飛躍渡槽變形破壞原因分析

■何國華

（邯鄲市躍峰渠管理處 河北邯鄲 056200）

飛躍渡槽變形破壞原因分析

■何國華

（邯鄲市躍峰渠管理處 河北邯鄲 056200）

飛躍渡槽自1991年開始出現變形破壞，造成渡槽常年滲漏。雖經槽身防滲處理，仍不能根本解決。根據周圍地質露頭區域、部分地質資料和沉降觀測分析，認為該渡槽發生變形破壞的主要原因在于渡槽拱腳基礎下地基的不均勻變形引起的。建議系統規范渡槽沉降的觀測，查明拱腳地基巖層結構構造及其工程性能，有針對性的進行渡槽地基基礎加固的方案設計。

渡槽變形破壞分析

飛躍渡槽是躍峰灌區位于河北涉縣境內的控制性工程，1977年建成通水。渡槽全長154米，寬7.8米，近東西走向。至2012年5月，渡槽出口相對槽臺下沉12cm。

管理單位曾自1978年7月開始不定期進行沉降觀測，由觀測結果發現自1991年開始出現渡槽出口處左側加速下沉，右側加速上升，進口處則相對穩定的扭曲變形。2001年曾采用高分子彈性水泥進行防滲處理，近年伸縮縫再次出現不同程度損壞，尤其渡槽出口處嚴重破損，已出現5m2左右的空鼓。2010年下游臨近的導流渠亦出現貫通裂縫，造成常年漏水，冬季甚至形成冰掛。

1 底層巖性及地質構造

飛躍渡槽建于上世紀70年代末，地質資料不完整，根據周邊地質出露區域和部分地質資料觀察分析得知：渡槽基礎坐落于寒武系，兩頭地基巖性不一致。進口段主要是頁巖、砂質泥巖、黃色泥質粉砂巖等，呈薄層狀，層理清晰，裂隙發育中等。出口段沿基礎開挖3米左右，發現其坐落于砂質泥巖、薄層狀泥灰巖之上，厚度3~8mm之間，底層節理發育，底層產狀為傾向44度，傾角5度。從地質構造條件分析，區域性主干斷裂為北西走向的斷裂，位于渡槽東北約1500米處。上游隧洞中存在4條斷層，下游20米處機房開挖面上發現斷層組，寬6.3米，最大一條斷層走向北西，傾向北東，傾角65度，斷距3~4米，斷層中間夾有褐色泥巖，在斷層上盤有地層牽引現象，風化嚴重。渡槽中間有較大沖溝，走向北偏東，從兩側巖性產狀及同標高地層對比，認為該沖溝內存在斷層。

2 渡槽的結構構造和受力特性

該渡槽為空腹式圬工拱形結構，主拱圈采用矩形實體截面的板拱形式，主拱圈起拱線標高269.33米至278.16米為現澆C15混凝土其余部分主拱及腹拱均為漿砌料石。渡槽總長151.9米，主拱凈跨99米，凈矢高19.8米，矢跨比為1/5，

渡槽拱圈為3次超靜定無鉸拱。無鉸拱的優勢在于內力分布較均勻，且結構整體剛度大。另一方面，無鉸拱因超靜定原因，本身變形受到限制，因此，無鉸拱通常對地基條件要求較高，一般均希望建在高強度且變形均勻的地基上。

由于當時技術條件限制，飛躍渡槽恰恰位于不均勻沉降基礎上，施工時采用土胎支模（現場仍有部分土胎殘余），施工時間跨度較大。拆除支護后，材料受壓變形及溫度變化引起拱圈的熱脹冷縮（大氣溫度高于施工合攏時溫度引起拱體膨脹，大氣溫度低于施工合攏時溫度引起拱體收縮）等原因，使用期內隨著時間延續拱圈也會產生附加內力，即使外荷載不變，拱圈內力也會不斷發生變化，對地基基礎帶來不利影響，而地基基礎的變化又會反作用于拱圈，使拱圈受力不利。

