引沁灌區東方紅渡槽除險加固工程設計

□李華強（新鄉市水利勘測設計院）

1.概況

引沁灌區是河南省大型引河灌區之一，位于焦作市西部太行山南麓，北緯 35°15′～34°55′,東經 112°25′～112°45′之間。灌區北起太行山，西臨王屋山，南跨北邙嶺區，是一個引蓄結合的大型丘陵灌區。灌區總土地面積8.51萬hm2，其中耕地面積3.93萬hm2，規劃灌溉面積2.67萬hm2。范圍包括濟源市，孟州市和洛陽市吉利區的15個鄉鎮355個行政村。灌區內現有總干渠1條，干渠15條，加支渠16條，支斗渠138條，渠道總長531.63km。

東方紅渡槽位于總干渠上，樁號55+537～56+245，渡槽全長408m，槽身長度373m，由5個57m跨主拱和一個25m跨次拱組成，最大高度46m，設計縱坡1/700，設計流量15m3/s，修建于1966年，已運行45年，目前該渡槽已明顯出現病害癥狀。受“引沁灌區節水續建配套項目建設管理局”委托，由中原工學院工程結構與巖土工程研究所于2011年5月對東方紅渡槽進行了病害檢測，檢測分為槽身（底面及側面）、頂板、伸縮止水縫、護欄、供體、拱上結構及主支墩等部分分別進行。

2.工程存在問題

通過檢測和計算發現：渡槽無整體大的裂縫及變形發生，結構整體尚好，但因年代久遠，碳化嚴重；渡槽鋼筋保護層設計值為35mm，實測保護層厚為27～32mm，實測完全碳化區平均厚度為28～31mm；考慮部分碳化區的存在，實則碳化鋒面早已到達鋼筋表面破壞鋼筋表層的堅固鈍化膜，因此，所有構件迎水面和背水面均已碳化至鋼筋表面；頂板、欄桿等由于較薄，構件較小，外表面磨損、碳化較為嚴重；根據現場檢測，止水縫存在漏水現象；最大拉應力發生在I#主墩下游測的基礎部位，量值達到2.5MPa，短支墩與拱頂之間的拱圈部位和支墩與拱圈交接的部位均出現了拉應力，量值在0.2～0.6MPa之間，拉應力的方向一般垂直于拱軸線方向；檢測發現36#柱墩出現裂縫，裂縫處截面的南半部幾乎貫通，外表面該裂縫幾乎橫向展布充滿東、南、西三個面，且裂縫寬度較大，尤其南面的裂縫寬度基本在4～6mm之間。

3.除險加固工程設計

一是對渡槽底面、供體下部等拉應力區進行補強處理，處理設計為：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，對銹蝕鋼筋除銹，并用丙乳砂漿修復材料將表面修復平整，然后用碳纖維布進行加固。根據檢測報告，加固部位拉應力較小，考慮原設計拱底部配有鋼筋，因此設計采用200g厚度0.111mm規格單層碳纖維布進行加固。二是在對拉應力區補強處理后，對槽身、拱體、拱上支墩進行防碳化處理，處理方法為：對渡槽所有表面、拱上支墩外表面和主墩表面采用丙乳砂漿抹面方法進行處理，抹面厚度設計為1cm。三是對槽頂欄桿進行拆除重建，處理方案為：拆除橫桿，鑿除現有欄桿柱混凝土，鋼筋留下，按照設計要求，重新澆筑欄桿柱，安裝新欄桿條。在渡槽兩端，設計高3m（圓弧頂面），長10.0m全封閉防護網。四是拆除原有伸縮縫止水，重新安裝止水帶；設計方案如下：對漏水伸縮縫全部進行拆除，并割除原有不能使用的預埋螺栓，按設計植入新的不銹鋼螺栓，待植入螺栓強度達到設計要求，安裝新的止水橡皮，用5mm鋼壓板壓緊，不銹鋼螺母緊固。五是拆除渡槽上游鋼筋混凝土閘門，更換新的閘門。考慮在原有閘槽設置鋼筋混凝土閘門止水較為困難，本次設計閘門采用定型3×2.5鑄鐵閘門。六是對南坡上槽道路進行整修、襯砌，根據現狀路面情況，先清除路面破碎混凝土表層，然后現澆C20混凝土路面，厚度5cm。七是由于36#柱裂縫成因不明確，對36#墩暫按拉應力區補強方式進行處理，即與前述碳纖維布處理方法相同。加固后，即開始進行觀測，如觀測該柱不再惡化，將不再進行深入處理，如該柱仍繼續惡化，再進行更深入處理。八是考慮渡槽處理后外觀美觀，設計在除險結束后，對整個渡槽進行外墻漆涂刷。設計方案為：主墩以上全部采用白色外墻漆涂刷，主墩采用橘紅色外墻漆涂刷。九是由于東方紅渡槽最大跨高達到50m，施工作業較為困難，我們對吊籃式和滿堂腳手架兩種施工方案進行比較。吊籃式施工方法，施工費用遠小于滿堂腳手架施工方法，根據本工程情況，施工時吊籃需進行連接，以方便拱底、拱頂等部位的施工，吊籃連接、拆除次數較多，易發生安全事故。滿堂腳手架施工方案，腳手架搭接工藝比較復雜，工程量較大，費用遠高于吊籃施工方法，但相對吊籃施工法，搭拆次數較少，安全性較好。

