淠河總干渠渡槽水橋

淠河總干渠渡槽水橋設(shè)計(jì)創(chuàng)新與試驗(yàn)研究吳志剛公司總工程師殷亮結(jié)構(gòu)與標(biāo)準(zhǔn)化研究所所長(zhǎng)2023年4月成都第二屆全國(guó)橋梁建設(shè)與管養(yǎng)新技術(shù)高峰論壇安徽橋梁工業(yè)化技術(shù)迭代與展望報(bào)告人：吳志剛皖南山區(qū)江淮丘陵大別山區(qū)皖北平原長(zhǎng)江淮河巢湖引江濟(jì)淮工程長(zhǎng)江、淮河橫貫東西，將安徽省分為淮北平原、江淮丘陵及大別山區(qū)、皖南山區(qū)三大自然區(qū)域。大江大河、平原與丘陵共存獨(dú)特的自然條件，為我公司的橋梁發(fā)展提供了巨大的機(jī)遇。長(zhǎng)大橋梁以馬鞍山長(zhǎng)江大橋、望東長(zhǎng)江大橋、蕪湖長(zhǎng)江二橋、池州長(zhǎng)江公路大橋?yàn)榇淼目缭介L(zhǎng)江的長(zhǎng)大跨度橋梁。以大慶路淮河公路大橋、長(zhǎng)淮衛(wèi)淮河公路大橋、淮上淮河大橋、孔李淮河大橋等眾多淮河橋。以銅湯高速太平湖大橋、六潛高速磨子潭大橋、云南麻昭高速高墩大跨橋梁群為代表的山區(qū)橋梁。以環(huán)巢湖旅游公路景觀橋梁群、環(huán)萬(wàn)佛湖旅游公路景觀橋梁群、引江濟(jì)淮橋梁群為代表的景觀橋梁群。工業(yè)化橋梁在“體系與結(jié)構(gòu)創(chuàng)新、構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)、工藝研究與流程再造、標(biāo)準(zhǔn)體系建立、信息管理與技術(shù)綜合”等方面，形成了系列關(guān)鍵技術(shù)，包括樁板式結(jié)構(gòu)、鋼混組合梁等30余項(xiàng)新型裝配式結(jié)構(gòu)。引言引言長(zhǎng)江大橋馬鞍山長(zhǎng)江大橋馬鞍山長(zhǎng)江大橋蕪湖長(zhǎng)江公路二橋望東長(zhǎng)江公路大橋安慶長(zhǎng)江公路大橋池州長(zhǎng)江大橋池州長(zhǎng)江公鐵大橋（在建）安慶?？陂L(zhǎng)江公鐵大橋（工可）淮河大橋山區(qū)橋梁引言從單一橋梁到橋梁群設(shè)計(jì)的突變白石天河大橋杭埠河大橋派河大橋南淝河大橋信義仁愛忠信孝悌和諧兆河大橋環(huán)巢湖旅游大道橋梁群環(huán)萬(wàn)佛湖公路橋梁群引江濟(jì)淮工程橋梁群引江濟(jì)淮橋梁群青龍路橋：(140+80）m巢湖路橋：1-140m金寨南路橋：(145+90）m翡翠路橋：1-130m玉蘭大道橋：(85+135+85)m文山路橋：(90+150+90)m創(chuàng)新大道橋：1-140m繁華大道橋：1-150m銘傳路橋：(50+240+50)m將軍嶺路橋：(180+65+30)m興業(yè)大道橋：(100+170+100)m新橋大道橋：(170+80)m中派河大橋：(86+140+90)m合六葉公路橋：(100+180+100)m江淮運(yùn)河大橋：1-150m淠河總干渠渡槽：(68+110+68)m目錄渡槽水橋概述技術(shù)特點(diǎn)及創(chuàng)新科研試驗(yàn)與探索結(jié)語(yǔ)與展望目錄01引言淠河總干渠渡槽水橋淠河總干渠引江濟(jì)淮工程引言11渡槽水橋概述渡槽水橋淠河總干渠引江濟(jì)淮小廟鎮(zhèn)高店鄉(xiāng)合肥主城區(qū)渡槽水橋本項(xiàng)目引江濟(jì)淮引江濟(jì)淮工程：溝通長(zhǎng)江、淮河兩大水系，潤(rùn)澤安徽、惠及河南、造福淮河、輻射長(zhǎng)江，保障供水、發(fā)展航運(yùn)、改善水環(huán)境，是安徽省基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)“一號(hào)工程”,II級(jí)航道，通行2000噸船舶。