渡槽安全评价初探

方向
顺槽向 横槽向 顺槽向 横槽向
工况编号
１ ２ ３ ４
结构自重
√ √ √ √
荷载
槽内水重 风载
√
√
√
√
√
√
人群
√ √
地震荷载 水平惯性力
√ √
３）计算结果。
经建模分析计算，排架基础配筋不满足要求。
３．４ 渡槽槽身稳定及排架基底承载力计算
１）计算原则。
根据设计资料和现场检测知，４号排架基础为砂质土，
定性进行计算。
２）计算结果。
经计算，槽台整体稳定和地基承载力满足规范要求。
４ 安全评价结论
该渡槽过流能力 不 满 足 原 设 计 要 求；止 水 老 化 有 裸 露 渗水现象；抗震能力不满足现行规范要求；槽身混凝土存在 裂缝，钢筋锈蚀，耐久 性 严 重 恶 化，混 凝 土 结 构 配 筋 不 满 足 现行规范要求、强度不满足原设计要求；钢板支座全部严重 锈蚀。
（１．天津市北洋水运水利勘察设计研究院有限公司，天津 ３００４５２； ２．神华黄骅港务有限责任公司，河北 沧州 ０６１０００； ３．天津大学建筑工程学院，天津 ３００３５０）
摘 要：装船机轨道的断裂受到多种因素的影响，轨道自身材质原因、焊接过程的影响、轮压分配不均匀导致超载、下部支撑系统
不均匀等。通过现场测试装船机正常作业时轨道的工作应变，以文科勒地基模型为基础，建立实时轮压的修正计算公式，结合下
１ 现状调查
该渡槽位于 南 方 某 大 型 灌 区 东 干 渠 上，１９６８年 竣 工， 设计纵坡比为 １／５００，过流能力 ７０．９ｍ３／ｓ，加大过流能力 ７８．０ｍ３／ｓ，建 筑 物 全 长 １３７ｍ，其 中 进 口 长 １７ｍ，出 口 长 ３０ｍ，槽身段长 ９０ｍ（共 ６跨，每跨长 １５ｍ，跨间止水为四 油三毡）。槽身为“Ｕ”形薄壁结构，净高 ３．５ｍ（其中内半 径 ２．１ｍ，直墙净高 １．４０ｍ），净宽 ４．２ｍ，直墙壁厚 ０．１２ｍ， 钢筋保护层厚度为 ２ｃｍ，混凝土强度为 Ｃ２５。每跨设 １１道 拉杆（跨两端拉杆宽 ０．４０ｍ，其他拉杆宽 ０．１５ｍ，拉杆高均 为 ０．１５ｍ）。槽身右侧设置有检修桥，检修桥宽 １．０ｍ，桥 两侧均设置有混凝土连续墙式栏杆。该渡槽共有 ７个 墩 （编号依次为 １号 ～７号）支撑，其中进、出口为浆砌石墩， 槽身段为 ５个混凝土墩（排架 ＋基础）。排架高度 ３．８ｍ～ ８．８ｍ，混凝土强度为 Ｃ２０，钢筋保护层厚度为 ３ｃｍ。基础 混凝土强度为 Ｃ１０，钢筋保护层厚度为 ５ｃｍ。２号、３号墩 地基为弱风化花岗岩，其他墩地基为土质砂，详见图 １。
１）计算原则。
上游槽台即 １号渡槽基础，基础地质条件为弱风化岩
石。槽台台高为 ２．０ｍ，台帽高 ０．３ｍ，宽 ０．５ｍ，台 帽长
３．８ｍ，上游面为竖直，下游面坡度为 １∶０．３３，基础设台座，
台座厚度 ０．５ｍ，底面尺寸 １．８ｍ×５．０ｍ（宽 ×长），槽台台
身为 Ｍ５０号浆砌石结构。本次计算主要对槽台顺槽向稳
第２０４７２卷１年第 １２期月
山 西 建 筑
ＳＨＡＮＸＩ ＡＲＣＨＩＴＥＣＴＵＲＥ
ＪＶａｏｎｌ．． ４７２Ｎ０２ｏ１．２
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·水利工程·
