荊州市洈水灌區洛河渡槽應急除險加固設計

年夫喜

（湖北省水利水電勘測設計院 武漢 430070）王聯芳 曾平（荊州市洈水工程管理局 荊州 434000）

1 工程概況

洈水灌區位于湖北省荊州市西南部洈河流域的中下游，地處東徑 111°14′～112°02′、北緯 29°53′～30°22′之間，灌區西靠洈水水庫，東抵松滋西河，北至木天河，南以湖南涔水為界，東西長46km，南北寬34km，總面積約1300km2。洈水水庫灌區于1967年開灌，設計灌溉面積3.47萬hm2，有效灌溉面積3.33萬 hm2。

洛河渡槽是洈水灌區的一個關鍵性大型建筑物，擔負著渡槽下游0.85萬hm2耕地的工農業生產用水任務，在洈水灌區中具有重要地位。該渡槽于1967年6月建成，設計流量15.1m3/s，相應過水深2.37m。渡槽槽身為鋼筋混凝土U形槽，半圓直徑3.0m，直線段長1.35 m，縱坡降1/750。渡槽全長225m，有混凝土墩15個、重力式漿砌石槽墩4個，平均墩高8.2m，最高12.9m。槽身18跨，跨度12m，槽身高2.65m、寬3.8m，過水斷面面積6.1m2。

經過40多年的運行，渡槽老化破損嚴重，槽身混凝土表面有大量裂縫，碳化嚴重，鋼筋裸露銹蝕嚴重；伸縮縫止水損壞，漏水嚴重；現有7個槽墩出現了較大的不均勻沉降，致使槽身向河道上游偏移、錯位，實測偏移最大值達0.5m。

2 險情分析

2009年8月3日16時30分，洛河渡槽在正常的灌溉輸水過程中，第5節（從下游計）槽身槽底混凝發生垮塌事故。事故發生后，相關單位及時趕赴現場，進行事故搶險，并連夜召開會議，研究搶險應急方案。經現場勘測，裂縫最寬處達0.6m，平均寬度0.4m，長12m；渡槽槽身混凝土厚10cm，內外層混凝土碳化深度達3cm。渡槽槽身環向鋼筋銹蝕嚴重，且已斷裂，縱向受力鋼筋完好。現場對其他段槽身進行檢測發現，多節槽身存在貫穿裂縫（有水紋痕跡，痕跡處混凝土呈灰黑色），詳見圖1、圖2。

圖1 槽身縱向裂縫

圖2 槽身環向鋼筋拉斷

以上勘測結果顯示：

a.渡槽建設標準偏低且年久失修是本次險情發生的主要原因。洛河渡槽于1966年開工建設，1967年建成運行至今，受當時的歷史條件限制，建設標準偏低；且運行期間，管理費用沒有著落，致使年久失修，險象環生。

b.渡槽槽身出現貫穿性裂縫是導致險情的直接原因。渡槽槽墩基礎沉降不均勻，槽身受力不勻稱，槽身混凝土碳化嚴重，致使槽身裂縫環生，加之長期處于有水和無水的運行環境中，裂縫處環向鋼筋銹蝕嚴重，故在該次輸水過程中，發生事故。

3 除險加固設計

時值夏季作物的抽穗期，需水量很大。作物能否有效地得到灌溉，是作物能否高產的一個決定因素。根據搶險指揮部的要求∶“須在8月15日之前，保證渡槽除險……”,故本次設計著重考慮了以下因素：?洛河渡槽在2009年的全國大型灌區整體可行性研究報告中的方案是拆除改址重建；?在工程實施以前，原洛河渡槽仍擔負著下游近0.85萬hm2耕地的灌溉任務；?保證完成2009年夏季灌溉任務，且投資最小；?工作量大且時間緊迫。綜合以上因素，本次除險加固設計如下。

3.1 第5節（從下游計）槽身除險設計

根據現場勘測，結合類似工程經驗，第5節（從下游計）槽身采取拆除重建的設計方案。對槽身結構進行設計時，首先在保證槽身結構強度要求的前提下，主要考慮了以下兩個因素：?為保證上下游水流順暢，新建第5節的槽身仍采用U形結構；?為盡可能地避免槽墩偏心受壓，故第五節槽身的重量與上下游槽身重量不能相差太大，并確保在漿砌石槽墩抗拉和抗壓強度允許范圍值以內。根據以上原則，并經實地測量，槽身結構尺寸定為凈寬3m，U形槽直線段長1.35m，圓弧半徑1.54m，圓弧角140°，跨度12m，詳見圖3、圖4。

圖3 新建渡槽橫斷面（單位：c m）

圖4 新建渡槽縱剖面（單位：c m）

經計算，漕渡的結構強度及槽墩偏心受壓強度均滿足相關規程規范的要求。

3.2 其他段槽身加固設計

根據現場勘測，其他17節槽身，存在不同程度的裂縫；槽身碳化嚴重，深度達3cm，部分槽身出現直徑為5cm的孔洞。針對出現的險情，本次除險設計，首先對槽身的縱向和環向鋼筋進行了復核，環向計算需配筋Ag=6.44cm2，實際配筋Ag=3.93 cm2；縱向計算需配筋Ag=54.68cm2（垮中），實際配筋Ag=58.29 cm2（垮中）。由上面的復核結果可知，環向受力配筋是不夠的，縱向受力鋼筋是滿足要求的。復核結果同時也印證了前述勘測結果。同時，對存在孔洞的部位進行封堵。

