少斜拉索及塔架工程費(fèi)用。
    雙面索塔為平行門形塔，當(dāng)平行門形塔無頂橫梁時變?yōu)殡p柱形塔；多橫梁時變?yōu)榭蚣苄嗡Ｆ叫须p面塔的共同特點(diǎn)是斜拉索布置在縱向兩個豎直平面內(nèi)。
    3、槽墩
    槽墩可以是實(shí)體重力式，也可以是空心重力式或框架結(jié)構(gòu)，下接基礎(chǔ)底板，與一般渡槽墩大體相同，此處就不詳述了。
    4、斜拉渡槽槽身的斷面型式
    斜拉渡槽主梁（即槽身）的橫斷面型式，可以設(shè)想為各種箱形結(jié)構(gòu)，分述于后。
    （1）矩形箱槽身
    分單箱雙面索，矩形箱槽身整體剛度較大，縱向撓度較小。槽身頂部施工比較簡單，但矩形箱槽身的迎風(fēng)面與背風(fēng)面都是豎直的平面，對風(fēng)的阻力大，大跨徑的抗風(fēng)穩(wěn)定性不利。橫向受力條件也不夠理想。
    （2）U型箱槽身
    這種斷面形式預(yù)制施工較復(fù)雜，但橫向受力條件比較有利。由于迎風(fēng)面的大部分成園弧面，對風(fēng)的阻力減小，抗風(fēng)穩(wěn)定性較為有利。
    （3）園管形槽身
    分為單管單面索與單管雙面索，由于管身全部為園弧面，橫向受力條件與抗風(fēng)穩(wěn)定性都是最有利的，但施工較復(fù)雜。這種槽身可以用鋼筋砼或預(yù)應(yīng)力砼作材料，對小管徑的也可以用鋼板作為鋼管。水流流態(tài)可以是有壓的，也可以是無壓的。它適用于中、小流量的大、中跨徑的斜拉渡槽。
    槽身斷面深寬比的考慮，從受力觀點(diǎn)看，窄深一些，對縱向受力有利，縱向撓度也小一些，而對橫向受力及抗風(fēng)穩(wěn)定性不利，則恰恰相反。應(yīng)根據(jù)斜拉渡槽主跨徑大小、斜拉索的間距、流量大小，塔架、主梁及槽墩的連結(jié)方式作綜合考慮來決定。
    斜拉索下端的錨頭一般錨固在主梁的錨塊（又稱牛腿）內(nèi)。為了錨塊不起阻水作用，錨塊不能布置在過水?dāng)嗝鎯?nèi)，而應(yīng)設(shè)置在箱壁外側(cè)或?qū)㈠^頭直接錨固在兩側(cè)槽壁底部。對于單面索也可以錨固在槽身頂板中部。布置錨頭時爭取使斜拉索合力的縱向分量與主梁的形心軸重合，以避免由于軸向力的偏離而產(chǎn)生附加的彎矩。
    而斜拉渡槽的各設(shè)計參數(shù)可根據(jù)具體地形、跨度及流量大小進(jìn)行結(jié)構(gòu)造形，也可參考斜拉橋有關(guān)方面的設(shè)計經(jīng)驗。
    結(jié)語
    本文作為對斜拉渡槽設(shè)計的一種初步認(rèn)識提出來，和對此問題有興趣的同仁共同探討，難免有疏漏以至偏頗之處，只要能引起大家的興趣，發(fā)表更多見解，提出批評指正，就達(dá)到了目的。