趙山渡引水工程沙門(mén)渡槽不均勻沉降修復(fù)技術(shù)方案研究

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(浙江珊溪經(jīng)濟(jì)發(fā)展責(zé)任有限公司， 浙江 溫州 325000)

趙山渡引水工程沙門(mén)渡槽不均勻沉降修復(fù)技術(shù)方案研究

金松蘭，林孝亮

(浙江珊溪經(jīng)濟(jì)發(fā)展責(zé)任有限公司， 浙江 溫州 325000)

沙門(mén)渡槽工程1號(hào)、2號(hào)樁基位置地質(zhì)條件突變，從而導(dǎo)致渡槽不均勻沉降，致使承臺(tái)中間部位產(chǎn)生貫穿性裂縫，威脅工程運(yùn)行安全。本文以趙山渡引水工程沙門(mén)渡槽為例，通過(guò)對(duì)其裂縫成因進(jìn)行分析，提出增設(shè)支座技術(shù)處理修復(fù)方案，在不影響工程運(yùn)行安全的前提下完成修復(fù)工作，并取得較好的效果。

沙門(mén)渡槽； 不均勻沉降； 修復(fù)； 趙山渡引水工程

1 概 述

趙山渡水利樞紐工程位于浙江省溫州市西北的趙山渡，距溫州市區(qū)約87km，工程于1997年9月正式開(kāi)工，2001年12月底完工投入運(yùn)行，整個(gè)工程由引水樞紐和輸水渠系兩部分組成。

樞紐工程(趙山渡水庫(kù))調(diào)蓄上游珊溪水庫(kù)(大型水庫(kù)，距趙山渡水庫(kù)40km)下泄水量和攔引珊溪至趙山渡區(qū)間來(lái)水，屬反調(diào)節(jié)水庫(kù)，總庫(kù)容3414萬(wàn)m3，興利庫(kù)容427萬(wàn)m3，死水位21m，正常蓄水位22m，設(shè)計(jì)洪水位22m，校核洪水位(P=0.1%)為23.37m，裝機(jī)容量20MW，年發(fā)電量5250kW·h。

輸水渠系工程由渠首進(jìn)水閘、總干渠、北干渠、南干渠、溫州分渠和瑞北分渠等6部分組成，沿飛云江左岸布置，主要建筑物有隧洞、渡槽、倒虹吸、暗渠、節(jié)制閘等。設(shè)計(jì)引水流量36m3/s，年供水量7.3億m3(其中生活及工業(yè)供水6.53億m3，農(nóng)業(yè)供水0.77億m3，改善了農(nóng)田灌溉用地6.58萬(wàn)hm2，經(jīng)濟(jì)林地1.1hm2)。

沙門(mén)渡槽是輸水渠系北干渠上重要的建筑物之一，設(shè)計(jì)流量為23.4m3/s，位于婁園隧洞和烏巖腳隧洞之間，共有15個(gè)槽段，每個(gè)槽段順?biāo)鞣较蜷L(zhǎng)36m，為不等跨雙懸臂結(jié)構(gòu)，兩側(cè)懸臂均長(zhǎng)8m，支座基礎(chǔ)從上至下依次為鋼筋混凝土墩帽和鋼筋混凝土灌注樁。槽身材料為250號(hào)鋼筋混凝土，垂直水流方向?yàn)楸”诰匦蜗涫浇Y(jié)構(gòu)，截面尺寸為5.2m×4m(總寬×總高)，側(cè)墻、底板厚度為0.3m，頂板厚度為0.2m，底板頂高程高出側(cè)墻底高程0.6m。渡槽內(nèi)側(cè)頂板與側(cè)墻交界處設(shè)0.2m×0.2m的貼腳，渡槽內(nèi)部底板與側(cè)墻交界處設(shè)0.25m×0.25m的貼腳。渡槽外側(cè)側(cè)墻底部寬0.6m，與底板交界處設(shè)0.3m×0.3m的貼腳。

2 槽身裂縫基本情況與原因分析

2.1 槽身裂縫基本情況

2010年5月，工程管理部門(mén)在日常巡檢監(jiān)測(cè)中，發(fā)現(xiàn)沙門(mén)渡槽第一跨出現(xiàn)不均勻沉降，1號(hào)和2號(hào)灌注樁間的承臺(tái)中間部位出現(xiàn)順?biāo)鞣较蛄芽p。為了進(jìn)一步查明不均勻沉降情況，在渡槽第一跨與第二跨間右側(cè)伸縮縫部位安裝了位移計(jì)對(duì)第一跨不均勻沉降情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。至2012年5月，累計(jì)沉降量約為5cm(右側(cè)下沉)，1號(hào)和2號(hào)灌注樁間的承臺(tái)中間部位裂縫已發(fā)展為貫穿性裂縫。

