荊州市洈水灌區(qū)洛河渡槽應(yīng)急除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)

年夫喜

（湖北省水利水電勘測設(shè)計(jì)院 武漢 430070）王聯(lián)芳 曾平（荊州市洈水工程管理局 荊州 434000）

1 工程概況

洈水灌區(qū)位于湖北省荊州市西南部洈河流域的中下游，地處東徑 111°14′～112°02′、北緯 29°53′～30°22′之間，灌區(qū)西靠洈水水庫，東抵松滋西河，北至木天河，南以湖南涔水為界，東西長46km，南北寬34km，總面積約1300km2。洈水水庫灌區(qū)于1967年開灌，設(shè)計(jì)灌溉面積3.47萬hm2，有效灌溉面積3.33萬 hm2。

洛河渡槽是洈水灌區(qū)的一個(gè)關(guān)鍵性大型建筑物，擔(dān)負(fù)著渡槽下游0.85萬hm2耕地的工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用水任務(wù)，在洈水灌區(qū)中具有重要地位。該渡槽于1967年6月建成，設(shè)計(jì)流量15.1m3/s，相應(yīng)過水深2.37m。渡槽槽身為鋼筋混凝土U形槽，半圓直徑3.0m，直線段長1.35 m，縱坡降1/750。渡槽全長225m，有混凝土墩15個(gè)、重力式漿砌石槽墩4個(gè)，平均墩高8.2m，最高12.9m。槽身18跨，跨度12m，槽身高2.65m、寬3.8m，過水?dāng)嗝婷娣e6.1m2。

經(jīng)過40多年的運(yùn)行，渡槽老化破損嚴(yán)重，槽身混凝土表面有大量裂縫，碳化嚴(yán)重，鋼筋裸露銹蝕嚴(yán)重；伸縮縫止水損壞，漏水嚴(yán)重；現(xiàn)有7個(gè)槽墩出現(xiàn)了較大的不均勻沉降，致使槽身向河道上游偏移、錯(cuò)位，實(shí)測偏移最大值達(dá)0.5m。

2 險(xiǎn)情分析

2009年8月3日16時(shí)30分，洛河渡槽在正常的灌溉輸水過程中，第5節(jié)（從下游計(jì)）槽身槽底混凝發(fā)生垮塌事故。事故發(fā)生后，相關(guān)單位及時(shí)趕赴現(xiàn)場，進(jìn)行事故搶險(xiǎn)，并連夜召開會(huì)議，研究搶險(xiǎn)應(yīng)急方案。經(jīng)現(xiàn)場勘測，裂縫最寬處達(dá)0.6m，平均寬度0.4m，長12m；渡槽槽身混凝土厚10cm，內(nèi)外層混凝土碳化深度達(dá)3cm。渡槽槽身環(huán)向鋼筋銹蝕嚴(yán)重，且已斷裂，縱向受力鋼筋完好。現(xiàn)場對其他段槽身進(jìn)行檢測發(fā)現(xiàn)，多節(jié)槽身存在貫穿裂縫（有水紋痕跡，痕跡處混凝土呈灰黑色），詳見圖1、圖2。

圖1 槽身縱向裂縫

圖2 槽身環(huán)向鋼筋拉斷

以上勘測結(jié)果顯示：

a.渡槽建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)偏低且年久失修是本次險(xiǎn)情發(fā)生的主要原因。洛河渡槽于1966年開工建設(shè)，1967年建成運(yùn)行至今，受當(dāng)時(shí)的歷史條件限制，建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)偏低；且運(yùn)行期間，管理費(fèi)用沒有著落，致使年久失修，險(xiǎn)象環(huán)生。

b.渡槽槽身出現(xiàn)貫穿性裂縫是導(dǎo)致險(xiǎn)情的直接原因。渡槽槽墩基礎(chǔ)沉降不均勻，槽身受力不勻稱，槽身混凝土碳化嚴(yán)重，致使槽身裂縫環(huán)生，加之長期處于有水和無水的運(yùn)行環(huán)境中，裂縫處環(huán)向鋼筋銹蝕嚴(yán)重，故在該次輸水過程中，發(fā)生事故。

3 除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)

時(shí)值夏季作物的抽穗期，需水量很大。作物能否有效地得到灌溉，是作物能否高產(chǎn)的一個(gè)決定因素。根據(jù)搶險(xiǎn)指揮部的要求∶“須在8月15日之前，保證渡槽除險(xiǎn)……”,故本次設(shè)計(jì)著重考慮了以下因素：?洛河渡槽在2009年的全國大型灌區(qū)整體可行性研究報(bào)告中的方案是拆除改址重建；?在工程實(shí)施以前，原洛河渡槽仍擔(dān)負(fù)著下游近0.85萬hm2耕地的灌溉任務(wù)；?保證完成2009年夏季灌溉任務(wù)，且投資最??；?工作量大且時(shí)間緊迫。綜合以上因素，本次除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)如下。

