有本渡槽除險加固工程槽身設計方案對比

陳海牛

（張掖市甘州區大滿水利電力管理處，甘肅 張掖 734000）

1 工程概況

跨越山丹河主河道的輸水建筑物有本渡槽，距山丹河出口2 km，張掖市城北10 km。負擔靖安鄉的灌溉任務，控制的有效灌溉面積為0.09 萬hm2，屬黑河盈科灌區，烏江水管所管理。有本渡槽建成于1983 年，渡槽主跨共7 跨，每跨10 m，為簡支梁式渡槽。渡槽槽身總長為86 m，主跨長70 m，進出口連接段槽身各8 m，其中渡槽進出口漸變段均為5 m長混凝土結構，兩端分別有一個混凝土重力式邊墩。主跨段支撐為單排架結構，共有6排，排架基礎為樁基混凝土承臺，承臺為鋼筋混凝土結構，渡槽槽身為簡支梁式，7 跨，每跨10 m，縱坡1/500，可通過流量1.50 m3/s，槽殼為U 形薄殼槽身，為C20 鋼筋混凝土結構，頂部設有混凝土拉桿。

2 現狀存在的問題

有本渡槽工程經主要結構安全檢測和復核計算，復核結論如下，①渡槽身兩端接縫處因凍融風化等作用下，混凝土碳化，混凝土剝蝕開裂，鋼筋外露，已無法加固安裝止水，漏水嚴重，基本無法使用。②6幅排架墩帽因凍融風化等作用下，不同程度混凝土碳化，混凝土剝蝕開裂，鋼筋外露，特別是5號和6號排架墩帽凍融風化、混凝土碳化剝蝕脫落，鋼筋外露，結構破壞相對嚴重。③1號至6號排架柱均有縫寬1 cm豎向裂縫，裂縫隨著逐年凍融有擴大趨勢，環向箍筋斷裂，嚴重威脅渡槽的安全。④下部排架承臺結構完好，未發現沉降等現象，功能完好。⑤渡槽上下游漸變段及部分有本干渠渠底裂縫漏水，渠道止水脫落，漏水嚴重，渠道下滲水凍融等侵蝕作用嚴重威脅渡槽槽身及邊墩的安全。⑥兩邊墩漿砌石護坡脫漿開裂，砌石松動脫落，基本失去防護作用。⑦渡槽槽身拉桿局部混凝土碳化剝蝕，鋼筋外露，基本失去作用，槽頂的人行便橋蓋板破損缺失。⑧渡槽下漫水橋砌石坍塌，路面破損，且漫水橋四季有徑流，行人難以通過，路面失去作用。

3 加固方案

根據安全復核結論及主要存在的問題，需對渡槽進行加固處理。除險加固措施為：①拆除渡槽槽身，更換渡槽槽身。②對排架進行拆除重建。③對渡槽兩邊墩漿砌石護坡拆除重新砌筑。④對渡槽上游長100 m，下游長60 m的有本干渠的混凝土渠及墊層拆除，重新襯砌加固。⑤對渡槽下漫水橋進行加固。

4 槽身方案對比及結論

根據工程現狀及工作內容，渡槽槽身存在的主要問題是渡槽止水年久失修，渡槽無止水，漏水嚴重。渡槽身兩端接縫處因凍融風化等作用下，混凝土碳化，混凝土剝蝕開裂，鋼筋外露，強度不滿足承載力要求，已無法加固安裝止水，漏水嚴重，基本無法使用；渡槽槽身拉桿局部混凝土碳化剝蝕，鋼筋外露，基本失去作用，槽頂的人行便橋蓋板破損缺失，槽身基本報廢。現主要對槽身加固方案進行對比：

方案一：拆除原槽身，按原槽身斷面重新澆筑C30 鋼筋混凝土薄殼槽身。渡槽槽身為簡支梁式，槽殼為U 形薄殼槽身，設計縱坡為1/500，槽凈高1.30 m，底弧半徑0.80 m，直墻段高0.50 m。渡槽身總長為86 m，其中主跨為7 跨，單節槽身長10.00 m，兩端各8 m 長的連接段槽身。槽身斷面采用原設計斷面，槽殼為U 形薄殼槽身，槽凈高1.30 m，底弧半徑0.80 m，直墻段高0.50 m，槽殼厚10 cm，口寬1.60 m，槽身整體用現澆C30 鋼筋混凝土結構，抗滲標號W8、抗凍標號F200，采用抗硫酸鹽水泥。頂部設有混凝土拉桿（截面為10 cm×10 cm），間距2 m，拉桿間蓋有厚6 cm的鋼筋混凝土板，作為人行便橋，兩側頂部設有1.20 m高的鋼管護欄，見圖1。

