淠河总干渠渡槽水桥

淠河总干渠渡槽水桥设计创新与试验研究吴志刚公司总工程师殷亮结构与标准化研究所所长2023年4月成都第二届全国桥梁建设与管养新技术高峰论坛安徽桥梁工业化技术迭代与展望报告人：吴志刚皖南山区江淮丘陵大别山区皖北平原长江淮河巢湖引江济淮工程长江、淮河横贯东西，将安徽省分为淮北平原、江淮丘陵及大别山区、皖南山区三大自然区域。大江大河、平原与丘陵共存独特的自然条件，为我公司的桥梁发展提供了巨大的机遇。长大桥梁以马鞍山长江大桥、望东长江大桥、芜湖长江二桥、池州长江公路大桥为代表的跨越长江的长大跨度桥梁。以大庆路淮河公路大桥、长淮卫淮河公路大桥、淮上淮河大桥、孔李淮河大桥等众多淮河桥。以铜汤高速太平湖大桥、六潜高速磨子潭大桥、云南麻昭高速高墩大跨桥梁群为代表的山区桥梁。以环巢湖旅游公路景观桥梁群、环万佛湖旅游公路景观桥梁群、引江济淮桥梁群为代表的景观桥梁群。工业化桥梁在“体系与结构创新、构件标准化设计、工艺研究与流程再造、标准体系建立、信息管理与技术综合”等方面，形成了系列关键技术，包括桩板式结构、钢混组合梁等30余项新型装配式结构。引言引言长江大桥马鞍山长江大桥马鞍山长江大桥芜湖长江公路二桥望东长江公路大桥安庆长江公路大桥池州长江大桥池州长江公铁大桥（在建）安庆海口长江公铁大桥（工可）淮河大桥山区桥梁引言从单一桥梁到桥梁群设计的突变白石天河大桥杭埠河大桥派河大桥南淝河大桥信义仁爱忠信孝悌和谐兆河大桥环巢湖旅游大道桥梁群环万佛湖公路桥梁群引江济淮工程桥梁群引江济淮桥梁群青龙路桥：(140+80）m巢湖路桥：1-140m金寨南路桥：(145+90）m翡翠路桥：1-130m玉兰大道桥：(85+135+85)m文山路桥：(90+150+90)m创新大道桥：1-140m繁华大道桥：1-150m铭传路桥：(50+240+50)m将军岭路桥：(180+65+30)m兴业大道桥：(100+170+100)m新桥大道桥：(170+80)m中派河大桥：(86+140+90)m合六叶公路桥：(100+180+100)m江淮运河大桥：1-150m淠河总干渠渡槽：(68+110+68)m目录渡槽水桥概述技术特点及创新科研试验与探索结语与展望目录01引言淠河总干渠渡槽水桥淠河总干渠引江济淮工程引言11渡槽水桥概述渡槽水桥淠河总干渠引江济淮小庙镇高店乡合肥主城区渡槽水桥本项目引江济淮引江济淮工程：沟通长江、淮河两大水系，润泽安徽、惠及河南、造福淮河、辐射长江，保障供水、发展航运、改善水环境，是安徽省基础设施建设“一号工程”,II级航道，通行2000吨船舶。淠河总干渠:自大别山四大水库,向合肥城市的提供灌溉、工商业用水、生活饮用水,IV级航道，通行100吨船舶。渡槽水桥:引江济淮与淠河总干渠交汇于合肥江淮分水岭，为解决两大不同类型水系、高差36m的通水、通航的立体交叉工程。名称单

