城区段加固工程设计分析

［摘要］洛阳市邙山渠城区段竣工至今运行60年,运行期间因“引黄入洛工程文家沟分水口”位置调整,将位于樱桃山庄以东渠道上桩号0+205、0+241处的2座路涵由原来的上游改到了下游,洛北铸钢厂（卡口段）渠道经过厂区内,且部分被厂区覆盖。导致渠道阻水严重且水质污染,远低于原设计过流能力。故对现状路涵进行拆除重建,对厂区段的渠道采取永久防护措施。改造后可保证邙山渠畅通,实现灌溉、排涝和向瀍河补充景观用水的规划目标。

［关键词］邙山渠；加固工程；渠道建筑物

邙山渠位于洛阳市区北部邙岭南坡,1957年12月动工修建,1958年竣工,原设计为农业灌溉渠道,兼顾排涝功能。渠首位于新安县磁涧镇金家村西,引涧河水入渠,补充水源为金水河水库。邙山渠沿邙岭自西向东流经新安县、洛阳市西工区、老城区、瀍河区至瀍河,全长26km,其中市区段长15km。渠道设计引水流量2m3/s,原设计灌溉面积2.4万亩。随着涧河径流水量的减少,邙山渠首取水困难,灌区灌溉面积逐步萎缩,目前有效灌溉面积为1.05万亩。故渠道的主要功能由灌溉变为城市排水和排涝。2011年对邙山渠城区段进行过治理。

1工程段现状存在的问题

（1）位于樱桃山庄以东渠道上现状有2座路涵,分别位于渠道桩号0+205、0+241处,因“引黄入洛工程文家沟分水口”位置调整,由在2座路涵的下游调整至路涵的上游,导致原设计过流能力远低于2m3/s,阻水严重,急需改造加固改变现状。（2）洛北铸钢厂（卡口段）,该段渠道西接龙兴路（原经五路）桥,东接龙泉（原经六路）长约320m。2004年、2007年该厂分期对该段渠道进行硬化改造。其中：一钢筋砼箱涵结构长约70m,二段为浆砌石渠壁加钢筋砼框架支撑结构长约190m,三段为砼结构梯形断面约长60m。该段渠道从厂区经过,且厂房直接建在渠道上,厂区内还有部分渠道被覆盖,且厂区的渠底高程比龙兴路原经五路路涵底设计渠底高程高1.2m～1.4m,使渠道上下游连接不顺畅,影响渠道正常过流,且污染严重,见图1。

