芻議洞庭湖區(qū)穿堤建筑物除險加固措施

胡 婷

（益陽市明山電排管理站 益陽市 413204）

1 穿堤建筑物的主要形式和存在的問題

湖區(qū)穿堤建筑物主要有鋼筋混凝土圓管、圓拱直墻及箱形等幾種斷面形式，近年來也有部分使用了承插式預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土管。

穿堤建筑物一般存在的問題主要有兩種：一是沉降變形引起的工程結(jié)構(gòu)破壞產(chǎn)生的管涌險情；二是填土或地基滲透變形引起的管涌問題。 在工程險情事故中前者所占比重較大，沉降變形主要是因為地基承載力不足或為壓縮性較大的軟地基，且由于大堤斷面均為梯形，并在逐年加修中形成，建筑物承受的填土荷載不均勻增加，導(dǎo)致基礎(chǔ)不均勻沉陷，使建筑物錯位或折斷、或是伸縮縫拉伸破壞，從而使建筑物內(nèi)發(fā)生滲漏，地基透水性較大時誘發(fā)管涌險情；滲透變形則主要是由于滲徑不夠或建筑物周圍填土不密實，使建筑物周邊土體發(fā)生滲透破壞而出現(xiàn)管涌，從而危及堤垸安全。 穿堤建筑物長度一般能滿足順管滲透坡降和滲徑要求，主要引發(fā)險情的是地基不均勻沉降問題。

就洞庭湖區(qū)的穿堤建筑物而言，基礎(chǔ)一般是壓縮性較大的土基，由于管頂填土荷載不同，基礎(chǔ)壓縮量也不相同，故地基存在不同程度的不均勻沉降變形問題。我們在工作中碰到的這一類型情況較多，涵閘基礎(chǔ)的不均勻沉降少則幾厘米，多則達(dá)數(shù)十厘米，變形后的管道有的仍然連續(xù)，有的則發(fā)生相對錯位，其差別就在于伸縮縫處是否設(shè)有抱箍。 不管變形是否連續(xù)，建筑物的這些變形都有可能導(dǎo)致建筑物的止水破壞而發(fā)生漏水，從而引發(fā)建筑物局部管涌冒沙等險情，嚴(yán)重威脅大堤的防洪安全，是防汛搶險工作中的一大隱患，也是堤防加固工程建設(shè)中必須注意的重要問題。

2 實例分析

（1）實例一：某電排出水流道的不均勻沉降導(dǎo)致管涌險情。

該電力排灌工程建于1964年，裝機容量為310 kW，屬小型工程。

電排出水流道測量情況：壓力水箱中心處底板高程27.40 m，建筑物最低點高程27.045 m，建筑物出口高程27.764 m，出水管底板中間低、兩端高。 從出水流道整體來看，管道高差變化較大，不均勻沉陷達(dá)0.71 m。 但管段間變化平順，伸縮縫無明顯的錯位，出水流道管壁外觀完好，模痕清楚，表面混凝土質(zhì)量較好，看不出管身結(jié)構(gòu)破壞痕跡，但管底伸縮縫拉伸明顯，最大拉量3 cm 左右，嵌縫柏油杉板有的已經(jīng)脫落，管頂部分仍保留在縫內(nèi)，伸縮縫處管端混凝土面整齊完整，無破壞跡象。本工程存在的主要問題是高洪水位運行時建筑物內(nèi)堤腳處及管內(nèi)滲漏嚴(yán)重，還有泥沙流出。

（2）實例二：某排水閘管身因大堤加修斷裂。

該閘興建于1955年冬，排澇受益面積5.32萬hm2（79.81萬畝），建筑物共分五孔，單孔凈高5 m、凈寬4 m，底板高程24.50 m，屬中型涵閘工程。 初建涵閘總長35 m，分兩段，中間設(shè)有一伸縮縫，長度分別為內(nèi)17 m，外18 m。 1991年涵閘向外接長18 m。

