沙河渡槽:世界规模最大的渡槽

沙河渡槽工程是南水北调中线一期工程的组成部分,是为帮助南水穿越平顶山境内的沙河、将相河、大浪河等河流北上而修建的大型水利设施,担负着向沙河以北地区的输供水任务,因多项工程指标排名世界第一而被誉为“世界上规模最大的渡槽”。

不同流态下淡水壳菜附着能力的影响研究——以南水北调中线沙河渡槽为例

2017年南水北调中线沙河渡槽停水检修期间,发现工程输水建筑物内壁大量滋生淡水壳菜。淡水壳菜的生长增大了输水建筑物糙率,而且会对输水建筑物混凝土内壁造成一定程度的损伤。通过对比沙河渡槽两次的停水检修期间淡水壳菜附着情况,结合停水检修前一个月沙河渡槽的调度数据分析,判断影响淡水壳菜附着能力的关键影响因子,以此指导沙河渡槽后期检修维护前的调度运行,以减少停水检修期间淡水壳菜对工程检修的影响。同时探索渡槽停水检修期间淡水壳菜的处理措施,以降低因淡水壳菜的生长对输水系统的影响。

沙河渡槽槽身结构优化设计

以遗传算法为全局搜索方法,以混合离散变量的直接搜索与查点法为局部搜索方法,对遗传算法改进而形成了混合遗传算法。研制开发了基于混合遗传算法的渡槽结构优化设计程序。对于沙河渡槽进行了优化设计,得到了U形断面4槽、2槽和矩形断面4槽、2槽共4种槽型方案。从中确定U形断面4槽方案为最优方案,并被设计单位采用。优化结果表明:U形渡槽的经济性和安全性优越于矩形渡槽;遗传算法是一个很有推广应用价值的优化设计方法。

基于遗传算法的沙河渡槽优化设计

对遗传算法进行了改进,分别研制了基于混合遗传算法的U形和矩形2种断面形式的渡槽结构优化设计程序。针对沙河渡槽进行了优化设计,分别得到了U形断面4、2槽和矩形断面4、2槽共4种槽型方案。优化结果表明,U形渡槽比矩形渡槽具有较明显的优势,如自重轻、受力条件好、应力集中现象不明显、温度应力较低等。其中矩形断面4槽方案已被委托单位采用,U形断面4槽方案被列为替换方案。

南水北调中线沙河渡槽施工期三维有限元分析

本文主要是采用三维有限元技术,建立了大流量预应力矩形渡槽有限元模型,考虑结构自重、预应力、风载、水载对渡槽的影响,按水工混凝土结构设计规范(SL 191-2008)要求,对南水北调中线工程的沙河渡槽在合理工况组合下的施工期进行了仿真计算,得出控制点在各外载作用下的应力及变形结果,为预应力矩形渡槽施工期的设计提供一定的理论依据。

沙河渡槽的有限元结构分析

对南水北调工程中的沙河渡槽进行了有限元分析计算,给出了沙河渡槽结构形式的横断面应力图及结构位移图,并由此对渡槽进行了结构强度、刚度方面的分析,得出了渡槽结构具有足够的强度和刚度,结构是安全可靠的.

矩形沙河渡槽的动力响应分析

针对矩形沙河渡槽不同水位在横向激励下的时程响应,计算横向应力和纵向应力,分析其分布规律;计算渡槽跨中和1/4断面的水平位移,结果两者数值相当,均较小.从而得出矩形沙河渡槽在地震作用下具有足够的强度和刚度.

沙河渡槽大型架槽机施工应用技术研究

南水北调中线沙河渡槽为预应力渡槽,具有断面尺寸大、质量大的特点,渡槽架设采用我国尚未有先例的大型架槽机安装。参照我国公路、铁路大型架桥机的设计与施工经验,对渡槽安装工法的关键环节和主要影响因素包括提槽、架槽、运槽以及提槽吊点、架槽导梁支撑、运槽安全性等,进行了分析。在此基础上,开发了大型渡槽架槽机并成功地应用于沙河渡槽工程中,填补了我国大型架槽机施工工法及成套设备的空白。