淠河總干渠:自大別山四大水庫(kù),向合肥城市的提供灌溉、工商業(yè)用水、生活飲用水,IV級(jí)航道，通行100噸船舶。渡槽水橋:引江濟(jì)淮與淠河總干渠交匯于合肥江淮分水嶺，為解決兩大不同類型水系、高差36m的通水、通航的立體交叉工程。名稱單

位技術(shù)指標(biāo)設(shè)計(jì)等級(jí)I級(jí)建筑物渡槽通航要求天河槽內(nèi)Ⅵ級(jí)航道，通行100t級(jí)船舶；地河槽下II級(jí)航道，通行2000t級(jí)船舶。通航尺度江淮溝通渠道通航凈寬103.8m，凈高10m設(shè)計(jì)洪水頻率設(shè)計(jì)1／100，校核1／300設(shè)計(jì)流量m3/s150設(shè)計(jì)水深m4校核水深m5.05渡槽凈寬m雙槽2×16槽底縱坡1/15000主要技術(shù)指標(biāo)11渡槽水橋概述大型水利交叉國(guó)內(nèi)現(xiàn)有案例渡槽方案照片結(jié)構(gòu)建設(shè)條件適應(yīng)性京杭大運(yùn)河下穿黃河隧道（京杭大運(yùn)河與黃河十字交叉）隧道倒虹吸倒虹吸不能通航淮河入海水道（京杭大運(yùn)河與淮河十字交叉）15孔跨徑6.8m涵洞涵洞跨徑小不能通航江蘇濱海樞紐（通榆河與淮河十字交叉）23孔跨徑3m涵洞涵洞跨徑小不能通航南水北調(diào)下穿黃河（南水北調(diào)中線與黃河十字交叉）隧道倒虹吸倒虹吸不能通航11渡槽水橋概述檢修閘門檢修閘門檢修閘門檢修閘門鋼結(jié)構(gòu)渡槽砼渡槽閘門分流島上游明渠下游明渠砼渡槽閘門分流島鋼結(jié)構(gòu)渡槽：68+110+68=246m桁架式梁拱組合體系?；炷炼刹郏簝蓚?cè)各4x13=52m混凝土渡槽檢修閘門：兩側(cè)各20m設(shè)置閘門段。分流島：兩側(cè)各40m長(zhǎng)三角形分流島、漸變段。進(jìn)出口明渠：上游引渠長(zhǎng)467.9m，下游引渠長(zhǎng)497m配套交通橋：65+110+65=240m連續(xù)剛構(gòu)11渡槽水橋概述2019年3月開工2019年10月28日首節(jié)段架設(shè)2020年11月5日全橋合龍2021年4月實(shí)橋充水試驗(yàn)2021年5月1日正式通水5111渡槽水橋概述2022年9月通航目錄渡槽水橋概述技術(shù)特點(diǎn)及創(chuàng)新科研試驗(yàn)與探索結(jié)語(yǔ)與展望目錄21技術(shù)特點(diǎn)及創(chuàng)新項(xiàng)目奇觀：水立交––河上有河，橋上通水。船立交––上下行船，橋上通船。21技術(shù)特點(diǎn)及創(chuàng)新設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)與創(chuàng)新荷載巨大上下通航流固耦合技術(shù)空白止水防滲環(huán)保防腐水荷載集度大：4萬(wàn)噸，135車道，500m寬橋水荷載變幅大：0~4萬(wàn)噸活恒比例大：200%，常規(guī)橋20%~30%水溫度變幅?。