在接長工程施工時將原建筑物進行了清理，在打掃干凈后發(fā)現(xiàn)原建筑物有三處橫向斷裂，其中一處已形成環(huán)狀斷裂，裂縫上窄下寬，頂板約1 mm，底板5 mm 左右；另兩處斷裂主要在底板上，縫寬（2～3）mm，延伸到側(cè)墻中部自然尖滅。 因該閘地質(zhì)條件相對較好，基礎(chǔ)為堅硬密實的網(wǎng)紋狀粘土，雖有滲漏痕跡，但沒有發(fā)現(xiàn)帶泥滲漏。建筑物外接長后因滲徑延長結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)穩(wěn)定狀態(tài)。

從以上工程實例不難發(fā)現(xiàn)，建筑物管段間的變形錯位帶來的后果往往比管段間發(fā)生相對轉(zhuǎn)角位移的后果嚴(yán)重得多。 以上某電排出水涵雖最大沉降差達(dá)0.71 m，但其縱斷面呈倒折線拱形，變形后管段仍連續(xù)，經(jīng)不斷修補而能繼續(xù)滿足其基本運行要求；某排水閘的管身橫向斷裂是較少發(fā)生的一種情況，一般來說是因建筑物分段長度太長或管頂填土加載速度太快且不均勻引起，建筑物縱向剛度不夠也會產(chǎn)生這種斷裂，該工程因基礎(chǔ)較好而沒發(fā)生險情，但這種結(jié)構(gòu)上的問題是不容忽視的，因為如果是在沙基或淤泥基礎(chǔ)上，斷裂處極易發(fā)生滲透破壞而形成管涌險情。

3 除險加固和預(yù)防措施

3.1 除險加固措施

從工程實際情況來看，一方面益陽市洞庭湖區(qū)穿堤建筑物基礎(chǔ)大多為深厚的淤積地層，地質(zhì)條件最好的也只是網(wǎng)紋狀亞粘土地基，均存在不同程度的可壓縮性，在查看過的穿堤建筑物中沒有發(fā)現(xiàn)過不發(fā)生沉降變形的，只是變形量的大小不同而已；另一方面，如果要完全控制建筑物的沉降變形量，必須付出高昂的代價進行基礎(chǔ)處理，這對工程實際來說是浪費的，因為，一定的不均勻沉降變形并不影響穿堤建筑物基本功能，只要能滿足防洪安全要求就可以，但因變形漏水而對防洪安全構(gòu)成威脅時，則必須進行加固處理。

在洞庭湖近期治理工作中，根據(jù)工程實際情況的不同，我們采取了以下除險加固措施：

（1）拆除重建。這主要是針對本身有質(zhì)量問題，結(jié)構(gòu)已經(jīng)破壞的部分建筑，也有個別工程是因為基礎(chǔ)破壞嚴(yán)重且建筑物長度不夠需要加長的情況，這類項目一般需經(jīng)省市兩級主管部門鑒定審查后才能確定，造價相對較高。

（2）伸縮縫止水修復(fù)。對那些結(jié)構(gòu)完好（必須是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)）且伸縮縫不存在錯位的建筑物一般采取這種方法進行加固處理，這是效果好而經(jīng)濟的處理措施。

（3）防滲灌漿處理。 結(jié)構(gòu)上沒有問題但存在滲漏的漿砌石結(jié)構(gòu)建筑物或伸縮縫存在微小錯位且尚未發(fā)生嚴(yán)重滲透變形的鋼筋混凝土建筑物，可采用灌漿防滲處理措施。另外，由于地基滲透性較大或管身回填土不密實而造成順管滲漏嚴(yán)重的，也采用灌漿的方式進行加固處理。 灌漿處理措施施工質(zhì)量難以控制，適應(yīng)性差，但經(jīng)濟且施工方便。

在工程實際中我們常用的措施主要是前面兩種。

3.2 預(yù)防工程措施

由于地基的可壓縮性和管頂填土荷載的不均勻，建筑物不均勻沉降變形往往是不可避免的，建筑物伸縮縫破壞主要原因有建筑物不均勻變形量太大（如某電排出水涵）、伸縮縫錯位，建筑物斷裂則主要是因建筑物縱向剛度不夠。針對這些原因，在涵閘的新建和重建中，主要在建筑物構(gòu)造上采取以下措施：

