新疆某水電站引水渠排洪涵洞修補(bǔ)加固方案

李文國(guó)

（新疆伊犁河流域開(kāi)發(fā)建設(shè)管理局，烏魯木齊 830000）

1 概況

新疆某水電站引水渠跨洪溝采用筑堤埋涵結(jié)構(gòu)型式，引水渠線共設(shè)8座排洪涵洞，由于頂板和底板配筋不足，正截面受彎承載力和斜截面受剪承載力不夠，在水電站運(yùn)行兩年后出現(xiàn)了較大的安全隱患。引水渠線8座排洪涵洞中，7座排洪箱涵頂板和底板出現(xiàn)受彎和受剪裂縫，最大裂縫寬度達(dá)4mm；箱涵結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大變形，表現(xiàn)形式為頂板向下變形，底板向上變形，總變形達(dá)到3～4cm；嚴(yán)重影響了箱涵結(jié)構(gòu)的安全運(yùn)行和耐久性，急需采取可靠措施對(duì)病險(xiǎn)箱涵進(jìn)行修復(fù)和加固。

本方案從結(jié)構(gòu)安全及耐久性兩方面對(duì)涵洞進(jìn)行維修加固，并進(jìn)行了結(jié)構(gòu)內(nèi)力、配筋及過(guò)洪能力等的復(fù)核計(jì)算，以確保病險(xiǎn)箱涵在除險(xiǎn)加固后能夠安全運(yùn)行。

選取安全隱患最為嚴(yán)重的4#排洪涵洞為例進(jìn)行加固處理設(shè)計(jì)。4#排洪涵洞為單孔涵，方型結(jié)構(gòu)2.0 m×2.0m，壁厚0.5m，每段長(zhǎng)10.0m?？p間設(shè)止水填縫材料，上覆最大填土厚度22.64m。

2 修補(bǔ)加固思路及結(jié)構(gòu)措施

修補(bǔ)加固涵洞結(jié)構(gòu)采用增設(shè)支點(diǎn)法進(jìn)行加固，即在箱涵中間增設(shè)寬300mm的鋼筋混凝土墻，形成單箱雙室結(jié)構(gòu)，減小結(jié)構(gòu)計(jì)算跨度，達(dá)到減小箱涵結(jié)構(gòu)內(nèi)力和提高承載力的目的，確保箱涵結(jié)構(gòu)安全。增設(shè)混凝土墻之前，先采用千斤頂卸載，由于此力與箱涵外荷載方向相反，可有效減小箱涵結(jié)構(gòu)內(nèi)力，削弱頂板和底板跨中彎矩峰值，提高箱涵結(jié)構(gòu)加固效果。對(duì)箱涵頂板和底板出現(xiàn)的裂縫，小于0.2～0.3mm的，采用開(kāi)槽法修補(bǔ)，進(jìn)行裂縫封閉處理；大于0.3mm的裂縫采用灌漿法修補(bǔ)，解決鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性問(wèn)題。

考慮鋼筋混凝土墻體施工相對(duì)較慢，且面臨冬季拌合混凝土施工，在箱梁中部增設(shè)臨時(shí)鋼支撐，卸載以10m分段為單元，均勻設(shè)4根支撐，同一單元內(nèi)卸載荷載上、下限分別為垂直上方土體重量的1/2及1/3，取土體重20kN/m3，即22m埋深處單根支撐卸載值宜700～1000kN；埋深10m處，支撐卸載值宜330～500kN；采用頂升卸載工藝，確保支撐能夠充分分擔(dān)豎向荷載，并實(shí)施頂升荷載，支撐分擔(dān)荷載，頂、底板位移，裂縫，側(cè)墻應(yīng)變變化觀測(cè)，確實(shí)卸載安全。

鋼筋混凝土墻實(shí)施包括頂、底板內(nèi)植筋工作。

3 箱涵裂縫修補(bǔ)

3.1 裂縫調(diào)查

裂縫調(diào)查包括裂縫數(shù)量、位置、走向、長(zhǎng)度和深度，還需要對(duì)裂縫附近情況進(jìn)行調(diào)查，包括混凝土劣化度和鋼筋及其銹蝕狀況；借助照相機(jī)、卷尺、裂縫測(cè)寬儀，對(duì)箱涵的裂縫進(jìn)行檢查和詳細(xì)記錄；統(tǒng)計(jì)裂縫長(zhǎng)度，按照裂縫寬度進(jìn)行分類，為裂縫修復(fù)方案的制定提供依據(jù)。

3.2 混凝土裂縫修補(bǔ)

