引沁灌區(qū)東方紅渡槽除險(xiǎn)加固工程設(shè)計(jì)

□李華強(qiáng)（新鄉(xiāng)市水利勘測設(shè)計(jì)院）

1.概況

引沁灌區(qū)是河南省大型引河灌區(qū)之一，位于焦作市西部太行山南麓，北緯 35°15′～34°55′,東經(jīng) 112°25′～112°45′之間。灌區(qū)北起太行山，西臨王屋山，南跨北邙嶺區(qū)，是一個(gè)引蓄結(jié)合的大型丘陵灌區(qū)。灌區(qū)總土地面積8.51萬hm2，其中耕地面積3.93萬hm2，規(guī)劃灌溉面積2.67萬hm2。范圍包括濟(jì)源市，孟州市和洛陽市吉利區(qū)的15個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)355個(gè)行政村。灌區(qū)內(nèi)現(xiàn)有總干渠1條，干渠15條，加支渠16條，支斗渠138條，渠道總長531.63km。

東方紅渡槽位于總干渠上，樁號55+537～56+245，渡槽全長408m，槽身長度373m，由5個(gè)57m跨主拱和一個(gè)25m跨次拱組成，最大高度46m，設(shè)計(jì)縱坡1/700，設(shè)計(jì)流量15m3/s，修建于1966年，已運(yùn)行45年，目前該渡槽已明顯出現(xiàn)病害癥狀。受“引沁灌區(qū)節(jié)水續(xù)建配套項(xiàng)目建設(shè)管理局”委托，由中原工學(xué)院工程結(jié)構(gòu)與巖土工程研究所于2011年5月對東方紅渡槽進(jìn)行了病害檢測，檢測分為槽身（底面及側(cè)面）、頂板、伸縮止水縫、護(hù)欄、供體、拱上結(jié)構(gòu)及主支墩等部分分別進(jìn)行。

2.工程存在問題

通過檢測和計(jì)算發(fā)現(xiàn)：渡槽無整體大的裂縫及變形發(fā)生，結(jié)構(gòu)整體尚好，但因年代久遠(yuǎn)，碳化嚴(yán)重；渡槽鋼筋保護(hù)層設(shè)計(jì)值為35mm，實(shí)測保護(hù)層厚為27～32mm，實(shí)測完全碳化區(qū)平均厚度為28～31mm；考慮部分碳化區(qū)的存在，實(shí)則碳化鋒面早已到達(dá)鋼筋表面破壞鋼筋表層的堅(jiān)固鈍化膜，因此，所有構(gòu)件迎水面和背水面均已碳化至鋼筋表面；頂板、欄桿等由于較薄，構(gòu)件較小，外表面磨損、碳化較為嚴(yán)重；根據(jù)現(xiàn)場檢測，止水縫存在漏水現(xiàn)象；最大拉應(yīng)力發(fā)生在I#主墩下游測的基礎(chǔ)部位，量值達(dá)到2.5MPa，短支墩與拱頂之間的拱圈部位和支墩與拱圈交接的部位均出現(xiàn)了拉應(yīng)力，量值在0.2～0.6MPa之間，拉應(yīng)力的方向一般垂直于拱軸線方向；檢測發(fā)現(xiàn)36#柱墩出現(xiàn)裂縫，裂縫處截面的南半部幾乎貫通，外表面該裂縫幾乎橫向展布充滿東、南、西三個(gè)面，且裂縫寬度較大，尤其南面的裂縫寬度基本在4～6mm之間。

3.除險(xiǎn)加固工程設(shè)計(jì)