3.1 第5節(jié)（從下游計(jì)）槽身除險(xiǎn)設(shè)計(jì)

根據(jù)現(xiàn)場勘測，結(jié)合類似工程經(jīng)驗(yàn)，第5節(jié)（從下游計(jì)）槽身采取拆除重建的設(shè)計(jì)方案。對槽身結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，首先在保證槽身結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求的前提下，主要考慮了以下兩個(gè)因素：?為保證上下游水流順暢，新建第5節(jié)的槽身仍采用U形結(jié)構(gòu)；?為盡可能地避免槽墩偏心受壓，故第五節(jié)槽身的重量與上下游槽身重量不能相差太大，并確保在漿砌石槽墩抗拉和抗壓強(qiáng)度允許范圍值以內(nèi)。根據(jù)以上原則，并經(jīng)實(shí)地測量，槽身結(jié)構(gòu)尺寸定為凈寬3m，U形槽直線段長1.35m，圓弧半徑1.54m，圓弧角140°，跨度12m，詳見圖3、圖4。

圖3 新建渡槽橫斷面（單位：c m）

圖4 新建渡槽縱剖面（單位：c m）

經(jīng)計(jì)算，漕渡的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度及槽墩偏心受壓強(qiáng)度均滿足相關(guān)規(guī)程規(guī)范的要求。

3.2 其他段槽身加固設(shè)計(jì)

根據(jù)現(xiàn)場勘測，其他17節(jié)槽身，存在不同程度的裂縫；槽身碳化嚴(yán)重，深度達(dá)3cm，部分槽身出現(xiàn)直徑為5cm的孔洞。針對出現(xiàn)的險(xiǎn)情，本次除險(xiǎn)設(shè)計(jì)，首先對槽身的縱向和環(huán)向鋼筋進(jìn)行了復(fù)核，環(huán)向計(jì)算需配筋A(yù)g=6.44cm2，實(shí)際配筋A(yù)g=3.93 cm2；縱向計(jì)算需配筋A(yù)g=54.68cm2（垮中），實(shí)際配筋A(yù)g=58.29 cm2（垮中）。由上面的復(fù)核結(jié)果可知，環(huán)向受力配筋是不夠的，縱向受力鋼筋是滿足要求的。復(fù)核結(jié)果同時(shí)也印證了前述勘測結(jié)果。同時(shí)，對存在孔洞的部位進(jìn)行封堵。

3.2.1 加固材料的選取

為保證槽身正常運(yùn)行，現(xiàn)擬采取適當(dāng)措施對槽身環(huán)向強(qiáng)度進(jìn)行加固。加強(qiáng)已建建筑物強(qiáng)度，一般選取柔性相對較好的材料，以適應(yīng)建筑物的外形。結(jié)合類似工程經(jīng)驗(yàn)，擬采用碳纖維布進(jìn)行加固。碳纖維材料加固補(bǔ)強(qiáng)是近十幾年發(fā)展起來的一種新技術(shù)，碳纖維是以聚丙烯(PAN)為原料經(jīng)高溫碳化而成。碳纖維原絲纖維方向的抗拉強(qiáng)度可達(dá)普通碳素鋼的十幾倍，高彈模碳纖維的彈性模量也可達(dá)到鋼材的2～3倍。目前常用于加固結(jié)構(gòu)的碳纖維產(chǎn)品主要有碳纖維布和碳纖維板，二者均可用于不同受力狀態(tài)的構(gòu)件補(bǔ)強(qiáng)加固，如受拉、彎曲、剪切和扭轉(zhuǎn)等構(gòu)件。該工程考慮到加固材料與混凝土結(jié)構(gòu)受力變形要協(xié)調(diào)，且兩者彈性模量大小應(yīng)相當(dāng)，故選用外包碳纖維布予以加固。加固材料選用武漢長江加固技術(shù)有限公司提供的“長江加固”CJ300—Ⅰ型碳纖維布，其主要性能指標(biāo)見表1。

粘貼膠的性能在碳纖維加固補(bǔ)強(qiáng)中的作用十分關(guān)鍵。該工程采用武漢長江加固技術(shù)有限公司提供的“長江加固”YZJ—CQ纖維復(fù)合材料浸漬粘結(jié)用膠，其性能指標(biāo)見表2。