3.2.1 加固材料的選取

為保證槽身正常運行，現擬采取適當措施對槽身環向強度進行加固。加強已建建筑物強度，一般選取柔性相對較好的材料，以適應建筑物的外形。結合類似工程經驗，擬采用碳纖維布進行加固。碳纖維材料加固補強是近十幾年發展起來的一種新技術，碳纖維是以聚丙烯(PAN)為原料經高溫碳化而成。碳纖維原絲纖維方向的抗拉強度可達普通碳素鋼的十幾倍，高彈模碳纖維的彈性模量也可達到鋼材的2～3倍。目前常用于加固結構的碳纖維產品主要有碳纖維布和碳纖維板，二者均可用于不同受力狀態的構件補強加固，如受拉、彎曲、剪切和扭轉等構件。該工程考慮到加固材料與混凝土結構受力變形要協調，且兩者彈性模量大小應相當，故選用外包碳纖維布予以加固。加固材料選用武漢長江加固技術有限公司提供的“長江加固”CJ300—Ⅰ型碳纖維布，其主要性能指標見表1。

粘貼膠的性能在碳纖維加固補強中的作用十分關鍵。該工程采用武漢長江加固技術有限公司提供的“長江加固”YZJ—CQ纖維復合材料浸漬粘結用膠，其性能指標見表2。

經類比計算，每節槽身須采用粘貼26.6m2的CJ300－Ⅰ型碳纖維布（抗拉強度標準值不小于3000MPa）進行加固。粘貼纖維布條條寬設為20cm，根據槽身受力特點，靠近肋端3m范圍內的布條間距為0.5m，中間為0.4m。具體布置見圖5。

表1 CJ300—Ⅰ型碳纖維布主要性能指標

表2 YZJ—CQ纖維復合材料浸漬粘結用膠性能指標

3.2.2 碳纖維布的施工工藝

a.施工準備。根據要求，擬定施工方案和施工計劃；對所使用的碳纖維片材、配套樹脂、機具等做好施工前的準備工作。

b.混凝土表面處理。清除被加固構件表面的剝落、疏松、蜂窩、腐蝕等劣化混凝土，露出混凝土結構層，并用修復材料將表面修復平整，表面應清理干凈并保持干燥；槽身外側混凝土表面應打磨平整，除去表層浮漿、油污等雜質，直至完全露出混凝土結構新面.轉角粘貼處要進行導角處理并打磨成圓弧狀，圓弧半徑不應小于2cm。需要注意的是，若混凝土含水率大于4%，則應采取相應措施，達到要求后，方可施工。

c.涂刷底膠。將底層樹脂均勻涂抹于混凝土表面，待樹脂表面指觸干燥后立即進行下一道工序施工。

d.找平處理。對混凝土表面凹陷部位用找平材料填補平整，且不應有棱角；待找平材料表面指觸干燥后立即進行下一道工序施工。

e.配膠、粘貼碳纖維布。裁剪碳纖維板，布條寬為20cm，按產品供應商提供的工藝規定配制粘結樹脂；將碳纖維板表面擦拭干凈至無粉塵并立即涂刷粘結樹脂，膠層應呈凸起狀，平均厚度不小于2mm；將涂有粘結樹脂的碳纖維板用手輕壓貼于槽身外側，用橡皮滾筒順纖維方向均勻平穩壓實，使樹脂從兩邊溢出，保證密實無空洞。

f.養護、驗收及質量檢查。

圖5 碳纖維布布置（單位：c m）

g.表面防護（碳纖維布表面刷2cm厚膩子）。

由于本次除險加固僅僅是臨時性的，對于槽身混凝土的碳化不進行處理，僅對有孔洞的槽身采用高等級混凝土進行封堵。

4 效 果

洛河渡槽除險加固已于2009年8月13日全部完工，較指揮部的要求提前2天。考慮到灌溉的緊迫形勢，新澆筑的槽身暫時不拆模，混凝土在達到初期齡期時，即行輸水。現場輸水觀測顯示，經碳纖維布加固后的槽體結構無新的裂縫現象。洛河渡槽經除險加固后，運行情況正常，達到了預期目的。

5 結語

通過洛河渡槽的險情，我們應看到我國大型灌區20世紀六七十年代所建的大型輸水建筑物（以薄殼渡槽為代表）大都到達了使用年限，隨時都有發生險情的可能。因此，對灌區較大型建筑物進行綜合整治已是勢在必行。

需要注意的是，碳纖維布為導電材料，使用時應注意電源及電器設備。丙酮、工業酒精及結構膠為化學制品，應密閉保存，嚴禁煙火，且在工程完工后，要妥善處理施工廢料。因此，在具體工程實施中必須由專業化隊伍進行施工，以確保人員、工程以及生態安全。■