3.2.1 化學(xué)灌漿

灌漿前，將灌漿孔全部打開(kāi)，用壓縮空氣將孔內(nèi)、縫內(nèi)積水吹擠干凈，并爭(zhēng)取達(dá)到無(wú)水狀態(tài)，如縫內(nèi)仍有積水，采用丙酮趕水，將水趕到一定的部位再進(jìn)行環(huán)氧灌漿。灌漿設(shè)備采用高壓灌漿機(jī)，灌漿材料采用環(huán)氧樹(shù)脂，灌漿壓力控制在0.3～0.5MPa，灌漿順序?yàn)閺南轮辽?、從深至淺、從一側(cè)至另一側(cè)。從下部開(kāi)始灌漿時(shí)，裂縫待灌部分灌漿針頭每間隔10個(gè)取下1個(gè)作為排氣孔，當(dāng)取下針頭的灌漿孔有漿液連續(xù)流出時(shí)，再將針頭擰上，并對(duì)該孔進(jìn)行反灌，直到上部排氣孔有漿液流出時(shí)結(jié)束，依次循環(huán)完成該條裂縫的灌漿。灌漿過(guò)程中，當(dāng)漿液溢出裂縫，通過(guò)短時(shí)間停泵工作，阻止?jié){液的持續(xù)外流而延長(zhǎng)裂縫中漿材的反應(yīng)時(shí)間，待流出的漿液發(fā)泡變硬后灌漿工作可持續(xù)進(jìn)行。灌漿結(jié)束后及時(shí)對(duì)外漏漿液進(jìn)行清理收集。

當(dāng)進(jìn)漿順利時(shí)應(yīng)降低灌漿壓力；當(dāng)鄰孔出現(xiàn)純漿后，暫停壓漿；將注漿嘴移至鄰孔繼續(xù)灌漿，在規(guī)定的壓力下并漿，直到灌漿結(jié)束。灌漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)為：①當(dāng)漿液從裂縫全斷面均勻連續(xù)的逸出；②確定泵在較稀薄時(shí)間內(nèi)壓力穩(wěn)定且進(jìn)漿量趨于零。

3.2.2 修補(bǔ)加固方案

在裂縫修補(bǔ)加固之前，需先對(duì)混凝土頂板和底板進(jìn)行卸載，使裂縫一定程度的閉合，增強(qiáng)修復(fù)效果，并且能起到臨時(shí)支護(hù)的作用。一般情況下，補(bǔ)強(qiáng)修復(fù)要求漿液固化后有較高的強(qiáng)度，能恢復(fù)混凝土結(jié)構(gòu)的整體性。對(duì)箱涵頂板和底板出現(xiàn)的小于0.2～0.3mm的裂縫采用裂縫封閉處理，寬度大于0.3mm的裂縫采用灌漿法修補(bǔ)。

4 箱涵加固結(jié)構(gòu)配筋復(fù)核

4.1 內(nèi)力計(jì)算

箱涵中部增設(shè)加固混凝土隔墻后，結(jié)構(gòu)復(fù)核計(jì)算采用結(jié)構(gòu)力學(xué)中的彎矩分配法進(jìn)行內(nèi)力計(jì)算，如表1，表2。

表1 雙孔箱涵基本資料

表2 剪力跨間及加腋起點(diǎn)截面彎矩

4.2 結(jié)構(gòu)配筋復(fù)核

4.2.1 結(jié)構(gòu)抗彎抗剪配筋復(fù)核

一般需分別對(duì)工程完建工況時(shí)的底板、頂板及側(cè)墻跨中最大彎矩截面及加腋起點(diǎn)等控制截面進(jìn)行復(fù)核計(jì)算。

內(nèi)側(cè)實(shí)配5準(zhǔn)18鋼筋，實(shí)配受拉鋼筋面積As＝1272mm2；外側(cè)實(shí)配5準(zhǔn)22鋼筋，實(shí)配受拉鋼筋面積As＝1900mm2。箱涵復(fù)核計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 箱涵復(fù)核計(jì)算成果 單位：mm2

由表3計(jì)算結(jié)果可知，采用隔墻加固后，箱涵內(nèi)外側(cè)結(jié)構(gòu)配筋均可以滿足要求。

4.2.2 隔墻截面抗壓配筋復(fù)核

混凝土隔墻設(shè)計(jì)斷面尺寸b×h=1000mm×200mm，設(shè)計(jì)配置5準(zhǔn)16鋼筋，隔墻壓力設(shè)計(jì)值N=918.24kN。

混凝土隔墻截面受壓承載力滿足要求。

4.3 加固后過(guò)流能力復(fù)核

計(jì)算涵洞過(guò)水水深1.8m，洞頂留有0.2m空隙情況下的涵洞過(guò)水能力。采用無(wú)壓流長(zhǎng)洞過(guò)流能力計(jì)算：

表4 箱涵過(guò)流能力復(fù)核計(jì)算

5 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)發(fā)生事故的原因，采用鋼筋混凝土隔墻進(jìn)行加固和修補(bǔ)裂縫處理后，涵洞結(jié)構(gòu)滿足安全運(yùn)行要求。但進(jìn)行修補(bǔ)加固處理后，涵洞過(guò)流能力有所減小，洪水標(biāo)準(zhǔn)降低，所以在今后的運(yùn)行管理中應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)測(cè)，以確保整治后渠道安全運(yùn)行。

［1］李煒.水力計(jì)算手冊(cè)（第2版）［K］.北京:中國(guó)水利水電出版社,2006.

［2］謝祚水.計(jì)算結(jié)構(gòu)力學(xué)［M］.武漢:華中科技大學(xué)出版社,2004.

［3］孫志恒,魯一暉.混凝土大壩水下裂縫修補(bǔ)技術(shù)［J］.水力發(fā)電,2002（11）.

［4］李梅華,王建偉.水工混凝土建筑物裂縫修補(bǔ)工藝探討［J］.黃河水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào),2004（4）.