3 渡槽破損情況

（1）槽體伸縮縫均有不同程度開裂，經瀝青砂漿及彈性高分子水泥修補后再次出現貫通裂縫，寬1~2mm左右。

（2）渡槽出口處側墻伸縮縫兩側發生差異沉降，左側下降，右側相對上升，右側墻體因受左側墻體牽拉發生灰縫開裂，縫寬30~ 40mm左右，沿裂縫常年漏水。

（3）渡槽下游電站導流渠墻多處沿機房基礎貫通開裂，且有橫貫縫存在，縫寬3~5mm。經墻外護基處理仍未好轉。

（4）渡槽下游起第四小拱拱頂出現垂直渡槽軸線方向的拉裂縫，致使原漿砌石灰縫脫落。

（5）渡槽進口端左側，上游起第四小拱拱頂側墻漿砌石被拉裂，裂縫寬度1~3mm，上寬下窄，至拱圈處逐漸消失。

4 渡槽病因分析

根據沉降觀測資料及現場調查結果分析，主拱拱腳基礎可能坐落于軟硬不一的巖層上。經現場測量，渡槽走向為北東83度，巖層傾向北東44度（走向北東134度），傾角5~8度，即巖層走向與渡槽軸線呈角51度，與拱腳基礎長軸呈角141度。

由于渡槽拱腳基礎巖層傾斜，且坐落于巖性不同的巖層之上，右側巖石硬度較高，承載力較強，左側巖石硬度較低，承載力較弱。開始加載時，軟巖層和硬巖層其強度和變形均能基本適應上部結構荷載作用。工程建成通水后短期內基礎未發生明顯的沉降和不均勻沉降，各觀測點的沉降值和沉降差均很小。隨著時間的推移，基礎周圍環境因素的影響逐漸明顯，使左側本來硬度較低的巖石強度繼續惡化，巖石強度接近或小于基底壓力，開始逐步下沉。同時，當時硬度較高的右側巖石亦因風化而強度有所降低，但其承載力仍遠高于基底壓力，不會發生沉降。在左側下沉的同時，在軟硬結合部位硬巖石的支撐作用下，右側開始逐漸上升。

隨著時間的積累，槽身上口的鋼筋砼拉結梁也出現了風化變形，拉結作用降低，槽身的整體性降低。加上渡槽滲漏造成基礎長期浸水，外界環境因素的影響進一步加劇，兩側沉降差迅速拉大。至近年，因基礎左側下沉，右側不斷上升，基底中間支撐部分的面積逐步減少，接觸壓力迅速升高，以至于接近或超過該部分巖石的抗壓強度，導致基底部分硬巖石的壓裂變形和破壞，造成原來升高的右側暫時下降，原下降的左側暫時有上升的趨勢。

對于兩端槽臺的沉降，主要與其基礎埋深淺，未挖除風化基巖，地基受環境影響較大所致。因其對渡槽整體安全起次要作用，可再留作進一步觀察。

5 結論和建議

根據渡槽設計和沉降觀測資料分析，認為該渡槽發生變形破壞的主要原因在于渡槽拱腳基礎下地基的不均勻變形引起的。

建議渡槽運行管理時，嚴格控制外部荷載，適當降低運行水位，改善渡槽基礎受力條件。防滲處理時，應先將混凝土表面碳化部分清除，采用耐冷熱沖擊強度高，斷裂伸長率大且與混凝土粘結力強的防水材料，減少滲漏，以期改善渡槽基礎的外部不利影響。

同時系統規范渡槽沉降的觀測，查明拱腳地基巖層結構構造及其工程性能，徹底查明病因后，進行渡槽地基基礎加固的方案設計。

[1]馬文英，張繼紅，渠道和渠系建筑物 北京：中國水利水電出版社 2011.3.

[2]陳德亮，水工建筑物，北京：中國水利水電出版社2008.

P54[文獻碼]B

1000-405X（2015）-10-377-1