文章编号：１００９６８２５（２０２１）０２０１６９０３
渡槽安全评价初探
范秦军 彭丽敏 鲁 辉
（黄河勘测规划设计研究院有限公司，河南 郑州 ４５０００３）




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２ 现场检测 ２．１ 方法技术
１）外观质量检 测。 利 用 直 观 量 测、外 观 描 述 和 拍 照 及
局部打开验证的方法对该渡槽相关结构的外观质量进行检 测。所用主要工具有：数码相机、钢卷尺、游标卡尺、裂缝宽 度检测仪、裂缝深度检测仪等。
综上所述，该渡 槽 存 在 重 大 安 全 隐 患，可 修 复 性 差，评 定为Ⅳ类。建议尽快按有关规定处理。 参考文献： ［１］ 黄春华．渡 槽 安 全 鉴 定 若 干 问 题 的 思 考 ［Ｊ］．广 东 水
利水电，２０１１（５）：１１１３． ［２］ ＳＬ２１４—２０１５，水闸安全评价导则［Ｓ］．
摘 要：渡槽安全评价目前尚无相关办法、规范，参照水闸安全评价思路，通过现状调查、现场检测、复核计算分析，对南方某大型
灌区东干渠上的渡槽开展了安全评价，具有一定的说服力，解决了工程实际问题，为类似水工建筑物的安全评价做出了一个有益
的尝试。
关键词：渡槽，安全评价，现场检测
中图分类号：ＴＶ６７２．３
文献标识码：Ａ
收稿日期：２０２００９２３ 作者简介：范秦军（１９６９），女，硕士，高级工程师
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第 ４７卷 第 ２０２１年
１２期月 山
西
建
筑
５个排架上的 ２０块钢板支座全部严重锈蚀、剥离。 ３）地基。 ４号墩地基表层土质砂承载力特征值 １７０ｋＰａ，下伏弱 风化花岗岩特征值 ４８００ｋＰａ。勘察深度范围内揭露细粒 土质砂，初判为不液化土层。
震设防烈度为 ７度，基本地震加速度值为 ０．１ｇ；槽身内水体
的地震惯性力，参考类似工程，横槽向按 ０．７的折减系数考
虑，横槽向按 ０考虑。基本风压按照当地 ５０年一遇的风压 值取值，取 ０．７ｋＮ／ｍ２，按照高耸结构计算，基本风压值乘
以 １．１系数。
表 １ 计算工况荷载组合表
条件 基本组合 特殊组合
６．８７ＭＰａ，实 测 混 凝 土 标 号 轴 心 抗 压 强 度 设 计 值 ｆｃ ＝ １１．８２ＭＰａ，满足设计需求。
４号 排 架 基 础 最 大 基 底 应 力 均 超 过 地 基 检 测 值
１７０ｋＰａ，不满足设计要求；３号排 架深不满足规范要求。
３．５ 渡槽上游槽台基底承载力计算
部支撑系统条件，从钢轨受力的不均匀性给出装船机轨道断裂的原因分析。
关键词：轨道断裂，文科勒地基模型，轮压分配，超载
中图分类号：Ｕ６５３．９２８
文献标识码：Ａ
１ 概述
