淠河总干渠渡槽

淠河总干渠渡槽 位于合肥市肥西县境内，为“地河”引江济淮工程和“天河”淠河总干渠两大水利基础设施的立体交叉建筑物，可实现36m高差的两条运河，独立通水、通航，而不相互干扰，被誉为河上有河、船上有船的“水立交”、“船立交”，是世界最大跨度通航钢结构渡槽水桥，世界首座波折钢腹板渡槽水桥，国内首座钢结构渡槽水桥。

▲  水桥建成全貌

▲  水桥通航

引江济淮工程沟通长江、淮河两大水系，是我国跨流域、跨省重大战略性水资源配置和综合利用工程，线路总长723km。其中，江淮沟通段为II级航道，通行2000吨级船舶，需翻越长江、淮河分水岭，下穿既有淠河总干渠。

▲  地势纵断面

淠河总干渠为人工运河，隶属于淠史杭工程，为同时期国内最大规模的水利灌溉工程，供给下游农业灌溉、工商业用水及合肥市900万人口的生活饮用水，为Ⅵ级航道，通行200吨级船舶,全长104.5 km。

▲  地理位置

为确保施工中合肥市供水、灌溉不中断，淠河总干渠在弯道处采用截弯取直、移位新建的改建方案，待渡槽水桥建成后，再进行水系导改。改建段全长1365m，设计流量150m3/s,设计水深4m，校核水深5.05m，地震烈度Ⅶ级，主要构筑物包含淠河总干渠渡槽，以及两端对称的混凝土渡槽、闸室、分流岛、翼墙、护底、干渠堤防等。

▲  渡槽项目平面布置

渡槽水桥过水断面总宽32m，双幅布置，全宽58m，为（68+110+68）m的全焊接钢桁架梁拱组合体系，U型水槽侧壁采用不锈钢复合板波折板，具有水荷载集度大（线荷载161.6kN/m)、水荷载变幅大（线荷载0~161.6kN/m）、活恒载比重大（水活载为恒载2倍，常规桥梁仅为0.2~0.3倍）、桥梁上下通航、船-水-结构耦合作用复杂、全焊接变形大、止水防渗困难、环保防腐要求高等显著特点，创新了钢桁梁拱组合与波折水槽结合的新结构体系，提出了多项原创技术，创造了多个第一，开发了大位移U型复合新型止水伸缩缝和环境友好的不锈钢复合波折板，景观效果突出，注重生态环境保护，取得了巨大的经济和社会效益。

▲  水桥总体布置立面图（单位：m）

▲  水桥横断面及水深（单位：m）

项目创新性的提出了“上平下拱、上开下合、外桁内波”的结构体系和复合不锈钢波折腹板水槽，释放了水体与结构温差导致巨大不协调变形内力，提高了超大U型开口断面的侧向稳定，实现了超大变幅荷载下的结构跨度突破。

▲  渡槽结构体系

(1) 通过1:15缩尺振动台模型试验、离心机模型试验，对水桥抗震性能进行研究，对比波折腹板与平钢板两种结构形式，分析船-水-波折结构间耦合作用，为渡槽及基础的设计提供关键参数，首次提出了船-水-波折结构间的流固耦合分析方法。

▲  振动台模型试验

▲  离心机模型试验

(2) 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，提出了波折腹板回流、漩涡对渡槽过流能力和航行安全的研究方法。

▲  水工物理模型试验

(3) 在渡槽中设置波折腹板，释放了因水体温差引起的不协调变形，同时减小了日照变形，改善结构内力，提高了材料的利用率。借助波折效应，水槽侧壁板创新性的采用波折钢腹板代替平钢板，释放了大部分轴力和弯矩，减小了温度作用力和次内力效应，避免了增加大量的钢材，提高了板件面外刚度，同时，提高了船舶防撞能力。

▲  结构温度场

(4) 采用环境友好型复合钢板

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。

▲  不锈钢复合板水槽

(5) 首创中厚不锈钢复合波折板成型技术

成型模具采用焊接组合结构，分为上模、下模，一次模压成型，弯弧区段采用镶嵌式压头，通过试验确定模压工艺，反弹量通过调整定形模块修正。首创中厚不锈钢复合波折板成型技术,实现了大规格中厚不锈钢复合波折板高质量、高精度模压成型。

▲  不锈钢复合波折板模压成型

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，创新性地开发了大位移止水伸缩缝。在伸缩缝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。同时，开展了系列水压力、密水性和更换性模型试验，并成功应用于工程实践，取得了良好的止水和变形适应效果。

▲  大位移止水伸缩缝及试验

焊接变形和残余应力是杆件精度的主要影响因素，通过软件模拟计算焊接变形量和残余应力值，根据模拟结果制定最佳的焊接顺序和工艺参数，减小焊接变形和残余应力。

提出了基于数值模拟的箱型杆件焊接变形及残余应力控制方法，实现了全焊接钢渡槽高质量、高效率安装，高精度、低应力建造。

▲  焊接变形理论与实测对比

基于BIM虚拟技术的通航渡槽综合施工过程方案优化及管理，对施工中的各种信息及施工中的项目规划、建筑与结构设计、施工组织设计等过程进行全面的仿真再现，以便施工方能够提前发现在实际施工中可能存在的各种问题，采取有效措施修改优化施工方案，并通过基于BIM虚拟施工技术的项目管理平台对项目进行管理，从而从整体上降低建筑项目成本，提高施工效率，增强了企业在各级施工过程中的决策、优化与控制力，进而提升建筑企业的核心竞争力。

▲  施工质量验收统计信息

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。

▲  渡槽水桥长期健康安全监测测点布置图

采用全焊接结构，钢板板厚向内变厚，外观整齐平顺；镂空的桁架结构，轻盈通透；拱肋圆润流畅，结构整体造型优美，实现了与周边环境的和谐统一。

已获中国钢结构金奖、中国桥梁工程创新奖、国际桥梁大会亚瑟海顿奖、国际桥梁与结构协会杰出基础设施提名奖。被国际桥梁大会委员会主席Michael Cuddy评价为“淠河渡槽是一个了不起的工程，完成了“地河”和“天河”的立体交叉”、“这确实是一个叹为观止的项目，也是我们的中国工程师同行所取得的诸多成就的缩影。”

淠河总干渠渡槽水桥结构新颖、技术卓越，采用优雅解决方案，巧妙的运用不锈钢复合波折腹板水槽，与钢桁架梁拱组合结构的结合，在提高适应巨大荷载变幅、释放温差变形、改善流固耦合效应等方面实现了技术突破，填补了国内大跨度重荷载钢渡槽技术空白，创造了显著的经济和社会效益，对行业发展起到了示范引领作用，具有较广的应用前景，相关成果达到国际领先水平。