水庫壩下涵管加固設計方案分析

電白縣水利水電勘測設計室""廣東茂名""525000

摘要：水庫壩下的涵管施工質量是水庫性能和安全的保證，采取合適的方案能有效治理涵管的質量問題。本文結合某水庫壩下涵管存在的幾個嚴重病險問題，綜合涵管的實際情況和混凝土的安全性分析等計算結果，細致地檢驗了涵管的安全性，并依此提出了取消初設涵管內襯鋼管的方案，對涵管進行加固的處理和改造，經改造后經過多次大流量泄水考驗，涵管運行狀況良好。

關鍵詞：壩下涵管;修補處理;環氧砂漿;丙乳砂漿;充填灌漿

0"引言

隨著我國經濟的不斷增長，生活和生產對能源的需求也在不斷提高，水庫大壩的建設施工項目因此越來越多。但是由于施工質量不高、材料不符合要求和使用時間過久等原因，水庫壩下的涵管質量得不到保證，直接影響了水庫的運行和安全，如何對涵管進行加固處理來確保水庫能正常運行是工作人員需要解決的問題。下面就此進行討論分析。

1"工程概況

某水庫是一座以灌溉為主，防洪、發電、養殖等為輔綜合利用的中型水庫。工程樞紐主要組成部分主壩、主壩輸水涵管、副壩、副壩輸水涵管、溢洪道和電站。主副壩均為黏土心墻壩，主壩長526.5m，最大壩高23.3m，壩頂高程55.5m。主壩涵管為放空、灌溉和發電輸水涵管，位于主壩左端壩體內，是圓形鋼筋混凝土管，管徑1.5m，總長87.75m，壁厚0.4m涵管底座為混凝土剛性底座（其包角為180°），坐落在砂質板巖上;沿管長設有5道伸縮縫，用紫銅片塞瀝青麻絲止水，分段長度依次為5.0～18.0m。涵管經過一次改造，即在管外壁包了1層厚0.15m的鋼筋混凝土，管壁厚度增加至0.55m。

2"初設階段涵管安全鑒定及加固方案

主壩輸水涵管基礎坐落在風化砂質板巖之上，涵管周圍為壩體填土。已建大壩填土成分復雜，壩體上部及上、下部邊坡均由風化板巖、砂礫卵石等料填筑;壩體內部黏土心墻和沖抓防滲墻主要由粉質黏土、含礫粉質黏土夾黏土、含礫粉質壤土組成，局部為灰黑色淤泥質黏土，黏土心墻和沖抓防滲墻填土中多含小礫，且為壩附近階地沖積土，防滲性尚好，但由于局部填筑質量較差，存在滲漏隱患。

根據水庫大壩的安全鑒定結論，主壩輸水涵管存在的主要問題：涵管內壁表面有多處蜂窩、麻面及露筋現象，局部存在裂縫;伸縮縫破壞嚴重;涵管進口閘門止水損壞嚴重。經復核計算，涵管結構不滿足抗裂要求，故初步設計階段經比選，推薦采用以下方案對涵管進行加固處理：將涵管內壁表面的蜂窩、麻面、露筋現象和已損壞的伸縮縫進行修復處理，并內襯鋼管。鋼管內徑1.4m，厚度10mm;鋼管與混凝土管之間空隙回填砂漿，為確保鋼管與混凝土管緊密結合，對鋼管與混凝土管之間進行接觸灌漿。對涵管周圍大壩土體（空隙）進行充填灌漿，以防止混凝土涵管漏（滲）水和沿管外壁發生集中滲流而影響壩體安全。

3"施工階段涵管加固計算分析

為進一步查清涵管存在的問題，為采取合理可行的加固處理方案提供可靠依據，對涵管進行了現狀情況調查、混凝土強度檢測試驗、結構安全性分析等項的計算分析。

3.1"涵管現狀調查

為滿足施工需要，水庫開始放空，為對涵管進行認真、仔細的現狀調查創造有利條件，參建各方一道先后兩次對涵管進行現狀調查。在第一次調查后，對涵管表面污物進行清洗，并對涵管進行第二次仔細檢查。經檢查發現：涵管管身混凝土基本完好;進口閘有閘門銹蝕、止水老化且漏水嚴重;涵管混凝土表面頂部多處分布有蜂窩麻面，少數幾處有剝落露筋且鋼筋銹蝕的現象;伸縮縫破壞嚴重，多處填縫材料已被掏空;未發現涵管裂縫及管身滲水現象。通過對涵管內表面的鑿槽檢查，發現涵管內表面有厚3mm左右的褐色疏松層，表面約1mm厚層可輕易刮除，內側約2mm厚需用鑿子才能鑿除。松散層以內混凝土較堅硬，用鐵錘敲打發出清脆的響聲。

經初步分析認為：

①涵管混凝土表面蜂窩麻面、剝落露筋現象基本分布于涵管頂部，涵管頂拱施工難度大，混凝土振搗不充分，施工質量較差，是造成涵管混凝土表面損壞的主要原因。

②只有頂部少數幾處有混凝土剝落，露筋銹蝕的現象，露筋范圍小且鋼筋未遭受嚴重銹蝕損壞。

③涵管已運行40多年，其內表面的疏松層產生主要原因：其一，表面可能有一部分為水流所帶來的附著物;其二，由于工程環境水對混凝土具中等溶出型腐蝕，是水流對混凝土的侵蝕作用所致;其三，在干濕交替循環作用下，混凝土發生碳化所致。