圖1 方案一排架及槽身圖

方案二：拆除原槽身，采用焊接無壓鋼管槽身。渡槽槽身設計縱坡為1/500，槽身總長為86 m，為Φ1200鋼管，壁厚12 mm，其中主跨為7 跨，每跨10 m，兩端各8 m 長的連接段槽身。輸水設計流量為2.00 m3/s。在上游端的邊墩外連接段上設1 套Φ1200 伸縮節，鋼材選用Q235B 級鋼。管道頂部焊接工作便橋，其橋寬1.20 m，橋踏板為厚10 mm寬1.20 m鋼板，兩側每隔1 m設一角鋼∠40×4 mm焊接在鋼管上，中部支撐管頂，頂部兩側設有鋼管護欄，護欄高1.20 m，見圖2。

圖2 方案二排架及槽身圖

渡槽水力計算：渡槽槽身為簡支梁式，槽身為Φ1200鋼管，壁厚12 mm，設計縱坡為1/500。

根據《灌溉與排水渠系建筑物設計規范》，該渡槽長度86 m，上游渠道水深為1 m，渡槽長度與上游渠道水深之比大于15倍，應按明渠均勻流公式計算。

式中：Q-渡槽過水流量，m3/s；n-糙率系數，取0.011；A-槽身過水斷面面積，m2；R-水力半徑，m；i-槽身比降，1/500。

通過計算，渡槽過水流量為2 00 m3/s，大于有本干渠的現有流量1.50 m3/s，這充分考慮了灌區現狀輸水量的要求，與灌區今后的發展，輸水流量的增加，水力計算按無壓管計算，管內凈空面積按15%考慮，所以當管徑為Φ1 200時，渡槽過水流量完全滿足要求，見表1。

表1 渡槽過水流量復核成果表

渡槽槽身結構設計。渡槽槽身設計縱坡為1/500，槽身總長為86 m，為Φ1 200鋼管，壁厚12 mm，其中主跨為7跨，每跨10.00 m，兩端各8 m長的連接段槽身。輸水設計流量為2.00 m3/s。在上游端邊墩外連接段上設1 套Φ1200 伸縮節，鋼材選用Q235B級鋼。管道頂部焊接工作便橋，其橋寬1.2 m，橋踏板為厚10 mm寬1.20 m鋼板，兩側每隔1 m設一角鋼∠40×4 mm焊接在鋼管上，中部支撐管頂，頂部兩側設有鋼管護欄，護欄高1.20 m。

鋼管的防腐設計。槽身鋼管選用Q235B 級鋼材。采用噴射方法對鋼管表面除銹預處理，噴射處理的磨料必須干燥、清潔。金屬磨料應附合（GB6468～6487）規定，磨料粒徑范圍應在0.50～1.50 mm 內。其它要求按《水工金屬結構防腐蝕規范》執行。表面清潔度、粗糙度的評定，應在光照充足的條件下進行。鋼管的防腐采用涂料保護。壓力鋼管內涂層為兩層，底層采用125 um環氧瀝青厚漿型防銹底漆；面層采用厚125 um環氧瀝青厚漿型防銹面漆。鋼管外涂層為三層，底層涂環氧富鋅，厚50 um；中間層涂環氧云鐵，厚100 um；面層涂氯化橡膠，厚100 um，見表3。

表3 方案投資比較表

方案比較：根據兩個方案設計的特點，現澆混凝土薄殼槽身與鋼管槽身的優缺點有如下幾點：①用鋼筋混凝土槽身，僅槽身部分工程投資為59.86萬元，而用鋼管槽身，槽身部分投資為58.52萬元，相比之下鋼筋混凝土槽身投資相對較大。②混凝土槽身施工工期長，有限的停水期短，短期內難以完成，影響灌溉；鋼管槽身定制好后現場安裝，施工期短。③混凝土槽身澆筑施工使用滿堂腳手架及模板，施工難度大；鋼管槽身現場吊裝，施工簡單。④混凝土槽身澆筑需要河床導流，費用增加；鋼管槽身現場吊裝不需要導流，費用小。⑤混凝土槽身澆筑工期長施工范圍大臨時占地面積大，對環境影響大，水土保持投資大。鋼管槽身施工期短，臨時占地小，對環境的影響小，水土保持基本不需費用。

綜上所述，鋼管槽身較優，所以此次有本渡槽槽身加固推薦方案二鋼管槽身加固方案。