2.2 資料收集與成因分析

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)和沉降監(jiān)測(cè)資料計(jì)算分析，產(chǎn)生不均勻沉降的主要原因是由于工程建設(shè)初期對(duì)該位置地質(zhì)條件突變?cè)u(píng)估不足，導(dǎo)致上游右側(cè)樁基的實(shí)際承載能力略小于設(shè)計(jì)值，從而導(dǎo)致不均勻沉降(右側(cè)樁基沉降量大于左側(cè)樁基)，而不均勻沉降產(chǎn)生的剪切力，致使1號(hào)、2號(hào)灌注樁間的承臺(tái)中間部位產(chǎn)生貫穿性裂縫。

3 技術(shù)處理設(shè)計(jì)方案

根據(jù)沉降成因分析，此次技術(shù)處理設(shè)計(jì)重點(diǎn)：?對(duì)1號(hào)、2號(hào)灌注樁部位附近的承載能力進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)；?對(duì)1號(hào)、2號(hào)灌注樁部位需承擔(dān)的上部荷載進(jìn)行分荷。即在原灌注樁部位(即支座部位)懸臂側(cè)2m處增設(shè)支座，加強(qiáng)原支座部位附近的承載能力?？紤]到槽內(nèi)水深為2m(此時(shí)均布荷載設(shè)計(jì)值為244.17kN/m)，施工過(guò)程中，應(yīng)盡可能降低槽內(nèi)水深，以減少上部荷載對(duì)增設(shè)支座的不利影響。

3.1 原設(shè)計(jì)工況

沙門(mén)渡槽為雙懸臂結(jié)構(gòu)，原設(shè)計(jì)工況(支座均勻受力，不計(jì)其他水平力)下的計(jì)算簡(jiǎn)圖詳見(jiàn)圖1，內(nèi)力計(jì)算結(jié)果詳見(jiàn)圖2。

圖1 原設(shè)計(jì)工況計(jì)算簡(jiǎn)圖

圖2 原設(shè)計(jì)工況內(nèi)力計(jì)算結(jié)果

3.2 現(xiàn)狀受力分析

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)和監(jiān)測(cè)情況可知，渡槽第一跨產(chǎn)生不均勻沉降后，右側(cè)支座所受上部荷載應(yīng)大于左側(cè)支座。極端情況下：?左右側(cè)均勻受力，左右側(cè)支座受力均為2198kN；?左側(cè)支座脫空，上部荷載全由右側(cè)支座承受，承受上部荷載4395kN。右側(cè)支座實(shí)際所受荷載應(yīng)介于兩種情況之間。

3.3 增設(shè)支座順序設(shè)計(jì)

在原支座懸臂側(cè)2m處增設(shè)支座，對(duì)增設(shè)支座后的渡槽受力情況進(jìn)行復(fù)核計(jì)算，計(jì)算簡(jiǎn)圖詳見(jiàn)圖3，內(nèi)力計(jì)算結(jié)果詳見(jiàn)圖4。

圖3 原支座懸臂側(cè)2m處增設(shè)支座后計(jì)算簡(jiǎn)圖

圖4 原支座懸臂側(cè)2m處增設(shè)支座后內(nèi)力計(jì)算結(jié)果

由計(jì)算結(jié)果可知，原支座懸臂側(cè)2m處增設(shè)支座后，雖減少了原支座的上部荷載，但跨中部位的彎矩均大于原設(shè)計(jì)值，故必須先對(duì)跨中增設(shè)支座。

3.4 跨中增設(shè)支座后

為確保渡槽安全，對(duì)跨中先行增設(shè)支座，并對(duì)跨中增設(shè)支座后的渡槽受力情況進(jìn)行復(fù)核計(jì)算，計(jì)算簡(jiǎn)圖詳見(jiàn)圖5，內(nèi)力計(jì)算結(jié)果詳見(jiàn)圖6。