位技术指标设计等级I级建筑物渡槽通航要求天河槽内Ⅵ级航道，通行100t级船舶；地河槽下II级航道，通行2000t级船舶。通航尺度江淮沟通渠道通航净宽103.8m，净高10m设计洪水频率设计1／100，校核1／300设计流量m3/s150设计水深m4校核水深m5.05渡槽净宽m双槽2×16槽底纵坡1/15000主要技术指标11渡槽水桥概述大型水利交叉国内现有案例渡槽方案照片结构建设条件适应性京杭大运河下穿黄河隧道（京杭大运河与黄河十字交叉）隧道倒虹吸倒虹吸不能通航淮河入海水道（京杭大运河与淮河十字交叉）15孔跨径6.8m涵洞涵洞跨径小不能通航江苏滨海枢纽（通榆河与淮河十字交叉）23孔跨径3m涵洞涵洞跨径小不能通航南水北调下穿黄河（南水北调中线与黄河十字交叉）隧道倒虹吸倒虹吸不能通航11渡槽水桥概述检修闸门检修闸门检修闸门检修闸门钢结构渡槽砼渡槽闸门分流岛上游明渠下游明渠砼渡槽闸门分流岛钢结构渡槽：68+110+68=246m桁架式梁拱组合体系。混凝土渡槽：两侧各4x13=52m混凝土渡槽检修闸门：两侧各20m设置闸门段。分流岛：两侧各40m长三角形分流岛、渐变段。进出口明渠：上游引渠长467.9m，下游引渠长497m配套交通桥：65+110+65=240m连续刚构11渡槽水桥概述2019年3月开工2019年10月28日首节段架设2020年11月5日全桥合龙2021年4月实桥充水试验2021年5月1日正式通水5111渡槽水桥概述2022年9月通航目录渡槽水桥概述技术特点及创新科研试验与探索结语与展望目录21技术特点及创新项目奇观：水立交––河上有河，桥上通水。船立交––上下行船，桥上通船。21技术特点及创新设计挑战与创新荷载巨大上下通航流固耦合技术空白止水防渗环保防腐水荷载集度大：4万吨，135车道，500m宽桥水荷载变幅大：0~4万吨活恒比例大：200%，常规桥20%~30%水温度变幅小：温差变形不协调桥下通航净宽103.8m桥上通航净宽12m船撞击桥墩、侧壁沉船撞击荷载合肥为VII度区，0.123g头重脚轻，水荷载集中在桥上横向地震偏载效应船-水-结构间耦合作用明显桥上为合肥市居民饮用水钢结构防腐、环保要求高施工、养护期间不得中断供水渡槽伸缩缝变位大，需同时满足变形、止水需求，防渗处理难度大。渡槽桥为水利、交通交叉学科，国内首次采用，无成熟案例参考，无配套规范。21技术特点及创新2.1可持续性总体方案截弯取直:

施工中，为保障淠河总干渠向合肥市供水不中断，采用移位改建，截弯取直的总体方案。分幅设计：在闸室段设置移动检修闸门，可在检修期间实现单幅检修单幅供水，从而保障市民供水不中断。21技术特点及创新2.2环保的不锈钢复合板水槽渡槽内水体为居民饮用水，为保障钢结构耐久性，避免钢结构防腐涂装对水体的污染，水槽均采用不锈钢复合板，迎水面为4mm厚的316L不锈钢，背水面为Q345qD钢材，采用轧制工艺进行复合成型。大房郢水库董铺水库21技术特点及创新2.3精巧的水桥结构设计水荷载集度大：水自重为161.6kN/m，钢结构渡槽最大水重约4万吨，与中国公路规范中135个汽车车道荷载相当。水荷载变幅大：变幅0~4万吨，水荷载为结构自重的200%，区别于常规的桥梁（汽车活载仅占结构自重20%～30%）。水温度变幅小：水的比热容比钢材大，与水体接触的钢结构和大气接触的钢结构之间，会形成显著的温度场。10m设计水深32m4.5m4.5m41m4m校核水深5.05m最近10年水位变化根据水荷载特性，创新性的提出了“上平下拱、上开下合、外桁内波”的结构体系。21技术特点及创新

上平下拱：充分利用通航净高富余，在等高主梁底部增设拱结构，形成“上平下拱”的钢桁架梁拱组合体系，提高了整体结构刚度，克服了预应力或拉索结构，活载应力幅有限的弊端。21技术特点及创新上开下合：在拱肋区域设置横联、平联，形成闭合稳定构造，限制了水槽侧面的变形，解决了开口通航渡槽的侧向稳定问题。21技术特点及创新外桁内波：波折腹板水槽，在释放温差变形、改善流固耦合效应、提高抗震性能上实现了新的突破。钢渡槽桁架主桁横梁横向联系水槽侧壁底板21技术特点及创新外桁内波：(1)结构与水槽分离：让可变形的波纹钢板来代替直钢板，释放掉轴力和弯矩，充分发挥桁拱的组合作用。（2）温差：较好的释放了温差对结构的不利影响。21技术特点及创新外桁内波：（3）结构整体刚度：提高板件面外刚度，避免设置较多的加劲肋。（4）槽壁船撞：波板的凹凸加劲作用，提高了槽壁的抗船舶撞击能力，同时圆润外形又可以改变撞击方向。21技术特点及创新设计方案比较结构形式混凝土梁桥斜拉桥悬索桥拱桥断面布置整体断面分幅断面材料混凝土钢结构不锈钢复合板侧壁结构平板波折板现场连接焊接栓接结构体系抗震支座减隔震支座21技术特点及创新上弦杆下弦杆C6拱弦E11下弦杆C11拱弦21技术特点及创新2.4研发大变位止水伸缩缝为适应钢结构渡槽和混凝土渡槽之间大位移和止水的双重需求，开发了大位移止水伸缩缝。