根據上述比較情況，最后確定采用吊籃施工法。本次東方紅渡槽處理，丙乳砂漿配合比要求暫定如下：水泥1kg，丙乳0.3kg，灰砂比1：1，水灰比34.4%，聚灰比14.4%。水泥采用42.5普通硅酸鹽水泥，砂子要求為顆粒<2.5mm的干凈粗砂，砂漿含水量要考慮丙乳中含水量。工程實施時應進行試驗確定具體配合比。

4.施工設計

4.1 吊籃搭設

吊籃搭設前必須根據施工作業的要求，對此工程進行專項設計、計算，以保證在各種情況下吊籃的安全，考慮吊籃安全意義重大，設計時必須有足夠的安全富裕度。吊籃搭設過程中，各種桿件、扣件、連接件、墊板之間必須連接牢固，搭設時絕對不允許偷工減料，隨意亂搭、亂改和亂用，絕對不準使用不合格的桿配件和材料，在搭建過程中必須采取安全防護措施，設置防（圍）護和使用安全防護用品。吊籃的拆除作業應按確定的拆除程序進行。渡槽加固時，整個吊籃以下應設置高質量防護網，以防上部人員、物品墜落，發生安全事故。

4.2 工作平臺和安全網搭、拆

吊籃搭設起來后，需根據工作內容和工作位置，搭建牢固的工作平臺，腳手板要固定牢靠，必須按規定要求及時設置安全網。工程結束時必須按照規范要求拆除工作平臺和安全網。

4.3 丙乳砂漿施工

鑿除老化、損壞部位的混凝土——用噴砂槍對銹蝕鋼筋進行除銹——用高壓水沖洗——在修補部位涂刷丙乳凈漿做界面處理——涂抹丙乳砂漿至原混凝土表面——噴霧養護7d。

4.4 碳纖維布施工

4.4.1 施工準備

擬定施工方案和施工計劃，應對所使用的碳纖維布、配套樹脂、機具等作好施工前的準備工作。

4.4.2 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，并用丙乳砂漿將表面修復平整。按設計要求對裂縫進行灌縫或封閉處理。對混凝土表面凹陷部位用找平材料填補平整，轉角處應用找平材料修復為光滑的圓弧，半徑應≥20mm。

4.4.3 粘貼碳纖維布

按設計要求的尺寸裁剪碳纖維布；按供應商提供的工藝規定配制底層樹脂，配制浸漬樹脂并均勻涂抹于所要粘貼構件，在樹脂表面指觸干燥后立即進行下一步工序施工；沿著纖維方向多次滾壓，擠除氣泡，使浸漬樹脂充分浸透碳纖維布；碳纖維布的表面均勻涂抹浸漬樹脂。碳纖維布施工環境溫度在5～35℃范圍內，相對濕度≤70%。

4.4.4 表面防護

按有關規范的規定處理，并保證防護材料與碳纖維布之間有可靠的粘結。碳纖維布基層混凝土的強度要求不低于C15。

4.5 對東方紅渡槽施工的幾點要求和建議

一是吊籃的搭、拆，工作平臺和安全網的搭、拆必須按照制定好的操作程序逐步實施，任何人員不準隨意更改。二是東方紅渡槽下部人口密集，過過往車輛，行人較多，因此施工安全必須放在首位，工程在開始前，必須制定一套針對本工程的、嚴格的一系列安全生產制度，并對所有職工進行經常性的宣貫，使之牢記安全意識，確保工程施工期間不出任何安全事故。三是所有參建人員在工地時應嚴格遵守已制定的安全制度。四是考慮本工程技術難度高，施工難度大，工藝復雜，細膩，要求高的情況，建議選擇有經驗的大型施工隊伍。

5.結語

工程實施中發現外側的主拱梁病害問題比檢測發現的問題更為嚴重，部分主筋有銹斷問題，已現場討論方案進行了解決。目前東方紅渡槽除險加固正在順利進行，加固效果較好。