簻夭钭冃尾粎f(xié)調(diào)橋下通航凈寬103.8m橋上通航凈寬12m船撞擊橋墩、側(cè)壁沉船撞擊荷載合肥為VII度區(qū)，0.123g頭重腳輕，水荷載集中在橋上橫向地震偏載效應(yīng)船-水-結(jié)構(gòu)間耦合作用明顯橋上為合肥市居民飲用水鋼結(jié)構(gòu)防腐、環(huán)保要求高施工、養(yǎng)護(hù)期間不得中斷供水渡槽伸縮縫變位大，需同時(shí)滿足變形、止水需求，防滲處理難度大。渡槽橋?yàn)樗⒔煌ń徊鎸W(xué)科，國(guó)內(nèi)首次采用，無(wú)成熟案例參考，無(wú)配套規(guī)范。21技術(shù)特點(diǎn)及創(chuàng)新2.1可持續(xù)性總體方案截彎取直:

施工中，為保障淠河總干渠向合肥市供水不中斷，采用移位改建，截彎取直的總體方案。分幅設(shè)計(jì)：在閘室段設(shè)置移動(dòng)檢修閘門，可在檢修期間實(shí)現(xiàn)單幅檢修單幅供水，從而保障市民供水不中斷。21技術(shù)特點(diǎn)及創(chuàng)新2.2環(huán)保的不銹鋼復(fù)合板水槽渡槽內(nèi)水體為居民飲用水，為保障鋼結(jié)構(gòu)耐久性，避免鋼結(jié)構(gòu)防腐涂裝對(duì)水體的污染，水槽均采用不銹鋼復(fù)合板，迎水面為4mm厚的316L不銹鋼，背水面為Q345qD鋼材，采用軋制工藝進(jìn)行復(fù)合成型。大房郢水庫(kù)董鋪水庫(kù)21技術(shù)特點(diǎn)及創(chuàng)新2.3精巧的水橋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)水荷載集度大：水自重為161.6kN/m，鋼結(jié)構(gòu)渡槽最大水重約4萬(wàn)噸，與中國(guó)公路規(guī)范中135個(gè)汽車車道荷載相當(dāng)。水荷載變幅大：變幅0~4萬(wàn)噸，水荷載為結(jié)構(gòu)自重的200%，區(qū)別于常規(guī)的橋梁（汽車活載僅占結(jié)構(gòu)自重20%～30%）。水溫度變幅?。核谋葻崛荼蠕摬拇螅c水體接觸的鋼結(jié)構(gòu)和大氣接觸的鋼結(jié)構(gòu)之間，會(huì)形成顯著的溫度場(chǎng)。10m設(shè)計(jì)水深32m4.5m4.5m41m4m校核水深5.05m最近10年水位變化根據(jù)水荷載特性，創(chuàng)新性的提出了“上平下拱、上開下合、外桁內(nèi)波”的結(jié)構(gòu)體系。21技術(shù)特點(diǎn)及創(chuàng)新

上平下拱：充分利用通航凈高富余，在等高主梁底部增設(shè)拱結(jié)構(gòu)，形成“上平下拱”的鋼桁架梁拱組合體系，提高了整體結(jié)構(gòu)剛度，克服了預(yù)應(yīng)力或拉索結(jié)構(gòu)，活載應(yīng)力幅有限的弊端。21技術(shù)特點(diǎn)及創(chuàng)新上開下合：在拱肋區(qū)域設(shè)置橫聯(lián)、平聯(lián)，形成閉合穩(wěn)定構(gòu)造，限制了水槽側(cè)面的變形，解決了開口通航渡槽的側(cè)向穩(wěn)定問(wèn)題。21技術(shù)特點(diǎn)及創(chuàng)新外桁內(nèi)波：波折腹板水槽，在釋放溫差變形、改善流固耦合效應(yīng)、提高抗震性能上實(shí)現(xiàn)了新的突破。鋼渡槽桁架主桁橫梁橫向聯(lián)系水槽側(cè)壁底板21技術(shù)特點(diǎn)及創(chuàng)新外桁內(nèi)波：(1)結(jié)構(gòu)與水槽分離：讓可變形的波紋鋼板來(lái)代替直鋼板，釋放掉軸力和彎矩，充分發(fā)揮桁拱的組合作用。