纤维素纤维在南水北调中线沙河渡槽高强混凝土中的试验分析

沙河渡槽是南水北调中线保证通水与否的重要控制工程,是目前采用预制工艺的单体自重最大的薄壁预应力输水构件,对构件的抗裂和强度及耐久性存在极高的要求。纤维素纤维是新兴的复合纤维,属于低弹模级材料。可以大幅提高混凝土及砂浆的均质性,有效抑制早期的塑性裂缝和干缩裂缝,同时改善混凝土的抗渗性、抗冻融性及耐火性,最终达到提高混凝土的耐久性。通过现场在混凝土配合比中添加纤维素纤维的试验,验证纤维素纤维对于高强度混凝土性能的影响和改善,挑选适合沙河渡槽预制槽体混凝土的纤维素纤维以及掺量,达到满足设计要求,保证沙河渡槽的工程质量。

南水北调沙河渡槽预制安装测量监理质量控制

通过南水北调中线沙河渡槽工程的测量监理质量控制工作实践,针对U形梁式渡槽预制安装施工的特点,重点阐述了在施工测量检测环节的质量控制工作,并介绍了测量监理质量控制的重点和测量检测方法。既有对规范标准和设计要求的严格执行,又有对各项检测过程严格控制与创新,可为类似渡槽工程或桥梁工程的施工测量监理质量控制所借鉴。

南水北调中线沙河渡槽关键技术研究与应用

为了保证沙河渡槽工程质量与安全可靠性,针对工程布置、结构选型与设计以及施工开展了一系列技术研究与试验。主要介绍沙河渡槽选址选线、渡槽总体结构选型与布置、水头优化分配、水力学模型试验、结构分析研究、槽身架槽机施工技术方案研究、预制槽蒸养温控仿真研究、原型槽充水与止水试验、预应力张拉试验、桩基静载试验等技术研究与试验成果。对于完善大流量预应力渡槽的设计理论,以及推动大型渡槽机械化施工具有重要的推广价值。

南水北调中线工程沙河渡槽充水试验研究

为检验南水北调中线总干渠沙河渡槽结构质量、安全情况,按照预定方案开展了全段渡槽充水试验工作。试验共发现槽身裂缝、止水缝、施工缝及螺栓孔四类质量问题造成的渡槽质量缺陷72处,总体上混凝土施工与止水安装质量较好,发现的质量缺陷不影响工程结构安全,对其进行混凝土灌浆和表面封闭处理后,渡槽结构能够满足正常使用要求。充水试验期间,对渡槽变形及应力应变进行了全面监测,最大挠度2.90 mm,最大沉降量18.72 mm,最大沉降差5.53mm;沙河渡槽预应力槽身结构在各工况下均处于受压状态,普通钢筋混凝土槽身结构应力应变均在允许范围内。充水试验证明,沙河渡槽整体结构安全稳定,在各设计工况下均处于平稳运行状态。

沙河渡槽侧墙内侧表面裂缝成因分析及温控防裂措施研究

渡槽的槽身属于薄壁结构,其温度场和温度应力变化规律与大体积混凝土结构对应的变化规律差异较大。大型渡槽采用高强度等级混凝土,早期发热速度快,发热量高,在浇筑初期容易出现较大的内外温差,如果此时外界温度很低,极易导致表面出现的拉应力超过混凝土的抗拉强度,产生表面温度裂缝。采用ANSYS有限元软件对沙河渡槽进行温度场和温度应力仿真计算,分析了沙河渡槽侧墙内侧裂缝产生的原因。研究结果表明,渡槽侧墙混凝土由于施工期过大的内外温差和过快的降温速率,以及间歇面处的强约束作用在其内侧表面产生水平向过大的温度拉应力是导致侧墙内侧开裂的主要原因。针对裂缝成因提出了温控防裂措施并验证其合理性,避免了后续渡槽侧墙温度裂缝的产生,为工程的顺利进行创造了条件。

南水北调中线沙河渡槽开挖土石比计算方法探讨

为能够直观、准确地计算出复杂地形、地质条件下土石方开挖工程量,基于CASS7.0断面法,利用AUTOCAD三维多段线、面域计算土石方工程量,并且结合南水北调中线工程沙河渡槽鲁山坡落地槽工程数据,提出了一种新的计算方法。该方法首先根据野外采集的原始地形点数据绘制出原始断面图,而后在DTM的基础上生成开挖后的数字地形图,并在数字地形图上标注出各类地质界线及界线点,再将各类地质界线及界线点插入到原始地形断面图中,最终形成包含原始地面线,设计地形线及多层地质界线的断面图。利用该图即可实现对多层地质结构的分别计量,从而能更加直观地描述各种土石在开挖中的工程量。