經(jīng)類比計(jì)算，每節(jié)槽身須采用粘貼26.6m2的CJ300－Ⅰ型碳纖維布（抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值不小于3000MPa）進(jìn)行加固。粘貼纖維布條條寬設(shè)為20cm，根據(jù)槽身受力特點(diǎn)，靠近肋端3m范圍內(nèi)的布條間距為0.5m，中間為0.4m。具體布置見圖5。

表1 CJ300—Ⅰ型碳纖維布主要性能指標(biāo)

表2 YZJ—CQ纖維復(fù)合材料浸漬粘結(jié)用膠性能指標(biāo)

3.2.2 碳纖維布的施工工藝

a.施工準(zhǔn)備。根據(jù)要求，擬定施工方案和施工計(jì)劃；對所使用的碳纖維片材、配套樹脂、機(jī)具等做好施工前的準(zhǔn)備工作。

b.混凝土表面處理。清除被加固構(gòu)件表面的剝落、疏松、蜂窩、腐蝕等劣化混凝土，露出混凝土結(jié)構(gòu)層，并用修復(fù)材料將表面修復(fù)平整，表面應(yīng)清理干凈并保持干燥；槽身外側(cè)混凝土表面應(yīng)打磨平整，除去表層浮漿、油污等雜質(zhì)，直至完全露出混凝土結(jié)構(gòu)新面.轉(zhuǎn)角粘貼處要進(jìn)行導(dǎo)角處理并打磨成圓弧狀，圓弧半徑不應(yīng)小于2cm。需要注意的是，若混凝土含水率大于4%，則應(yīng)采取相應(yīng)措施，達(dá)到要求后，方可施工。

c.涂刷底膠。將底層樹脂均勻涂抹于混凝土表面，待樹脂表面指觸干燥后立即進(jìn)行下一道工序施工。

d.找平處理。對混凝土表面凹陷部位用找平材料填補(bǔ)平整，且不應(yīng)有棱角；待找平材料表面指觸干燥后立即進(jìn)行下一道工序施工。

e.配膠、粘貼碳纖維布。裁剪碳纖維板，布條寬為20cm，按產(chǎn)品供應(yīng)商提供的工藝規(guī)定配制粘結(jié)樹脂；將碳纖維板表面擦拭干凈至無粉塵并立即涂刷粘結(jié)樹脂，膠層應(yīng)呈凸起狀，平均厚度不小于2mm；將涂有粘結(jié)樹脂的碳纖維板用手輕壓貼于槽身外側(cè)，用橡皮滾筒順纖維方向均勻平穩(wěn)壓實(shí)，使樹脂從兩邊溢出，保證密實(shí)無空洞。

f.養(yǎng)護(hù)、驗(yàn)收及質(zhì)量檢查。

圖5 碳纖維布布置（單位：c m）

g.表面防護(hù)（碳纖維布表面刷2cm厚膩?zhàn)樱?/p>

由于本次除險(xiǎn)加固僅僅是臨時(shí)性的，對于槽身混凝土的碳化不進(jìn)行處理，僅對有孔洞的槽身采用高等級(jí)混凝土進(jìn)行封堵。

4 效 果

洛河渡槽除險(xiǎn)加固已于2009年8月13日全部完工，較指揮部的要求提前2天?？紤]到灌溉的緊迫形勢，新澆筑的槽身暫時(shí)不拆模，混凝土在達(dá)到初期齡期時(shí)，即行輸水。現(xiàn)場輸水觀測顯示，經(jīng)碳纖維布加固后的槽體結(jié)構(gòu)無新的裂縫現(xiàn)象。洛河渡槽經(jīng)除險(xiǎn)加固后，運(yùn)行情況正常，達(dá)到了預(yù)期目的。

5 結(jié)語

通過洛河渡槽的險(xiǎn)情，我們應(yīng)看到我國大型灌區(qū)20世紀(jì)六七十年代所建的大型輸水建筑物（以薄殼渡槽為代表）大都到達(dá)了使用年限，隨時(shí)都有發(fā)生險(xiǎn)情的可能。因此，對灌區(qū)較大型建筑物進(jìn)行綜合整治已是勢在必行。

需要注意的是，碳纖維布為導(dǎo)電材料，使用時(shí)應(yīng)注意電源及電器設(shè)備。丙酮、工業(yè)酒精及結(jié)構(gòu)膠為化學(xué)制品，應(yīng)密閉保存，嚴(yán)禁煙火，且在工程完工后，要妥善處理施工廢料。因此，在具體工程實(shí)施中必須由專業(yè)化隊(duì)伍進(jìn)行施工，以確保人員、工程以及生態(tài)安全。■