（2）溫差：較好的釋放了溫差對(duì)結(jié)構(gòu)的不利影響。21技術(shù)特點(diǎn)及創(chuàng)新外桁內(nèi)波：（3）結(jié)構(gòu)整體剛度：提高板件面外剛度，避免設(shè)置較多的加勁肋。（4）槽壁船撞：波板的凹凸加勁作用，提高了槽壁的抗船舶撞擊能力，同時(shí)圓潤(rùn)外形又可以改變撞擊方向。21技術(shù)特點(diǎn)及創(chuàng)新設(shè)計(jì)方案比較結(jié)構(gòu)形式混凝土梁橋斜拉橋懸索橋拱橋斷面布置整體斷面分幅斷面材料混凝土鋼結(jié)構(gòu)不銹鋼復(fù)合板側(cè)壁結(jié)構(gòu)平板波折板現(xiàn)場(chǎng)連接焊接栓接結(jié)構(gòu)體系抗震支座減隔震支座21技術(shù)特點(diǎn)及創(chuàng)新上弦桿下弦桿C6拱弦E11下弦桿C11拱弦21技術(shù)特點(diǎn)及創(chuàng)新2.4研發(fā)大變位止水伸縮縫為適應(yīng)鋼結(jié)構(gòu)渡槽和混凝土渡槽之間大位移和止水的雙重需求，開發(fā)了大位移止水伸縮縫。

在梳齒板上方安置波紋型止水橡膠帶，水體重量和壓強(qiáng)通過(guò)止水橡膠帶轉(zhuǎn)移到梳齒板上。當(dāng)伸縮縫有位移和轉(zhuǎn)角時(shí)，梳齒板有開合運(yùn)動(dòng)，止水橡膠帶隨著發(fā)生形變。壓板梳齒板橡膠帶21技術(shù)特點(diǎn)及創(chuàng)新2.5高效的鋼梁安裝工法：

從兩端向跨中架設(shè)的總體方案，鋼結(jié)構(gòu)可從平整的地面喂梁，履帶吊可在平順的槽內(nèi)行走。施工作業(yè)面寬敞，操作便捷，加快了安裝進(jìn)度。21技術(shù)特點(diǎn)及創(chuàng)新2.6數(shù)字化加工技術(shù)三維激光掃描、BIM技術(shù)應(yīng)用。復(fù)雜節(jié)點(diǎn)部位21技術(shù)特點(diǎn)及創(chuàng)新2.7長(zhǎng)期健康安全監(jiān)測(cè)平臺(tái)建立了渡槽水橋數(shù)字孿生體，對(duì)物理實(shí)體全壽命周期的變化進(jìn)行數(shù)字化、模型化和可視化，在數(shù)字空間再造一條渡槽，作為現(xiàn)實(shí)對(duì)比的映射和鏡像，用于渡槽結(jié)構(gòu)的安全監(jiān)測(cè)，保障渡槽水工結(jié)構(gòu)的安全運(yùn)行，便于及時(shí)掌控既有渡槽的健康狀態(tài)，了解渡槽結(jié)構(gòu)的工作情況。目錄渡槽水橋概述技術(shù)特點(diǎn)及創(chuàng)新科研試驗(yàn)與探索結(jié)語(yǔ)與展望目錄31科研試驗(yàn)與探索3.1水工物理模型試驗(yàn)為保障渡槽的過(guò)流能力及船舶的航行安全，開展了水流數(shù)學(xué)模型計(jì)算和水工物理模型試驗(yàn)（1:40模型）對(duì)比研究，分析論證分汊段的通航水流條件，并對(duì)船舶進(jìn)、出渡槽時(shí)的航跡線、漂角等航行特性進(jìn)行了研究。31科研試驗(yàn)與探索主要結(jié)論：