（1）合理分段設(shè)置伸縮縫，使管軸線變形適應(yīng)大堤填土荷載引起的沉降變形。 在建筑物設(shè)計中除按規(guī)范要求設(shè)置變形縫外，應(yīng)按管徑大小合理調(diào)整建筑物分段長度，管徑小的相應(yīng)分段長度也減小，一般孔口高度2.5 m 以下，管段長度不超過9 m，使相鄰管段間的相對轉(zhuǎn)角變形減小，同時應(yīng)按倒置梁法進行建筑物縱向剛度的計算，結(jié)構(gòu)上考慮管段承受不均勻荷載的能力，避免管身斷裂；其次伸縮縫位置要合適，避免在荷載最大處分縫，以減少管段間的最大相對轉(zhuǎn)角變形，減少伸縮縫的局部拉伸量。

（2）適當(dāng)控制基礎(chǔ)沉降量。 由于湖區(qū)淤積地層較厚，持力層很不穩(wěn)定，因此難以完全控制基礎(chǔ)的沉降量。近年來，在工程實際中有的采用了粉噴水泥土攪拌樁加固地基的方法，樁長一般以達(dá)到相對持力層為宜。 在某大型電排防洪閘工程中成功地采用了這種復(fù)合地基加固處理措施，其不均勻沉降量和最終沉降量分別比同類工程減少50%和60%，效果明顯。

（3）在伸縮縫外圍設(shè)置抱箍，防止管段之間的相對錯位。據(jù)調(diào)查，伸縮縫處發(fā)生錯位的建筑物均沒有設(shè)置抱箍。在不均勻土壓力作用下，各管段自由沉降（三碼頭進水閘和南茅河相關(guān)涵閘均屬這一情況），這就加速了伸縮縫止水的斷裂破壞，在沒經(jīng)處理的軟基上極易導(dǎo)致建筑報廢。其次，抱箍尺寸要合適，抱箍與管身之間需設(shè)柔性隔離層，以滿足管端的微小變形要求（最大相對轉(zhuǎn)角變形為2.5°）。另外，由于穿堤建筑物長度較大，在滲徑長度上不存在問題，因此設(shè)計時可采取與水閘不同的構(gòu)造措施，設(shè)抱箍而不設(shè)截水環(huán)，防滲刺墻也可取消，這種結(jié)構(gòu)形式在益陽市工程實際中已應(yīng)用較廣泛。

（4）建筑物建設(shè)時縱斷面適當(dāng)預(yù)留相應(yīng)沉降高度，做成拱形。 這一方法雖有應(yīng)用，但由于鉆探取樣時擾動難控制，地勘試驗資料準(zhǔn)確性不好把握，計算沉降量誤差較大，其量難以控制，當(dāng)預(yù)留沉降量過多時，對建筑物過水造成影響，故較少采用。

4 建 議

鑒于以上因素，本人認(rèn)為，作為深厚軟基上的穿堤建筑物，在設(shè)計時應(yīng)考慮基礎(chǔ)處理和工程結(jié)構(gòu)構(gòu)造兩方面的問題，應(yīng)根據(jù)地質(zhì)資料計算可能產(chǎn)生的建筑物各部位的沉降量，點繪出縱斷面圖，如果不均勻沉降量超出伸縮縫的變形適應(yīng)范圍，則應(yīng)進行基礎(chǔ)處理，如沒超出則應(yīng)按沉降變形縱斷面圖合理布置建筑物變形縫，使用適應(yīng)變形能力較大的伸縮縫止水材料，并在伸縮縫外圍設(shè)置抱箍，對重要建筑物同時可考慮伸縮縫處預(yù)留混凝土槽，在管頂加載完成后再以二期混凝土的形式完成伸縮縫止水的設(shè)置。為防止建筑物的橫向斷裂，建筑物底板縱向配筋必須按縱向剛度計算確定。