一是對渡槽底面、供體下部等拉應(yīng)力區(qū)進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)處理，處理設(shè)計(jì)為：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，對銹蝕鋼筋除銹，并用丙乳砂漿修復(fù)材料將表面修復(fù)平整，然后用碳纖維布進(jìn)行加固。根據(jù)檢測報(bào)告，加固部位拉應(yīng)力較小，考慮原設(shè)計(jì)拱底部配有鋼筋，因此設(shè)計(jì)采用200g厚度0.111mm規(guī)格單層碳纖維布進(jìn)行加固。二是在對拉應(yīng)力區(qū)補(bǔ)強(qiáng)處理后，對槽身、拱體、拱上支墩進(jìn)行防碳化處理，處理方法為：對渡槽所有表面、拱上支墩外表面和主墩表面采用丙乳砂漿抹面方法進(jìn)行處理，抹面厚度設(shè)計(jì)為1cm。三是對槽頂欄桿進(jìn)行拆除重建，處理方案為：拆除橫桿，鑿除現(xiàn)有欄桿柱混凝土，鋼筋留下，按照設(shè)計(jì)要求，重新澆筑欄桿柱，安裝新欄桿條。在渡槽兩端，設(shè)計(jì)高3m（圓弧頂面），長10.0m全封閉防護(hù)網(wǎng)。四是拆除原有伸縮縫止水，重新安裝止水帶；設(shè)計(jì)方案如下：對漏水伸縮縫全部進(jìn)行拆除，并割除原有不能使用的預(yù)埋螺栓，按設(shè)計(jì)植入新的不銹鋼螺栓，待植入螺栓強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求，安裝新的止水橡皮，用5mm鋼壓板壓緊，不銹鋼螺母緊固。五是拆除渡槽上游鋼筋混凝土閘門，更換新的閘門?？紤]在原有閘槽設(shè)置鋼筋混凝土閘門止水較為困難，本次設(shè)計(jì)閘門采用定型3×2.5鑄鐵閘門。六是對南坡上槽道路進(jìn)行整修、襯砌，根據(jù)現(xiàn)狀路面情況，先清除路面破碎混凝土表層，然后現(xiàn)澆C20混凝土路面，厚度5cm。七是由于36#柱裂縫成因不明確，對36#墩暫按拉應(yīng)力區(qū)補(bǔ)強(qiáng)方式進(jìn)行處理，即與前述碳纖維布處理方法相同。加固后，即開始進(jìn)行觀測，如觀測該柱不再惡化，將不再進(jìn)行深入處理，如該柱仍繼續(xù)惡化，再進(jìn)行更深入處理。八是考慮渡槽處理后外觀美觀，設(shè)計(jì)在除險(xiǎn)結(jié)束后，對整個(gè)渡槽進(jìn)行外墻漆涂刷。設(shè)計(jì)方案為：主墩以上全部采用白色外墻漆涂刷，主墩采用橘紅色外墻漆涂刷。九是由于東方紅渡槽最大跨高達(dá)到50m，施工作業(yè)較為困難，我們對吊籃式和滿堂腳手架兩種施工方案進(jìn)行比較。吊籃式施工方法，施工費(fèi)用遠(yuǎn)小于滿堂腳手架施工方法，根據(jù)本工程情況，施工時(shí)吊籃需進(jìn)行連接，以方便拱底、拱頂?shù)炔课坏氖┕ぃ趸@連接、拆除次數(shù)較多，易發(fā)生安全事故。滿堂腳手架施工方案，腳手架搭接工藝比較復(fù)雜，工程量較大，費(fèi)用遠(yuǎn)高于吊籃施工方法，但相對吊籃施工法，搭拆次數(shù)較少，安全性較好。

根據(jù)上述比較情況，最后確定采用吊籃施工法。本次東方紅渡槽處理，丙乳砂漿配合比要求暫定如下：水泥1kg，丙乳0.3kg，灰砂比1：1，水灰比34.4%，聚灰比14.4%。水泥采用42.5普通硅酸鹽水泥，砂子要求為顆粒<2.5mm的干凈粗砂，砂漿含水量要考慮丙乳中含水量。工程實(shí)施時(shí)應(yīng)進(jìn)行試驗(yàn)確定具體配合比。

4.施工設(shè)計(jì)

4.1 吊籃搭設(shè)