圖5 跨中增設(shè)支座計(jì)算簡(jiǎn)圖

圖6 跨中增設(shè)支座內(nèi)力計(jì)算結(jié)果

為了防止不均勻沉降加劇，跨中增設(shè)支座時(shí)，右側(cè)頂托力應(yīng)大于左側(cè)頂托力，同時(shí)，考慮一定的安全余度，控制右側(cè)支座頂托力為400kN，左側(cè)支座頂托力為300kN，同時(shí)，以跨中撓度1mm進(jìn)行雙向控制。

3.5原支座懸臂側(cè)2m新設(shè)支座后

跨中增設(shè)支座后，在原支座懸臂側(cè)2m處增設(shè)支座，對(duì)增設(shè)支座后的渡槽受力情況進(jìn)行復(fù)核計(jì)算，計(jì)算簡(jiǎn)圖詳見(jiàn)圖7，內(nèi)力計(jì)算結(jié)果詳見(jiàn)圖8。

圖7 原支座懸臂側(cè)2m增設(shè)支座后計(jì)算簡(jiǎn)圖

圖8 原支座懸臂側(cè)2m增設(shè)支座后內(nèi)力計(jì)算結(jié)果

由計(jì)算可知，原支座懸臂側(cè)2m處增設(shè)支座后，可極大地降低原支座的上部荷載，為確保頂托時(shí)渡槽的安全，留有足夠的安全余度，懸臂側(cè)增設(shè)支座左右側(cè)頂托力均控制在400kN。

3.6 新設(shè)支座設(shè)計(jì)

新設(shè)支座自上而下結(jié)構(gòu)分別為：槽底加固、鋼筋混凝土墩臺(tái)、鋼筋混凝土支撐梁、灌注樁。

槽底加固部位采用C30F50自密實(shí)混凝土，厚度為40～70cm，通過(guò)插筋、槽鋼與原渡槽槽身底部進(jìn)行連接。墩臺(tái)材料為C30F50鋼筋混凝土，順?biāo)鞣较驅(qū)?m，垂直水流方向長(zhǎng)1.25m，墩臺(tái)頂部留有新設(shè)支座基礎(chǔ)(二期采用HK-UW-3樹(shù)脂混凝土澆筑)。墩臺(tái)座落于C30F50鋼筋混凝土撐梁之上，撐梁斷面尺寸為1.2m×1.5m(寬×高)，長(zhǎng)度為10.8m，底部分別設(shè)10cm厚的C10素混凝土墊層和10cm厚的碎石墊層。撐梁每側(cè)下方各設(shè)置一根C30F50鋼筋混凝土灌注樁，直徑為100cm，樁中心矩為9.4m。

4 采用工程技術(shù)措施處理后取得的效果

通過(guò)大量的觀測(cè)和技術(shù)數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)造成沙門(mén)渡槽第一跨不均勻沉降的主要原因是工程建設(shè)初期該位置地質(zhì)條件突變，樁基的實(shí)際承載能力略小于設(shè)計(jì)值等因數(shù)。針對(duì)沉降成因，采取了對(duì)原1號(hào)、2號(hào)灌注樁部位附近的承載能力進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)以及上部荷載進(jìn)行分荷等工程技術(shù)措施進(jìn)行修復(fù)處理。經(jīng)過(guò)處理后，渡槽運(yùn)行工況良好，節(jié)省了改進(jìn)資金，提高了渡槽的使用壽命，為供水安全和正常發(fā)揮效益起到非常重要的作用?！?/p>

Study of Uneven Subsidence Recovery Technology Program of Zhaoshandu Water Diversion Project Shamen Aqueduct

JIN Song-lan, LIN Xiao-liang

(ZhejiangShanxiEconomicDevelopmentCo.,Ltd.,Wenzhou325000,China)

Geological conditions of Shamen Aqueduct Project No. 1 and No. 2 dam foundation positions are suddenly changed, thereby leading to uneven subsidence of aqueduct and penetrating cracks in middle part of cushion cap, and threatening the safe operation of the project. Zhaoshandu Water Diversion Project Shamen Aqueduct is adopted as an example in the paper. Causes of cracks are analyzed, technical treatment recovery program of additionally setting up abutment is proposed, recovery work should be completed under the precondition of not affecting project operation safety, and excellent results are achieved.

Shamen aqueduct; uneven subsidence; repair; Zhaoshandu Water Diversion Project

TV523

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1005-4774(2014)06-0033-04