昌源河渡槽改建及排架加固处理措施

昌源河渡槽改建及排架加固处理措施

【摘要】昌源河渡槽是汾河灌区二坝东干渠上的一条较大的输水渡槽，全长97.2m，由6节跨度16.2m的槽身组成，设计流量10m3/s，槽身形式为3m×1.85m 矩形断面，为排架支撑的双伸臂梁结构。由于工程运行已50年左右，目前渡槽混凝土剥蚀、露筋、渗漏等现象较为严重。本文分析了原有渡槽结构形式和运行多年来存在的问题，并对渡槽改建方案进行了比较，在确定改建的基础上，从渡槽水力计算、槽身纵横断面结构设计、槽身止水设计、排架加固等方面提出了相应的处理措施，并阐述了设计中应予以注意的问题，以期给类似工程以借鉴。【关键词】渡槽双伸臂梁结构槽身接缝止水排架加固后灌注粘钢法

1 渡槽基本情况

昌源河渡槽位于山西省汾河灌区二坝东干渠上，祁县苗堡村南，桩号（23+035），是二坝东干渠中下游输水的咽喉要道，设计流量10m3/s，正常水位1.4m，渡槽长97.2m，由6节跨度16.2m的槽身及进、出口连接段组成，槽身形式为3m×1.85m矩形断面，为排架支撑的双伸臂梁结构。

汾河二坝东干昌源河渡槽工程始建于1957年，由于工程年代久远，有关的工程早期的设计勘察和施工资料查找不到。根据有关人员的回忆和参照类似工程进行比较分析，工程施工和混凝土浇筑成型期应为1957年~1958年间，混凝土工程的实际龄期应在52年~53年左右。对二坝东干昌源河渡槽的设计等级大致估计为：工程估计为Ⅴ等，建筑物级别估计为5级，混凝土强度的设计等级估计至少应为C10或C10以上。

2 渡槽现状

目前渡槽存在以下问题：

1)槽身裂缝较多，渗漏损失严重

经结构表面裂缝检查，其中长度超过30cm的较长裂缝为19条，30cm以下较大的裂缝也有约50多条，并且与露筋一同存在。渡槽槽底因裂缝而产生的渗漏现象较为严重，虽经过修补，但渗漏现象依然严重。槽底因裂缝而产生的渗漏部位有12处，其中渗漏较为严重的裂缝部位有6处，渗漏处的裂缝长度一般在40cm~120cm之间。

据工程当地的管理人员讲，渡槽下河道内存的积水全部为渗漏的积水，在渡槽运行时渗漏现象较为严重。

2）砂石骨料、钢筋暴露

渡槽混凝土表面的砂石骨料、钢筋暴露现象严重。经过检查和统计，汾河二坝东干昌源河渡槽上不同程度的砂石骨料暴露，露筋达70余处。露筋现象遍布渡槽的槽身、渡槽混凝土拉杆、槽身底板以及排架支撑结构处。部分结构的钢筋甚至整体悬空暴露在外，严重锈蚀，并且与裂缝现象一同存在。

3）结构表面侵蚀剥落严重

结构表面检查发现：汾河二坝东干昌源河渡槽结构表面的整体侵蚀破坏严重。其中，水位变动部分混凝土表面剥落严重，部分砂石骨料暴露，主要位于渡槽内部的槽身下部和底板处，计有25处出现不同程度的表面剥落现象，砂石骨料暴露。渡槽由钢筋混凝土排架结构支撑，钢筋混凝土排架表面剥落也较为严重。

3 加固改造方案

渡槽改造进行了三个方案的比较，第一方案只对槽身做改建，排架部分做加固处理；第二方案全部拆除重建；第三方案改做倒虹。

第一方案：由于槽身破损严重，对槽身进行拆除重建，断面尺寸及结构形式与原设计相同，对排架进行凿毛加固，加固厚度为0.15m。本方案主体工程总投资223.07万元，建筑工程投资156.83万元。