吊籃搭設(shè)前必須根據(jù)施工作業(yè)的要求，對此工程進(jìn)行專項(xiàng)設(shè)計(jì)、計(jì)算，以保證在各種情況下吊籃的安全，考慮吊籃安全意義重大，設(shè)計(jì)時(shí)必須有足夠的安全富裕度。吊籃搭設(shè)過程中，各種桿件、扣件、連接件、墊板之間必須連接牢固，搭設(shè)時(shí)絕對不允許偷工減料，隨意亂搭、亂改和亂用，絕對不準(zhǔn)使用不合格的桿配件和材料，在搭建過程中必須采取安全防護(hù)措施，設(shè)置防（圍）護(hù)和使用安全防護(hù)用品。吊籃的拆除作業(yè)應(yīng)按確定的拆除程序進(jìn)行。渡槽加固時(shí)，整個(gè)吊籃以下應(yīng)設(shè)置高質(zhì)量防護(hù)網(wǎng)，以防上部人員、物品墜落，發(fā)生安全事故。

4.2 工作平臺和安全網(wǎng)搭、拆

吊籃搭設(shè)起來后，需根據(jù)工作內(nèi)容和工作位置，搭建牢固的工作平臺，腳手板要固定牢靠，必須按規(guī)定要求及時(shí)設(shè)置安全網(wǎng)。工程結(jié)束時(shí)必須按照規(guī)范要求拆除工作平臺和安全網(wǎng)。

4.3 丙乳砂漿施工

鑿除老化、損壞部位的混凝土——用噴砂槍對銹蝕鋼筋進(jìn)行除銹——用高壓水沖洗——在修補(bǔ)部位涂刷丙乳凈漿做界面處理——涂抹丙乳砂漿至原混凝土表面——噴霧養(yǎng)護(hù)7d。

4.4 碳纖維布施工

4.4.1 施工準(zhǔn)備

擬定施工方案和施工計(jì)劃，應(yīng)對所使用的碳纖維布、配套樹脂、機(jī)具等作好施工前的準(zhǔn)備工作。

4.4.2 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，并用丙乳砂漿將表面修復(fù)平整。按設(shè)計(jì)要求對裂縫進(jìn)行灌縫或封閉處理。對混凝土表面凹陷部位用找平材料填補(bǔ)平整，轉(zhuǎn)角處應(yīng)用找平材料修復(fù)為光滑的圓弧，半徑應(yīng)≥20mm。

4.4.3 粘貼碳纖維布

按設(shè)計(jì)要求的尺寸裁剪碳纖維布；按供應(yīng)商提供的工藝規(guī)定配制底層樹脂，配制浸漬樹脂并均勻涂抹于所要粘貼構(gòu)件，在樹脂表面指觸干燥后立即進(jìn)行下一步工序施工；沿著纖維方向多次滾壓，擠除氣泡，使浸漬樹脂充分浸透碳纖維布；碳纖維布的表面均勻涂抹浸漬樹脂。碳纖維布施工環(huán)境溫度在5～35℃范圍內(nèi)，相對濕度≤70%。

4.4.4 表面防護(hù)

按有關(guān)規(guī)范的規(guī)定處理，并保證防護(hù)材料與碳纖維布之間有可靠的粘結(jié)。碳纖維布基層混凝土的強(qiáng)度要求不低于C15。

4.5 對東方紅渡槽施工的幾點(diǎn)要求和建議

一是吊籃的搭、拆，工作平臺和安全網(wǎng)的搭、拆必須按照制定好的操作程序逐步實(shí)施，任何人員不準(zhǔn)隨意更改。二是東方紅渡槽下部人口密集，過過往車輛，行人較多，因此施工安全必須放在首位，工程在開始前，必須制定一套針對本工程的、嚴(yán)格的一系列安全生產(chǎn)制度，并對所有職工進(jìn)行經(jīng)常性的宣貫，使之牢記安全意識，確保工程施工期間不出任何安全事故。三是所有參建人員在工地時(shí)應(yīng)嚴(yán)格遵守已制定的安全制度。四是考慮本工程技術(shù)難度高，施工難度大，工藝復(fù)雜，細(xì)膩，要求高的情況，建議選擇有經(jīng)驗(yàn)的大型施工隊(duì)伍。

5.結(jié)語

工程實(shí)施中發(fā)現(xiàn)外側(cè)的主拱梁病害問題比檢測發(fā)現(xiàn)的問題更為嚴(yán)重，部分主筋有銹斷問題，已現(xiàn)場討論方案進(jìn)行了解決。目前東方紅渡槽除險(xiǎn)加固正在順利進(jìn)行，加固效果較好。