南水北调中线沙河渡槽水力学试验研究

沙河渡槽全长约11.9 km,由5部份组成。为验证设计,采用水工物理模型与数学模型相结合的方法,对渡槽的水流运动特性进行了研究。结果表明:物理模型试验成果与数学模型计算成果吻合较好;设计流量与加大流量条件下,渡槽的水头损失计算值分别为1.750 m和1.946 m,而水头损失的设计值分别为1.770 m和1.968 m,设计值略大于计算值,水头略有盈余;设计流量与加大流量条件下,渡槽各段的水流衔接良好,无回流现象。

沙河渡槽施工期温度场分析

根据热传导理论,对渡槽槽身在蒸汽养护条件下施工期的温度场进行了分析。结果表明:预养期,混凝土内外温差相对较小,且混凝土弹性模量较小,槽身不会产生较大的温度应力;升温期,混凝土温差多为外层温度高于内部温度,主要产生压应力,可适当放宽该时段温差要求;恒温期,受水化热影响内部温度继续上升,内外温差逐渐减小,一般由负温差转为正温差,有些工况会出现温差进一步加大现象,大多数工况都能满足15℃温差限值的要求;降温期,降温结束后混凝土内外温差不能满足15℃限值的要求,降温期混凝土外层会产生较大的拉应力,因此应采用较慢的降温速度,并且应延长混凝土在蒸汽养护蓬中的静置时间。

沙河渡槽高性能混凝土配合比试验研究

南水北调中线一期工程沙河渡槽为大体积混凝土薄壁U形结构,具有跨度大(30m),底板、腹板、顶板结构尺寸不一,端头钢筋网密集,腹部反弧段结构薄,顶板直立段下料高度大(3.4m)等特点。设计要求为级配小(一级配)、等级高(C50F200W8)、高流态(坍落度为180～220mm)的泵送预应力混凝土,在腹部反弧段混凝土气泡难以排出,影响外观质量;如何提高混凝土性能,既满足强度及耐久性要求,也满足泵送及现场施工时保证混凝土具有良好的流动性,不易分离和泌水,硬化混凝土外观质量美观、消除气泡、避免缺陷、不产生裂缝是本配合比试验研究的主要目标,对类似工程具有一定的借鉴价值。

南水北调沙河渡槽工程梁式渡槽止水施工方案优化

沙河渡槽工程是南水北调中线的主要控制性工程，渡槽槽身为u型预应力钢筋混凝土结构。渡槽预制架设完成后，需要在槽体伸缩缝之间安装止水，初步止水施工方案在实际施工中遇到了问题，鲤过对初步方案优化改进后止水施工得以顺利进行，并经过止水充水试验验证了止水施工效果，沙河梁式渡槽止水施工方案的成功为其他大型水利工程的止水施工提供了借鉴和参考。

沙河渡槽工程总体布置与结构选型

沙河渡槽位于鲁山县城东南, 跨三条河流、两段低洼地、并绕一处山坡, 其渡槽线路、各段建筑物型式选择直接影响渡槽工程投资、运行安全。因此在工程布置时, 根据沿线地形、河道情况对各段渡槽的结构型式、槽数及跨度进行了比较分析。对渡槽线路选择中、东、西三条线路从工程投资、施工难度、运行管理等方面进行比较, 选择中线作为推荐线路。对中线中跨河、洼地及绕鲁山坡渡槽型式及槽身结构型式进行分析比选。其工程布置型式可供大型渡槽工程设计参考。

沙河渡槽预缩砂浆力学指标的影响因素分析

预缩砂浆在南水北调中线沙河渡槽3个标段的混凝土结构质量缺陷修补中得到广泛应用。3个标段分别选用不同的配合比及材料进行试验,得到的预缩砂浆力学指标有显著差别。为找出影响预缩砂浆力学指标的因素,进行了不同品种砂浆的性能试验。试验结果表明,选用细度模数较低的河砂和较低水灰比(1.8～2.0)配制的预缩砂浆力学指标更优。相关结论可供类似工程参考。