甘州區(qū)有本渡槽的病險(xiǎn)成因及除險(xiǎn)對(duì)策

司永強(qiáng)

(甘肅省張掖市甘州區(qū)烏江水管所，甘肅 張掖 734026)

1 概 況

有本渡槽位于甘肅省張掖市甘州區(qū)靖安鄉(xiāng)，是甘州區(qū)有本干渠跨跨山丹河的輸水渡槽，擔(dān)負(fù)者甘州區(qū)靖安鄉(xiāng)873hm2有效灌溉面積的灌溉輸水任務(wù)。渡槽始建于1983年，總長(zhǎng)86m，渡槽主跨共7跨，每跨10m，渡槽槽身為薄殼混凝土簡(jiǎn)支梁式，其中主跨長(zhǎng)70 m，兩端連接段槽身各8m，兩端混凝土漸變段各5m 長(zhǎng)。渡槽支撐結(jié)構(gòu)為混凝土排架結(jié)構(gòu)，渡槽整體有兩個(gè)混凝土重力式邊墩和高4m左右的6排單排架，排架基礎(chǔ)為樁基混凝土承臺(tái)，承臺(tái)為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。簡(jiǎn)支梁式U形薄殼槽身凈高1.3 m，槽殼厚6Cm，口寬1.6 m，為C20鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，頂部設(shè)有混凝土拉桿，間距2 m，拉桿間蓋有混凝土板，作為人行便橋，兩側(cè)頂部設(shè)有90cm高的鋼管護(hù)欄。渡槽經(jīng)2017年除險(xiǎn)加固已正常輸水運(yùn)行， 質(zhì)量安全，加固效益顯著。

2 渡槽工程安全情況檢測(cè)及存在的主要問題

2.1 工程安全情況檢測(cè)

2.1.1 渡槽工程地質(zhì)檢測(cè)

1)渡槽基礎(chǔ)穩(wěn)定性復(fù)核：現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量與觀察表明，渡槽槽身基礎(chǔ)均坐落于山丹河河床內(nèi)，河床地層巖性主要以砂土或含礫砂為主，地層巖性結(jié)構(gòu)密實(shí)，滲透系數(shù)5.79×10-3cm/s，不易發(fā)生液化，各承臺(tái)均無沉降、傾斜、變形現(xiàn)象，基礎(chǔ)穩(wěn)固，可予以充分利用。

2) 環(huán)境水的腐蝕性評(píng)價(jià)：經(jīng)對(duì)通過渡槽的灌溉渠水取樣做水質(zhì)化學(xué)分析試驗(yàn)，判定地表水對(duì)普通混凝土具有硫酸鹽弱腐蝕性；地表水對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋具弱腐蝕性。

3)渠道基礎(chǔ)地層凍脹性評(píng)價(jià)：經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)勘察，已建渡槽連接段上、下游渠道均為墊方渠段，渠基地層巖性主要以砂土或含礫砂為主，渠底坐落于天然土層之上。原渠道為弧底梯形斷面，渠底及渠坡均為混凝土預(yù)制塊襯砌，渠口寬2.7m，底寬1.0m。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)勘察，現(xiàn)狀渠道地基已趨穩(wěn)定，不存在不均勻沉降等問題；但渠身均不同程度出現(xiàn)凍脹變形及裂縫，局部混凝土預(yù)制塊鼓脹、錯(cuò)位現(xiàn)象嚴(yán)重。其上、下游各100m渠道已不能安全運(yùn)行，需進(jìn)行防滲與抗凍處理。

2.1.2 槽身、排架及承臺(tái)混凝土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度檢測(cè)

