玻璃钢渡槽在应急除险中的设计与应用

玻璃钢渡槽在应急除险中的设计与应用

渡槽是跨越铁路、公路、河流、山谷等重要设施的输水建筑，除了输水外还可排洪、导流等之用，是调水、供水和灌区工程中最常用的一种交叉建筑物，一般是渠系中的控制性建筑物。传统的钢筋混凝土渡槽结构轻便性能相对较差，同时槽身出现裂缝后较难修复。文章初步阐述了玻璃钢渡槽在应急除险加固工程的基本设计内容及在槽身裂缝修复中的应用，为以后类似工程的应急除险提供借鉴。

标签玻璃钢渡槽；应急除险；设计；应用

1 设计依据

近几十年，中国各地对灌溉引水工程做了大规模的建设，由于当时技术条件的限制，渡槽大都采用常规钢筋混凝土结构，经过多年运行，钢筋混凝土渡槽大都出现槽身渗水、碳化度高、筋网锈蚀、强度损失大的现象，某些地区甚至还出现排架倾斜、渡槽整体倒塌的情况。

根据20世纪90年代我国国家水文研究院提出的2000年及2025年全国需水量预测见表1。

表1 中国2000年、2025年需水量预测表

由此表可见，中国全国年需水量将由1990年的5520亿m3增加到2025年的10500亿m3，增加190％；其中灌溉用水由4600亿m3增加到7700亿m3，增加167％。其增长速度是十分惊人的。

同时，根据2011年中央一号文件的精神，中国政府在未来的一、二十年将加大对水利建设的投入。中国将大兴农田水利建设、加快推进小型农田水利重点县建设、加快推进南水北调东中线一期工程及配套工程建设、基本解决缺水城镇和人口较集中乡村的供水问题，中国将兴起建设水利工程的大潮。

综上情况，由于玻璃钢渡槽具有结构轻便、施工速度快、耐久性好等优势，其在应急除险加固工程中及下阶段规划建设中具有重要的应用前景。

2 玻璃钢渡槽的性能优点

2.1 耐腐蚀性

玻璃钢渡槽道能够抵抗酸、碱、盐、海水、未经处理的污水、腐蚀性土壤或地下水及众多化学流体的腐蚀。一般情况下钢管的使用年限为15年，铸铁管为5~10年，而玻璃钢渡槽的使用寿命可达到50年或更多。

2.2 防污抗藻

由于其具有光滑的内表面，同时能保持长期不变。因此，不会被介质中的各种微生物所寄附而产生水藻。而金属或水泥管会随着时间的推移而产生更多水藻。

2.3 耐热抗冻性好

玻璃钢渡槽的温度使用范围一般在－40℃~80℃之间，若先用特殊树脂其使用温度可达到更高。

2.4 工程寿命长，设计安全可靠

一般情况下，管道的设计安全系数在4以上，这样可保证产品使用的耐久性。据实验室的模拟实验结果其寿命长达50~100年。

2.5 摩擦阻力小，输送能力高

玻璃钢渡槽道内表面非常光滑，糙率系数小，水利系数C可长期保持在145~150范围内，经测试得到其水流摩阻损失系数f为0.000915，比混凝土管(f=0.00232)和钢管(f=0.00179)能显著减少沿程的流体压力损失，提高输送能力20％以上。因此，在输送能力相同时，工程可选用内径较小的玻璃钢渡槽道，从而降低一次性的工程投入，若采用同等内径的管道，玻璃钢渡槽道可比其他材质管道减少压头损失，节省泵的功率和能源（约30％~40％），减少长期运行费用。

2.6 耐磨性好

把含有大量泥浆、沙石的水，装入管子中进行旋转磨损影响对比试验。经30万次旋转后，检测管内壁的磨损深度如下：用焦油和瓷油涂层的钢管为0.53mm；经表面硬化处理的钢管为0.48mm；玻璃钢渡槽为0.21mm，由此可以证明其相当耐磨。玻璃钢虽然是非金属材料，但通过对工艺上的改进可使其抗冲击性显著提高，如：25#钢的抗冲击性为9J/cm2，40#为6J/cm2，45#为5J/cm2，玻璃钢的抗冲击性为25J/cm2 。

3 玻璃钢渡槽在应急除险中结构设计的内容及应用

玻璃钢渡槽在应急除险加固的主要应用有：一是采用预制完成的玻璃钢渡槽修复倒塌断裂的混凝土渡槽；二是采用玻璃钢材料修复出现裂缝的混凝土渡槽。

3.1玻璃钢渡槽在修复断裂倒塌的渡槽中结构设计的内容

玻璃钢渡槽由进出口段、槽身、支承结构和基础等部分组成，其中采用玻璃钢材料制成的槽身是玻璃渡槽结构设计的重点。

3.1.1进出口：包括进出口渐变段、与两岸渠道连接的槽台、挡土墙等。其作用是使槽内水流与渠道水流平顺衔接，减小水头损失并防止冲刷。

3.1.2槽身:主要起输水作用，对于梁式、拱上结构为排架式的拱式渡槽，槽身还起纵向梁的作用。槽身横断面形式有矩形、梯形、U形、半椭圆形和抛物线形等，常用矩形与U形。横断面的形式与尺寸主要根据水力计算、材料、施工方法及支承结构形式等条件选定。也有的渡槽将槽身与支承结构结合为一体。

玻璃钢渡槽一般采用U形断面形式，槽身内力的计算与常规混凝土渡槽槽身计算的方法一致，均按平面梁理论对渡槽槽身的纵横向两个平面进行计算。同等荷载条件下，内力计算成果主要取决于玻璃钢材料的环向、轴向抗拉强度、抗剪切强度及弹性模量。

玻璃钢渡槽槽身一般在工厂内分段预制而成，槽身的各向物理性能指标，在出厂前都应按照设计要求进行检测。

3.1.3支承结构：其作用是将支承结构以

上的荷载通过它传给基础，再传至地基。玻璃钢渡槽的支撑结构跟常规渡槽支撑结构一致，分为梁式、拱式、梁型桁架式及桁架拱（或梁）式以及斜拉式等。梁式渡槽的支承结构有重力式槽墩、钢筋混凝土排架及桩柱式排架等。拱式渡槽的支承结构由墩台、主拱圈及拱上结构组成。槽身荷载通过拱上结构传给主拱圈，再由主拱圈传给墩台。根据拱上结构形式的不同，拱式渡槽又可分为实腹式及空腹式两类。桁架拱式渡槽按结构特征和槽身在桁架拱上位置的不同，可分为上承式、下承式、中承式和复拱式四种。斜拉式渡槽支承结构由塔架与塔墩（或承台）组成，并由固定在塔架上的斜拉索悬吊槽身。

3.1.4基础：为渡槽下部结构，其作用是将渡槽全部重量传给地基。玻璃钢渡槽基础一般采用现浇混凝土基础。由于玻璃钢渡槽槽身较为轻便，故对建筑场地地基条件要求较为宽松，应用地区较为广阔。

3.2 玻璃钢在修复混凝土渡槽裂缝中的应用

渡槽槽身裂缝的产生实质上是槽身材料强度不足，因而需通过提高结构强度或降低结构应力加以解决。对于薄壳渡槽，采用外环氧玻璃钢对出现裂缝的槽身进行表层包覆从而提高结构强度在实际工程中具有很好的实用性。

工程应用实例：某县境内的渡槽全长为54m，共9跨，10个支撑墩，渡槽