第二方案：拆除重建，断面尺寸及结构形式与原设计相同。工程总投资276.68万元，建筑工程投资185.61万元。

第三方案：由于渡槽存在阻水问题，将渡槽改建为倒虹，目前渡槽进出口高差为0.19m，根据水力计算，当通过设计流量时，需要2孔净尺寸为3*1.85m的倒虹。壁厚0.4m。倒虹埋深2.0m，由于没有埋于冲刷深度以下，所以在主槽用铅丝石笼护底。工程总投资417.38万元，建筑工程投资297.05万元。

以上三方案倒虹方案水头损失较大，工程施工中不可预见因素较多，工程投资也较大；一、二方案区别主要在于排架拆除重建与维修加固，考虑到该段河槽淤积层较厚，基础埋置较深，且多年运行后基础沉降已稳定，排架河底以上部分仅存在部分混凝土脱落、钢筋外露的问题，容易维修加固，为了减少施工工期，节约投资，建议采用第一方案，即对槽身进行拆除重建，排架采用在原基础上维修加固的处理方式。

3 渡槽改建设计

一、渡槽级别

对应于新建、改建和扩建的灌溉与排水工程中的渡槽，其级别按照GB50288-99《灌溉与排水工程设计规范》中第2.0.6条“灌排建筑物分级指标”的规定，根据渡槽的过水流量大小加以确定。昌源河渡槽过水流量10m3/s，对应工程级别为4级。

二、渡槽总体布置

根据方案比较，本次渡槽改建仅对槽身拆除重建，下部排架维修加固处理。因此渡槽轴线位置、跨度、总长度均与原渡槽保持一致。根据运行管理需要，在渡槽进口处增设节制闸和退水闸，方便渡槽检修。并对渡槽两侧墩台拆除重建，昌源河河底清淤、防护。

三、渡槽水力设计

渡槽水力计算的目的是通过计算确定与水流条件有关的各部分的布置形式、尺寸和高程。具体任务是：1、选定合理的槽身纵坡；2、确定槽身断面尺寸；3、通过水头损失和水面衔接计算，确定渡槽进出口高程与连接形式。

由于排架不动，渡槽纵坡按原设计纵坡，为1/1000。渡槽设计过流能力10m3/s，渡槽断面过流能力计算根据槽身长度L与渡槽进口前上游渠道水深h1的不同比值，分别采用明渠均匀流公式（L＞15h1）和淹没宽顶堰流公式（L≤15h1）计算。本工程L=97.2m，h1=1.8m，因此采用明渠均匀流公式计算：

Q=1/n*AR（2/3）i（1/2）

式中：Q为渡槽的过水流量（m3/s）；A为槽身过水断面面积（m2）；R为水力半径（m）；i为槽底比降；n为槽身糙率，钢筋混凝土槽身取0.015。

经计算，槽身净宽3.2m，净高2m，最大水深1.65m。

渡槽总水头损失采用能量法计算。

△Z=Z1+Z2-Z3

Z1=（1+∑ζ1）（v2-v12）/2g+J1-2L1

Z2=iL

Z3=（1-∑ζ2）（v2-v22）/2g+J1-2L2

式中：

Z1、Z2、Z3分别为进口段、槽身段、出口段水面降落值；

∑ζ1、∑ζ2分别为进口段、出口段局部水头损失系数之和；

J1-2、J1-2分别为进、出口渐变段平均水力坡降；

v、v1、v2分别为上游、槽身、下游断面平均流速；

L、L1、L2分别为上游、槽身、下游渐变段长度。

经计算，渡槽总水头损失0.2m，满足要求。

四、渡槽结构型式

由于保留排架不动，渡槽槽身纵向支承型式采用与原设计相同的等弯矩双悬臂梁形式，共6节，每节跨长16.2m，两侧悬挑部分各长3.3m，中间跨9.6m。其优点是跨度大，为超静定结构，在匀布荷载作用下，跨中正弯矩等于支座负弯矩，弯矩的绝对值较小，可节省钢材用量。缺点是槽身长度大、重量大，施工吊装困难，本工程采用现