在梳齿板上方安置波纹型止水橡胶带，水体重量和压强通过止水橡胶带转移到梳齿板上。当伸缩缝有位移和转角时，梳齿板有开合运动，止水橡胶带随着发生形变。压板梳齿板橡胶带21技术特点及创新2.5高效的钢梁安装工法：

从两端向跨中架设的总体方案，钢结构可从平整的地面喂梁，履带吊可在平顺的槽内行走。施工作业面宽敞，操作便捷，加快了安装进度。21技术特点及创新2.6数字化加工技术三维激光扫描、BIM技术应用。复杂节点部位21技术特点及创新2.7长期健康安全监测平台建立了渡槽水桥数字孪生体，对物理实体全寿命周期的变化进行数字化、模型化和可视化，在数字空间再造一条渡槽，作为现实对比的映射和镜像，用于渡槽结构的安全监测，保障渡槽水工结构的安全运行，便于及时掌控既有渡槽的健康状态，了解渡槽结构的工作情况。目录渡槽水桥概述技术特点及创新科研试验与探索结语与展望目录31科研试验与探索3.1水工物理模型试验为保障渡槽的过流能力及船舶的航行安全，开展了水流数学模型计算和水工物理模型试验（1:40模型）对比研究，分析论证分汊段的通航水流条件，并对船舶进、出渡槽时的航迹线、漂角等航行特性进行了研究。31科研试验与探索主要结论：

（1）渡槽水流平顺，无明显的回流、漩涡等不良流态；（2）自航船模在模型中进出渡槽时较为平稳，无明显的碰撞、擦底等现象发生。（3）波折腹板对水流条件的影响，近壁区域水流紊动较平面腹板时有所增加，过流能力较平面腹板时减小3%左右。31科研试验与探索3.2离心机振动台抗震性能试验综合利用离心机模型试验、常规振动台试验（1:15模型）等研究手段，对渡槽水桥抗震性能进行研究，分析槽内水-结构耦合作用，为渡槽及基础的设计提供关键参数，提出一整套针对超大通航渡槽结构的抗震专项分析指南，完善了船-水-结构间的流固耦合理论及分析方法。振动台试验离心机试验31科研试验与探索主要结论：（1）通过不同类型的模型试验验证，渡槽的整体抗震性能满足抗震要求。（2）与固定质量相比，槽内水体的流固耦合具有耗能作用，显著降低渡槽结构的地震响应。（3）滑动支座隔震效果明显，但会同时放大渡槽端部位移，影响止水带性能。31科研试验与探索3.3大变位止水伸缩缝试验压板梳齿板橡胶带水密试验防渗试验变位试验检修试验主要结论：（1）承载能力强，伸缩位移量大。（2）水密效果优良。（3）方便检修和更换。31科研试验与探索3.4成桥充水试验研究验证施工质量质量验收提供依据了解结构动力特性检验渡槽的承载能力及其工作状态是否满足设计要求及有关规范要求。评定渡槽承载能力目的通过充水试验，检验渡槽施工质量，为即将投入使用的渡槽提供依据。通过充水试验了解施工质量，为质量验收提供依据检验渡槽的承载能力及其工作状态是否满足设计要求及有关规范要求。31科研试验与探索序号实际工况水深（m）开始时间结束时间1预充水0-1.02021年3月28日10:362021年3月29日10:492预充水排水1.0-0.32021年3月29日22:242021年3月30日10:003一级充水0.3-1.02021年3月31日19:022021年4月1日10:004二级充水1.0-2.02021年4月1日16:422021年4月2日17:005三级充水2.0-3.02021年4月3日14:002021年4月4日2:006四级充水3.0-4.02021年4月4日23:002021年4月5日12:007五级充水4.0-4.42021年4月6日13:002021年4月7日1:008六级Ⅰ充水4.4-4.62021年4月9日20:002021年4月10日2：309六级Ⅱ充水4.6-4.8