U形斷面薄殼渡槽破壞原因分析及加固措施探討

許麗杰

(沈陽市蘇家屯區八一灌區管理處 110103)

渡槽是灌區主要交叉建筑物之一，但是在筆者所在灌區的輸水建筑物中的渡槽形式以U形斷面薄殼渡槽結構居多。U形斷面薄殼渡槽主要以U形斷面鋼筋混凝土或鋼絲網水泥薄殼渡槽并以排架支撐的結構形式為主，在筆者所在灌區，由于U形斷面薄殼渡槽原結構布置形式欠妥、施工質量差、運用時間久等原因，有較多的渡槽槽身、排架牛腿出現了不同程度的破壞。其破壞形式主要有如下幾種:?牛腿縱向產生斷裂;?槽身與端肋的連接處產生斷裂;?渡槽端肋產生縱向裂縫;?鋼筋混凝土薄殼渡槽槽身內側產生漏筋;?鋼絲網水泥渡槽的槽身產生龜裂;?渡槽伸縮縫嚴重滲水。

1 破壞原因分析

1.1 溫度應力對結構的影響

在工程設計中溫度應力對結構的影響通常被忽略不計了，但在實際管理中卻發現，U形斷面薄殼渡槽結構產生破壞的原因，很多是由于溫度變化引起的，特別是在沈陽地區這種現象尤為明顯。

根據力學的理論，可計算出由溫度變化所產生的溫度應力。

為了簡化計算，把渡槽假想為一根無重量的桿，在溫度為u時桿長為L，兩端固定在不可移動的支座上，桿的截面面積為A，材料的線性膨脹系數為α，當溫度下降Δu時，按熱脹冷縮規律，桿將縮短ΔL。即:ΔL=αΔuL

但由于桿的兩端固定，桿不能縮短。如果溫度下降，相當于桿拉長了ΔL，即在桿的兩端作用了F大的拉力。

式中E——混凝土彈性模量

桿內產生的拉應力為:λ=F/A=EαΔu，混凝土的線性膨脹系數α=1×10－5，彈性模量E=1.96×106N/cm2，當溫度下降 Δu=30℃時，λ =1×10－5×1.96×106×30=588N/cm2=5.88N/mm2。以 C25混凝土為例，其抗拉強度為1.71N/mm2，由于溫度變化，渡槽槽身所產生的溫度應力遠遠大于混凝土的抗拉強度，所以渡槽槽身容易被拉斷。

例如:位于筆者所在灌區的新開河鋼絲網水泥渡槽，半徑為120cm，壁厚5cm，直線段高40cm，斷面面積7704.53cm2，按上述溫度應力計算將產生4530.54kN拉力，若兩端固定，將足以使渡槽拉斷。對于上述第?、?、?三種破壞情況均屬于溫度應力所致。

1.2 滲水對結構的影響

在渡槽的施工過程中，槽身均沒有做防滲處理，而且保護層薄。運行四五年后，槽身由于滲水而使鋼筋、絲網產生嚴重銹蝕，形成銹蝕粉狀。鋼筋與混凝土保護層產生脫解，保護層受水流沖擊，逐漸脫落，直至鋼筋裸露，幾年后鋼筋便會銹斷，嚴重威脅工程的正常運行。例如:灌區另一處鋼筋混凝土U形渡槽，建成后僅運行了十年時間便出現鋼筋裸露、斷筋現象。還有一處鋼絲網水泥薄殼渡槽，建成后僅運行了八年就有因滲漏問題，使30%以上鋼絲網嚴重銹蝕的現象。

1.3 “龜裂”現象對結構的影響

“龜裂”現象是鋼絲網水泥薄殼渡槽帶共性的一種“疾患”。其主要原因是:水泥砂漿內部有空隙和微裂紋的存在，在受力過程中，內部缺陷處就會出現局部變性急增和應力集中的現象，引起材料破壞，造成“龜裂”。特別是用絲網做骨架，采用人工抹灰漿的施工方法，由于砂漿的水灰比較大，層間結合不好，出現“龜裂”紋的現象尤為嚴重。槽身出現“龜裂”后，運行中，水通過裂紋滲入槽身內，水與絲網產生氧化而使絲網銹斷，造成槽身斷裂。

2 加固措施

針對U形斷面薄殼渡槽以上幾種破壞形式，下面根據在工程管理實踐中采取的加固措施，加以論述:

a.對于牛腿縱向產生斷裂破壞的情況，在槽身與牛腿梁之間采取墊鋼板、角鋼支撐的辦法，以減小摩擦系數。

b.對于槽身與端肋的連接處產生斷裂破壞的情況，采用在渡槽下側、兩個端梁之間焊接兩個鋼筋混凝土矩形梁，梁之間焊接2～4道小橫梁，小橫梁的頂面與中肋的鋼筋相焊接的方法，通過增加整體剛度來支撐渡槽。

c.對于渡槽端肋產生縱向裂縫破壞的情況，則采用6mm厚的鋼板，做成槽狀，套在端肋與牛腿相接處的底面。這樣一方面加固端肋，另一方面減小摩擦系數。

d.對于鋼筋混凝土薄殼渡槽槽身內側產生漏筋破壞的情況，則采取如下辦法處理。首先，對露筋部位，往下鑿2～3cm，然后利用水泵的高壓水頭把處理部位沖刷干凈，刷一層素灰漿，上鋪體積比為1∶2∶3(其中:水泥1份、砂子2份、5mm碎石3份)，小碎石混凝土3～4cm，用振搗器振實，兩小時后用1:2水泥砂漿抹光，待養生28天后，用PVC防水油膏涂刷表面。

e.對于鋼絲網水泥渡槽的槽身產生龜裂破壞的情況，對鋼絲網水泥薄殼渡槽應及早涂刷防水油膏防滲，以防止絲網銹斷而產生結構破壞。在刷油膏之前，應用鐵刷子刷掉表面塵跡，露出水泥砂漿新跡，沖刷干凈，干后涂刷防水油膏。

f.對于渡槽伸縮縫嚴重滲水破壞的情況，采用PVC防水油膏防滲，效果較好。其施工過程是:首先，將刷防水油膏的部位鑿出新跡，沖刷干凈，底用瀝青麻刀填筑，上留2～3cm涂防水油膏，效果很好。