黄骅港三、四期泊 位 工 程 装 船 机 轨 道 在 运 行 不 长 的 时 间内，出现了裂缝、甚 至 断 裂 的 情 况，现 场 调 查 发 现 还 出 现 钢轨下部胶泥层损 坏 下 沉、胶 垫 板 挤 出 的 现 象。 统 计 发 现 钢轨大多数破坏形 式 为 弯 曲 型 断 裂，其 次 为 剪 切 型 和 接 头 发生破坏。严重影响了港口的安全生产和效益发挥。以此 为背景，从上部荷载、下 部 支 撑 系 统、轨 道 自 身 状 况 的 角 度 分析轨道断裂原因，尤 其 是 通 过 现 场 测 试 钢 轨 在 装 船 机 正 常工作下的应力应变，以文科勒地基模型为基础，建立实时 轮压的修正计算公 式，从 钢 轨 受 力 不 均 匀 性 影 响 给 出 装 船 机轨道断裂的原因 分 析，为 类 似 工 程 钢 轨 设 计 和 选 型 提 供 技术参考。 ２ 装船机轨道系统
３ 复核计算分析
３．１ 过流能力计算 １）计算理论。渡槽过流能力计算公式： Ｑ＝ＡＲｎ２／３槡ｉ。 其中，Ｑ为输 水 流 量，ｍ３／ｓ；Ａ为 过 流 断 面 面 积，ｍ２；Ｒ
为水力半径，ｍ；ｉ为渡槽纵坡降，根据现场检测为 １／８７０；ｎ 为糙率，取值 ０．０１４。
２）计 算 结 果。 渡 槽 满 槽 过 流 情 况 下，过 流 能 力 为 ３５．８２ｍ３／ｓ。不满足设计要求。 ３．２ 上部结构计算
１）计算原则。 上部结构计算主要指 Ｕ型槽身纵向结构计算和横向 结构计算，槽身属于薄壳结构。 Ｕ型槽纵向，跨宽比为 ３．０６，属于中长壳结构。将其横 截 面 简 化 为 工 字 形，槽 身 为 简 支 受 弯 结 构 梁，进 行 结 构 计 算，求出梁横截面正应力及受拉区的总拉力，梁的总拉力全 部由钢筋承担。 Ｕ型槽横向，槽壳作为一次超静定曲杆框架结构，用力 法先求出横杆的多 余 未 知 力，然 后 利 用 静 力 平 衡 方 程 式 计 算各截面的弯矩及轴力。槽身横向各截面内力分别为偏心 受压或偏心受拉构 件，以 最 大 负 弯 矩 及 最 大 正 弯 矩 截 面 作 为计算的控制截面，分别进行槽壁的配筋和抗裂计算。 ２）计算结果。 ａ．纵向：根据现行规范计算，承载力极限状态配筋面积 应为 ７１２４ｍｍ２。设计槽底受拉钢筋面积为 ７７４７．１７ｍｍ２， 根据现场检测，有效受力面积折减为设计面积的 ８４％，折 减后有效配筋面积为 ６５０７．４８ｍｍ２；计算正常使用极限状 态最大拉应力为 ２．５７ＭＰａ，大于槽身混凝土强度实测标号 最大拉应力允许值 １．１６４ＭＰａ；抗裂不满足要求。 槽身纵向 挠 度 计 算 值 为 ２．１７ｍｍ，小 于 设 计 允 许 值 ２９．４，满足要求。 ｂ．横向：槽身 １５°截面弯矩标设计较大，外侧受拉，拉 应力设计值较大，计算配筋面积应为 ４４７．６ｍｍ２。设计配 筋 面 积 为 ５１４．０９ ｍｍ２，折 减 后 有 效 配 筋 面 积 为 ４３１．８４ｍｍ２；计算正常使用极限状态，槽身 １５°截面边缘拉 应力应为 １．３４ＭＰａ，大于槽身混凝土强度实测标号最大拉 应力允许值 １．１６４ＭＰａ；抗裂不满足要求。 ３．３ 下部结构计算 １）计算模型。 ３号排架高度最高，具有代表性，本次选用 ３号排架作 为计算目标建模，对其下部结构稳定安全进行计算，计算采 用结构力学方法进行（见表 １）。 ２）荷载计算。 由于渡槽过流能 力 较 小，与 其 上 下 游 渠 道 设 计 过 流 能 力不匹配，渡槽内水位按满槽水计算，水深 Ｈ＝３．３５ｍ；地