3.2"涵管混凝土強度檢測試驗

為對涵管混凝土質量做進一步的分析判斷，對涵管管身混凝土進行鉆取芯樣，進行了強度檢測。根據9組試樣檢測試驗結果，混凝土抗壓強度標準值為：最小值24.1MPa，最大值55.8MPa，最小平均值25.4MPa，最大平均值50.2MPa。

根據原設計資料，輸水涵管混凝土標號采用150號，根據SL/T191-2008《水工混凝土結構設計規范》，標號為150號的混凝土相當于強度等級為C14的混凝土。涵管混凝土實際抗壓強度高于原設計值。從鉆取的芯樣外觀看，涵管混凝土完好新鮮。

3.3"涵管結構安全性分析

（1）計算條件

根據涵管混凝土實際檢測結果，混凝土抗壓強度標準值采用最小平均值25.4MPa，根據規范，涵管混凝土強度等級采用C25。根據涵管布置情況，取出口處壩體填土較低的Ⅰ-Ⅰ斷面及壩軸線附近下游處壩體填土較高的Ⅱ-Ⅱ斷面進行結構安全復核計算。考慮以下7種不同水位工況，并按有關規范與其他荷載進行組合，荷載組合如下：

①運行期：涵管自重+填土重+填土壓力+內（外）水壓力（含水錘壓力）;

②檢修期：涵管自重+填土重+填土壓力+外水壓力。

（2）計算結果及分析

經計算，最不利荷載組合工況為校核洪水位+水錘壓力工況，計算結果如表1、表2所列。

表1"涵管配筋計算結果

表2"涵管抗裂驗算結果

計算結果表明，在最不利荷載組合情況下，涵管配筋均滿足強度要求;在Ⅱ-Ⅱ斷面處，當涵管管壁厚度按0.4m考慮時，不滿足抗裂要求;其余條件下均滿足抗裂要求。由于改建后的涵管管壁厚度已達0.55m，故認為整個涵管均滿足抗裂要求。

（3）與初步設計結果不同的原因分析

初步設計階段結構計算依據的是SDJ20-78《水工鋼筋混凝土結構設計規范》，涵管混凝土標號采用原設計的150號，其混凝土強度等級為C14。本階段結構計算依據的是SL/T191-2008《水工混凝土結構設計規范》，根據實際檢測結果，涵管混凝土強度等級采用C25。因此，上述結果與初步設計結果不同的主要原因為：由于計算所依據的規范不同，且涵管混凝土強度等級采用值也不同，故造成兩個階段結構計算結果的差異。

3.4"計算分析結論

根據上述各項計算分析結果，得出以下結論：

①水庫主壩輸水涵管雖經四十多年的運行，但沒有出現大的結構性安全問題。涵管結構強度及抗裂安全滿足規范要求，未發現涵管裂縫及管身滲水現象，涵管處理應以修補加固為主。

②涵管漏水嚴重是由于進口閘有閘門銹蝕、止水老化所致，可通過更

換閘門及其止水設施解決。

4"施工階段涵管加固處理方案

根據涵管現場檢查發現的病危問題及結構安全復核結果，考慮到主壩輸水涵管有3處轉彎，涵管斷面不規則、內徑小，且有一處岔管，內襯鋼管施工難度較大，施工質量難保證，故施工階段擬變更初步方案，即取消輸水涵管內襯鋼管，僅對涵管管身采取補強加固措施。

4.1"涵管管身補強加固處理

考慮到涵管內壁混凝土表面蜂窩麻面、局部混凝土剝落露筋、鋼筋銹蝕等缺陷，由此而造成涵管結構強度的削弱，對涵管管身內壁砼表層進行局部修補處理。對涵管表層有蜂窩麻面、空洞、已松動及碳化等損壞的砼進行清除，再對清除部位砼表面采用環氧砂漿進行填補，其加固方案如圖1所示。

圖1"管身補強加固方案

4.2"涵管伸縮縫及止水修補處理

清除伸縮縫內止水片至迎水面之間殘留的已損壞嵌縫材料，用瀝青麻繩及瀝青砂漿嵌縫;當止水片已拉裂時，在管壁鑿槽加鑲止水片（圖2）。

圖2"伸縮縫及止水修補處理方案

4.3"管身內壁丙乳砂漿涂抹處理

為了減緩涵管砼老化、腐蝕、碳化并起抗沖耐磨的作用，以提高涵管結構的安全性及使用壽命，對涵管管身內壁進行全表面涂抹處理。根據國內目前類似工程成功經驗，涂抹材料采用丙乳砂漿。對丙乳砂漿的設計要求為：丙乳砂漿防護層厚度為2.0cm，抗壓強度不小于30MPa，抗折強度不小于10MPa，抗滲等級不小于W10。

4.4"充填灌漿

對涵管周圍大壩土體（空隙）進行充填灌漿，灌漿長度約770.0m，以防止砼涵管漏（滲）水和沿管外壁發生集中滲流而影響壩體安全。

5"結語

總的來說，該水庫的涵管原本已有一定的抗腐蝕和抗碳化的能力，加固處理可以加強管身的強度。施工制定的施工方案不但可以保證施工安全，還可以簡化施工流程和減少成本。涵管的加固處理完成后，水庫經過了多次的泄水考驗，運行工作正常，該加固工程達到了目標效果。

參考文獻：

[1]劉銳.小型水庫輸水涵管加固技術方案關聯因素分析[J].長江科學院院報，2011，28（1）：25-26.

[2]施詠權.三洲田水庫壩下涵管加固設計[J].中國農村水利水電，2010，51（7）：101-102.