1) 混凝土外觀缺陷檢測(cè)情況

渡槽槽身混凝土普遍碳化，尤其是槽身兩端頭混凝土表面碳化、開裂、剝落相當(dāng)嚴(yán)重，其5#和6#排架處槽身端頭混凝土破壞相當(dāng)嚴(yán)重，1#-6#排架墩帽凍融風(fēng)化破壞相當(dāng)嚴(yán)重，排架墩帽混凝土碳化剝蝕脫落，鋼筋多有外露，已基本失去支撐作用，排架柱均有豎向裂縫，縫寬1cm，環(huán)向箍筋斷裂，裂縫隨著逐年凍融有擴(kuò)大趨勢(shì)，已基本散失承載能力，嚴(yán)重威脅渡槽的安全。

2)混凝土強(qiáng)度檢測(cè)情況

混凝土強(qiáng)度采用回彈法進(jìn)行無損檢測(cè)，對(duì)1-6號(hào)排架、邊墩及槽身檢測(cè)結(jié)果看，槽身推定強(qiáng)度18.3MPa，排架及邊墩推定強(qiáng)度15.9MPa，均小于規(guī)范強(qiáng)度等級(jí)C25，主要結(jié)構(gòu)強(qiáng)度等級(jí)不滿足規(guī)范要求。

3) 混凝土結(jié)構(gòu)物裂縫及鋼筋保護(hù)層檢測(cè)

經(jīng)對(duì)渡槽槽身及排架進(jìn)行檢測(cè)，槽身裂縫長(zhǎng)度和寬度分別達(dá)到80mm、5mm，排架裂縫長(zhǎng)度和寬度分別達(dá)到2980mm、10mm。已剝落混凝土的渡槽槽身及排架鋼筋保護(hù)層實(shí)測(cè)值分別為15mm、20mm，低于規(guī)范規(guī)定的相應(yīng)結(jié)構(gòu)鋼筋保護(hù)層厚度。渡槽上下游邊墩漿砌石護(hù)坡長(zhǎng)各35m，現(xiàn)已大面積脫漿，砌石開裂脫落，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)檢查測(cè)量，砌體大面積開裂，坡面布滿裂縫，縫寬平均10mm，基本失去維護(hù)工能。

2.2 渡槽工程存在的主要問題及成因

2.2.1 渡槽主體結(jié)構(gòu)破損嚴(yán)重，已不能安全運(yùn)行

1)渡槽伸縮縫止水長(zhǎng)期運(yùn)行后已老化脫落，預(yù)埋件銹蝕、止水壓條及止水材料無法安裝，后期加固的環(huán)氧樹脂等一些零散堵漏材料，已散失塑性導(dǎo)致漏水十分嚴(yán)重。因20世紀(jì)70年代伸縮縫止水材料品種單一，選擇范圍小，大多使用止水橡皮、瀝清砂漿等材料，其封口與槽身結(jié)合性不好，且缺少抗老化措施，在運(yùn)行過程中雖經(jīng)過更換，但各批次材料的質(zhì)量和塑性差異較大，更換維修后使用壽命大大縮減。

2)排架柱墩帽混凝土碳化剝蝕脫落，鋼筋外露，排架柱豎向產(chǎn)生裂縫。渡槽的6個(gè)排架柱中已有4個(gè)排架的墩帽混凝土嚴(yán)重剝蝕脫落，且排架柱豎向產(chǎn)生裂縫，縫寬1cm，環(huán)向箍筋部分?jǐn)嗔眩瑖?yán)重影響了槽身的整體安全。因排架柱墩帽是渡槽荷載的主要支撐部位，內(nèi)部鋼筋布置密集，在水氣條件下鋼筋發(fā)生銹蝕引起鋼筋體積膨脹使混凝土保護(hù)層遭到破壞，從而加劇了混凝土剝蝕脫落，而排架墩帽都位于渡槽各跨的伸縮縫連接處，在伸縮縫漏水凍融破壞下，進(jìn)一步引起排架柱豎向產(chǎn)生裂縫，環(huán)向箍筋外露斷裂。