（1）渡槽水流平順，無(wú)明顯的回流、漩渦等不良流態(tài)；（2）自航船模在模型中進(jìn)出渡槽時(shí)較為平穩(wěn)，無(wú)明顯的碰撞、擦底等現(xiàn)象發(fā)生。（3）波折腹板對(duì)水流條件的影響，近壁區(qū)域水流紊動(dòng)較平面腹板時(shí)有所增加，過(guò)流能力較平面腹板時(shí)減小3%左右。31科研試驗(yàn)與探索3.2離心機(jī)振動(dòng)臺(tái)抗震性能試驗(yàn)綜合利用離心機(jī)模型試驗(yàn)、常規(guī)振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)（1:15模型）等研究手段，對(duì)渡槽水橋抗震性能進(jìn)行研究，分析槽內(nèi)水-結(jié)構(gòu)耦合作用，為渡槽及基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)提供關(guān)鍵參數(shù)，提出一整套針對(duì)超大通航渡槽結(jié)構(gòu)的抗震專項(xiàng)分析指南，完善了船-水-結(jié)構(gòu)間的流固耦合理論及分析方法。振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)離心機(jī)試驗(yàn)31科研試驗(yàn)與探索主要結(jié)論：（1）通過(guò)不同類型的模型試驗(yàn)驗(yàn)證，渡槽的整體抗震性能滿足抗震要求。（2）與固定質(zhì)量相比，槽內(nèi)水體的流固耦合具有耗能作用，顯著降低渡槽結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)。（3）滑動(dòng)支座隔震效果明顯，但會(huì)同時(shí)放大渡槽端部位移，影響止水帶性能。31科研試驗(yàn)與探索3.3大變位止水伸縮縫試驗(yàn)壓板梳齒板橡膠帶水密試驗(yàn)防滲試驗(yàn)變位試驗(yàn)檢修試驗(yàn)主要結(jié)論：（1）承載能力強(qiáng)，伸縮位移量大。（2）水密效果優(yōu)良。（3）方便檢修和更換。31科研試驗(yàn)與探索3.4成橋充水試驗(yàn)研究驗(yàn)證施工質(zhì)量質(zhì)量驗(yàn)收提供依據(jù)了解結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性檢驗(yàn)渡槽的承載能力及其工作狀態(tài)是否滿足設(shè)計(jì)要求及有關(guān)規(guī)范要求。評(píng)定渡槽承載能力目的通過(guò)充水試驗(yàn)，檢驗(yàn)渡槽施工質(zhì)量，為即將投入使用的渡槽提供依據(jù)。通過(guò)充水試驗(yàn)了解施工質(zhì)量，為質(zhì)量驗(yàn)收提供依據(jù)檢驗(yàn)渡槽的承載能力及其工作狀態(tài)是否滿足設(shè)計(jì)要求及有關(guān)規(guī)范要求。31科研試驗(yàn)與探索序號(hào)實(shí)際工況水深（m）開始時(shí)間結(jié)束時(shí)間1預(yù)充水0-1.02021年3月28日10:362021年3月29日10:492預(yù)充水排水1.0-0.32021年3月29日22:242021年3月30日10:003一級(jí)充水0.3-1.02021年3月31日19:022021年4月1日10:004二級(jí)充水1.0-2.02021年4月1日16:422021年4月2日17:005三級(jí)充水2.0-3.02021年4月3日14:002021年4月4日2:006四級(jí)充水3.0-4.02021年4月4日23:002021年4月5日12:007五級(jí)充水4.0-4.42021年4月6日13:002021年4月7日1:008六級(jí)Ⅰ充水4.4-4.62021年4月9日20:002021年4月10日2：309六級(jí)Ⅱ充水4.6-4.8