2工程渠道加固设计

针对目前渠道现状及存在问题,结合工程实际情况,解决邙山渠渠道排水不畅问题,对渠道进行改造加固。

2.1生产桥

生产桥方便渠道两岸群众的生产、生活出行,本次拆除现状路涵,在原址处重建生产桥。为保证生产桥处不阻水,生产桥设计按渠道设计水位,加安全超高考虑桥梁底板高程,桥两端与两岸现状路平顺连接。上部结构：荷载标准按公路Ⅱ设计,桥长8m,桥宽均为5.0m,净宽4.5m,桥面板采用C40钢筋砼空心板（空心板截面为圆孔,2座生产桥桥面共由4块中板、2块边板拼装而成）,板厚0.42m,各板之间铰缝采用C40砼,单板两端封端采用C40砼。主钢筋采用Ⅲ级钢筋。下部结构:生产桥基础采用钻孔灌注桩基础,桩直径为0.8m,桩长15m盖梁采用C30砼,桥墩桩、桥墩柱、桥台桩等采用水下C25砼,主筋采用Ⅲ级钢筋。桩基承载力计算依据《邙山渠改造加固地质报告》桥处地质剖面图：桥基土共分4层。设桩长h为未知数。依据《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTJD63-2007）分层进行计算：式中：［Ra］为单桩轴向受压承载力容许值kN；u为桩身周长,u=3.14×0.8=2.512m；li为承台地面或局部冲刷线以下各土层的厚度,l1取4.5m,l2取7.2m,l3取3.3m,l4为（h-4.5-7.2-3.3）m；qik为与li对应的各土层与桩侧的摩阻力标准值,q1k取32kPa,q2k取40kPa,q3k取42kPa,q4k取46kPa；Ap为桩端截面面积,A=3.14×0.42=0.5024m2；qr为桩端处土的承载力基本容许值,取282.2kPa,采用下列公式计算：式中：mo为钻孔桩清底系数,取0.8；k2为桩端以上土层的附加荷载作用的系数取2；r2为桩端以上土的容重,计算18.7KN/m3；h为桩长,m。由上式求得:［Ra］＝57.78h-7.7经计算：6.0m宽桥梁有4块中板2块边板。（2）可变荷载根据《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2015）,P26～27计算可变荷载。公路-Ⅱ级车道荷载的均布荷载标准值qk和集中荷载标准值qk计算见表2。计算可变荷载分项系数取1.4,永久荷载分项系数取1.2,则桥台单根桩底所受最大垂直力：Nmax=1.4×283.88/2+1.2×（107.2+372）/2+1.2×198+1.2×12.56h=723.82+15.1h桥台桩的上部荷载（上部荷载包括：桥板及铺装层、栏板）,则桥墩单根桩底所受最大垂直力Nmax=723.82/2+15.1h=361.91+15.1h57.78h-7.7=361.91+15.1h,则h=8.6m,本次取桥台桩长13m。因左、右桥台岩性深相差不大,故生产桥桥台桩长取13m。

2.2龙泉路（原经六路）以东新建渠道段

该段渠道从洛阳德美机械公司和洛阳力为机械科技公司厂区穿过,渠道桩号4+063.4~4+189.6,长126.2m,目前现况该段渠道为临时加固措施,且被厂区覆盖。为保证渠道安全通水,对厂区段的渠道采取永久防护措施,重新设计。为使该段渠道上下游保持畅通,不存在积水问题,本次采取封闭施工方案,在不拆除渠道上厂房建筑前提下,对原有渠底结构进行局部改造,保证渠道输水通畅。（1）水力计算参照规范及相关资料选择合适的河道糙率系数等水力要素,采用明渠均匀流公式推求设计水位,计算公式如下式中：Q为设计洪峰流量,m3/s,设计流量2.0m3/s；A为过水断面面积,m2；C为谢才系数；R为控制断面水力半径,m；i为渠道底坡；i=1/3155；n为河道断面综合糙率,取0.015。经六路以东段渠道水力计算成果见表3。本次改造加固措施：拆除原临时加固渠道,,对该段渠道采用永久加固措施,渠道设计断面采用矩形断面型式,渠道的设计流量与原渠道相同,渠道底宽4m,渠深3m,纵坡1/3155,底板采用厚0.2m的C20现浇砼衬砌；侧墙采用现浇C20砼重力式挡土墙,挡墙顶宽0.5m,底宽2.38m,挡墙高3m。渠道和侧墙横向每5m设一道伸缩缝,缝宽2cm,缝内填聚乙烯闭孔低发板。进口底板高程与龙泉路（原经六路）涵洞出口底板高程相接,出口底板高程与原设计渠道底高程连接。

3结语

洛阳市邙山渠城区段治理工程建成后大大提高了区域的行洪能力、过流能力,提高了下游灌溉能力,改善了区域生态环境质量。大大保护了沿线其他设施安全和下游农业生产安全。该工程改造加固后,将发挥城市的河渠生态用水,美化城市及渠道环境,改善居民的生存生活条件、提高城市品位,将给居民及游客提供一个休闲和娱乐的场所,为实现“引黄济瀍”提供重要保障。因此该工程实施后,促进北部岭区的经济发展,带动沿渠两岸地块开发,不仅可获得较好的经济效益,而且可获得较大的社会和环境效益。

作者：蔡旭阳 单位：洛阳市河渠管理处