3)渡槽與輸水渠道連接段的渠道混凝土脫落松動(dòng)，失去防護(hù)功能

渡槽上、下游漸變段是保證水流平穩(wěn)、防止兩端發(fā)生滲漏的重要組成部分，連接段的穩(wěn)定與安全，直接關(guān)系著渡槽的使用壽命。渡槽上、下游漸變段及連接段渠道的橫向伸縮縫止水材料因老化脫落未能及時(shí)修復(fù)，加之渠底混凝土凍融侵蝕已開裂漏水，漏水侵蝕問題已嚴(yán)重威脅著渡槽邊墩及槽身的安全。

渡槽兩端的支撐邊墩漿砌石護(hù)坡因渠道滲水凍融侵蝕已脫漿開裂，砌石松動(dòng)脫落，基本失去防護(hù)作用，渡槽兩端的穩(wěn)定存在滑坡塌方隱患。

2.2.3 渡槽槽身及檢修工作橋破壞，維修查檢不安全不到位

1)渡槽槽身頂部的拉桿局部混凝土碳化剝蝕，鋼筋外露，80%的拉桿已斷裂，基本失去拉撐作用，致使渡槽頂部的人行便橋蓋板破損缺失，無法進(jìn)行正常檢查維修。槽身頂部的拉桿屬于小型構(gòu)件，破損后一般無維修價(jià)值，只能與主體結(jié)構(gòu)結(jié)合進(jìn)行同步維修。

2)架空渡槽下部無安全圍欄和警示設(shè)施，上部破損物及滲漏水流易造成下部行人及過往車輛的墜落傷害。該渡槽完工后，渡槽下部有一處漫水橋和田間通道，但在通行部位無任何防止沖撞和安全限高的警示措施。

3 渡槽病險(xiǎn)問題加固除險(xiǎn)措施

1)鑒于渡槽排架已不能安全使用、槽身混凝土開裂鋼筋外露，槽身兩端頭混凝土開裂、剝落相對(duì)嚴(yán)重的現(xiàn)實(shí)，除險(xiǎn)方案采用直徑為Φ1200，壁厚12mm的焊接無壓鋼管替換總長(zhǎng)86m的原混凝土渡槽槽身，從根本上解決了混凝土槽身施工期長(zhǎng)、伸縮縫多，而影響灌溉輸水的難題，為混凝土渡槽除險(xiǎn)加固的快速施工積累了成功經(jīng)驗(yàn)。

2)在渡槽上下游端的邊墩處連接段各設(shè)置1套Φ1200鋼制伸縮節(jié)，其鋼材選用Q235B級(jí)鋼，鋼制伸縮節(jié)可按施工尺寸在工廠加工定做，伸縮節(jié)的配套使用，能最大限度解決槽身伸縮變形和施工誤差的長(zhǎng)度補(bǔ)償，既解決了伸縮縫材料更換頻繁的滲漏問題，又提高了鋼管渡槽與連接段渠道的變形適應(yīng)能力，

3)在管道頂部焊接檢修工作便橋，橋踏板為寬1.2m厚10mm的鋼板，兩側(cè)每隔1m設(shè)一角鋼∠40×4mm焊接于鋼管上，中部支撐于管頂，頂部?jī)蓚?cè)設(shè)有1.2 m高的鋼管護(hù)欄。

4)對(duì)排架進(jìn)行拆除重建。鑒于原有排架的承臺(tái)均無沉降、傾斜及變形現(xiàn)象，基礎(chǔ)穩(wěn)固，承臺(tái)基礎(chǔ)可予以充分利用。在拆除排架時(shí)承臺(tái)上部保留50 cm高的原排架柱作為新老基礎(chǔ)的連接結(jié)構(gòu)，對(duì)承臺(tái)上表面鑿毛露出鋼筋后，澆筑50cm厚的C25鋼筋混凝土作為新排架的加固基礎(chǔ)。

5)對(duì)渡槽兩邊墩所處河岸鼓膨開漿的漿砌石護(hù)坡拆除，用厚50 cm 的C20抗硫酸鹽水泥混凝土砌石重新砌筑，護(hù)坡邊坡1∶1，基礎(chǔ)埋深2.5m。