４）地基检测。通过现场钻探，并取样进行室内土工试验 可对场地进行评价，同时可计算出相关岩土物理力学参数。 ２．２ 主要检测结果
１）混凝土结构。 ａ．槽身段现状纵坡比为 １／８７０，不满足原设计 １／５００的 要求；槽 内 水 位 ２．７ｍ 高 时 各 跨 跨 中 挠 度 为 ０．８ｍｍ ～ ４．２ｍｍ，满足规范要求。 ｂ．槽内露筋 １３处，２跨、３跨、４跨经检测钢筋已锈蚀， 有效受力面积折减为原设计的 ８４．０％；拉杆露筋 ２处；检修 桥桥板露筋 ８处、栏杆露筋 ３处；槽内存在裂缝 ３３条，多集 中在止水附近，裂缝宽度为 ０．２０ｍｍ～４．００ｍｍ，一般发育 深度超过 ２０ｍｍ；钢筋保护层厚度平均值 １７ｍｍ～２３ｍｍ， 槽底局部露筋，不满足现行规范要求，２跨、３跨保护层厚度 不满足原设计要求；槽外存在裂缝 ２９条，个别裂缝有渗水 现象。 １跨、６跨经检测共存在混凝土不密实 ５处。槽身段混 凝土强度推定值在 １３．５ＭＰａ～１４．８ＭＰａ之间，槽身段混凝 土强度不满足原设计要求。 止水老化，裸露 ３处，槽外渗水 ２处。 ｃ．排架混凝土强度推定值在 １７．０ＭＰａ～２３．３ＭＰａ之 间，排架混凝土强度不满足原设计要求。 ｄ．基础混凝土强度推定值在 １３．５ＭＰａ～１５．５ＭＰａ之 间，基础混凝 土 强 度 满 足 原 设 计 要 求。３号 基 础 位 于 河 床 中，长期受河流冲刷 已 完 全 暴 露 于 河 水 中，无 安 全 埋 深，存 在较大安全隐患。 ２）金属结构。
２）变形观测。利用 测 绘 仪 器 对 槽 身 段 进 行 观 测，与 相 关设计参数进行对比或停水期间、通水时测量值进行对比， 观测槽身现状纵坡比、挠度。
３）混凝土结构技术检测。采用回弹法检测混凝土抗压 强度，利用钢筋位置测定仪检测钢筋保护层厚度，采用半电 池电位法来定性评 估 混 凝 土 结 构 中 钢 筋 锈 蚀 程 度，采 用 超 声法检测混凝土内部是否存在缺陷。
０ 引言
某渡槽运行年代久远，受业主委托，我单位对该渡槽进 行安全评价。目前，渡 槽 安 全 评 价 尚 无 法 定 依 据。 结 合 国 内相关文献报 道，经 业 主 同 意，参 照 《水 闸 安 全 评 价 导 则 》 的评价思路，通过现 状 调 查、现 场 检 测、复 核 计 算 分 析 对 该 渡槽开展安全评价。
第２０４７２卷１年第 １２期月
山 西 建 筑
ＳＨＡＮＸＩ ＡＲＣＨＩＴＥＣＴＵＲＥ
ＪＶａｏｎｌ．． ４７２Ｎ０２ｏ１．２
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文章编号：１００９６８２５（２０２１）０２０１７１０３
黄骅港三期装船机轨道断裂原因分析
程 林１ 孙治林２ 严加宝３ 刘 超２
基础承载能力较低；３号排架高度最高，基础为半风化和完
整岩石基础，基础 被 水 冲 刷，完 全 裸 露；均 具 有 代 表 性。 本
次计算选用 ４号排架和 ３号排架作为计算目标，对渡槽整
体稳定及基底承载力进行计算。
２）计算结果。
经计算，槽身抗滑稳定满足要求。
经计算，每 跨 渡 槽 过 流 时 排 架 柱 截 面 最 大 压 应 力