6)對(duì)渡槽上游100m和下游60m變形滲漏的的連接段渠道拆除，澆筑與原渠道相同斷面的混凝土渠道。

4 除險(xiǎn)加固成效及結(jié)論

1)采用焊接無壓鋼管槽身替換總長(zhǎng)86m的原混凝土渡槽槽身，有效縮短了施工期，達(dá)到了多跨度槽身無縫連接，消除了結(jié)構(gòu)伸縮縫一貫存在的后期漏水問題。鋼管槽身的施工，能在場(chǎng)外加工制作后快速吊裝，免除了施工導(dǎo)流和混凝土澆筑養(yǎng)護(hù)等工作，既化解了渡槽施工與灌溉停水的矛盾，也減小了臨時(shí)占地用量，對(duì)環(huán)境影響度極小。

2)在槽身兩端各設(shè)置一道同管徑的鋼制伸縮節(jié)(鋼材選用Q235B級(jí)鋼)，既可提高大跨度槽身的變形適應(yīng)力，又減少了槽身伸縮縫，解決了眾多伸縮縫老化漏水處理難的矛盾。鋼制伸縮節(jié)的利用，既能補(bǔ)償渡槽軸向溫度變化引起的伸縮變形，又能吸收水流振動(dòng)對(duì)管道的影響，同時(shí)解決了安裝施工中誤差產(chǎn)生的長(zhǎng)度補(bǔ)償問題，鋼制伸縮節(jié)與搭接型、嵌縫型柔性材料伸縮縫工藝相比，具有拆卸方便、強(qiáng)度好、對(duì)溫度變化的適應(yīng)性強(qiáng)、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)勢(shì)，經(jīng)過兩年多的運(yùn)行觀測(cè)，伸縮節(jié)部位無滲漏、無松動(dòng)等不良問題。

3)充分利用無沉降未變形的原有排架的承臺(tái)和基礎(chǔ)，是降低施工導(dǎo)流和排水作業(yè)成本的有效措施之一。排架基礎(chǔ)是渡槽安全的重要保證，基礎(chǔ)施工中基礎(chǔ)排水和施工導(dǎo)流等因素是造成難度加大，拖延工期的最直接因素，有本渡槽既利用原有排架的承臺(tái)基礎(chǔ)，又保留排架柱根部50 cm高的結(jié)構(gòu)銜接段，有效提高了基礎(chǔ)施工工效，達(dá)到了排架安全、降低成本的成效。

4)設(shè)置交通安全隔離警示帶和安全限高反光提示牌，完善了安全運(yùn)行措施。有本渡槽施工結(jié)束后，在渡槽兩側(cè)邊墩上用反光材料嵌貼了醒目的安全隔離警示帶，使行人在生產(chǎn)活動(dòng)中對(duì)渡槽及排架的安全防護(hù)一目了然，同時(shí)在槽身底部懸掛了安全限高反光提示牌，使渡槽下部通道的過往行人和車通行輛防碰撞保安全的責(zé)任意識(shí)顯著提高。水利工程保護(hù)范圍和管理范圍劃界工作雖開展已久，但管護(hù)界碑大多設(shè)置在工程外圍邊界處，不能限制通行，達(dá)不到安全保護(hù)作用，對(duì)于具有通行要求的渡槽通道做好安全隔離警示和安全限高提示應(yīng)作為工程安全保障的必要措施。

甘州區(qū)有本渡槽除險(xiǎn)加固工程通過多跨槽身無縫連接，配合鋼制伸縮節(jié)施工，充分利用未沉降變形的原有排架承臺(tái)和基礎(chǔ)，在解決基礎(chǔ)排水、減少施工縫及縮短工期方面成效顯著，值得在混凝土渡槽除險(xiǎn)加固工程中借鑒。