牯牛背灌區(qū)東干渠渡槽存在的問題與處理措施

黃萬江

(安慶市水利局小水電管理所 246003)

1 工程概況

牯牛背灌區(qū)東干渠渡槽位于安徽省桐城市掛車河上游范崗鎮(zhèn)掛鎮(zhèn)村境內(nèi)，擔(dān)負著5667hm2良田灌溉輸水任務(wù)。渡槽橫跨掛車河，共12跨，單跨長20m，共計240m。渡槽進口底板高程63.92m，出口底板高程63.90m。渡槽為矩形斷面，槽身高3.2m，底寬4m。在槽身兩側(cè)墻頂部設(shè)有間距2m、斷面0.2m×0.2m的拉桿。

渡槽設(shè)計流量8m3/s，加大流量10m3/s。設(shè)計水深2.5m。

渡槽由立于鋼筋混凝土基礎(chǔ)上的排架支撐。

2 存在的問題及分析

2.1 存在的問題

渡槽建于20世紀60年代。限于當(dāng)時的社會背景，渡槽基礎(chǔ)立于河床砂卵石層上。運行初期，渡槽基礎(chǔ)底部砂卵石之間的細顆粒由于受水流沖刷流失嚴重，導(dǎo)致渡槽排架基礎(chǔ)出現(xiàn)嚴重的不均勻沉降。由此造成渡槽間止水拉斷，渡槽進出口連接段、渡槽槽身側(cè)墻、底板以及排架基礎(chǔ)出現(xiàn)裂縫，并且一直呈發(fā)展趨勢，危及渡槽安全。同時，由于渡槽間止水拉斷，渡槽進出口、槽身側(cè)墻及底板裂縫漏水嚴重，導(dǎo)致渡槽輸水能力不足，嚴重影響下游灌區(qū)經(jīng)濟效益的發(fā)揮。

2.2 原因分析

渡槽建于特殊年代，建設(shè)運行后像其他工程一樣，產(chǎn)生了一系列的問題。

2.2.1 基礎(chǔ)不均勻沉降

牯牛背灌區(qū)東干渠渡槽出現(xiàn)以上險情，根本原因在于基礎(chǔ)的不均勻沉降。

渡槽基礎(chǔ)立于河床砂卵石和岸灘松散的沖洪積砂壤土上。河床砂卵石在自然水力分選作用下是級配良好且密實的。但在建設(shè)渡槽之后，由于渡槽基礎(chǔ)和排架的存在，改變了河道局部水流流態(tài)，加劇了渡槽基礎(chǔ)位置處河床的局部沖刷。而在當(dāng)時的社會經(jīng)濟技術(shù)條件下，沒有進行局部防沖處理。因此，在渡槽基礎(chǔ)處發(fā)生局部沖刷后，渡槽基礎(chǔ)下砂卵石出現(xiàn)坍塌，導(dǎo)致渡槽基礎(chǔ)出現(xiàn)不均勻沉降——基礎(chǔ)自身的不均勻沉降和基礎(chǔ)之間的不均勻沉降。由此導(dǎo)致渡槽間止水拉斷，渡槽槽身側(cè)墻、底板以及排架基礎(chǔ)出現(xiàn)裂縫等險情。

通過查閱歷史資料和現(xiàn)場查勘，位于岸灘的渡槽基礎(chǔ)，其下沖洪積層砂壤土亦未清除。汛期河道水位上漲后，基礎(chǔ)下沖洪積層砂壤土在水的浸泡作用下，發(fā)生軟化流失，導(dǎo)致其地基承載力下降、壓縮性增大，發(fā)生不均勻沉降。另外，連接段渡槽靠河岸端墩臺坐落于回填土地基之上，由于當(dāng)時未對回填土料性質(zhì)和壓實指標(biāo)提出控制性技術(shù)要求，導(dǎo)致渡槽投入運行后，進出口出現(xiàn)嚴重漏水現(xiàn)象。漏水一是導(dǎo)致了壓實不到位的土體流失，流失后土體防滲性能更差，又加劇了漏水;二是軟化土體，降低承載力。二者相互作用，加劇了墩臺的不均勻沉降。

2.2.2 附加應(yīng)力

渡槽槽身分布著大量的橫縫和縱縫，嚴重影響渡槽的使用功能和結(jié)構(gòu)安全。

通過計算，在加大流量工況下，即渡槽滿水，渡槽配筋是滿足要求的。因此，渡槽槽身裂縫不應(yīng)是配筋量不足產(chǎn)生的。另外，渡槽為薄壁結(jié)構(gòu)，其與外界環(huán)境全面接觸。因此，渡槽槽身裂縫亦不應(yīng)是溫度應(yīng)力產(chǎn)生的?？梢?，渡槽槽身裂縫應(yīng)是基礎(chǔ)不均勻沉降產(chǎn)生的。

渡槽基礎(chǔ)不均勻沉降對槽身的直接影響是出現(xiàn)裂縫。裂縫分為橫縫和縱縫，分別由不同的附加應(yīng)力產(chǎn)生。

橫縫基本上垂直于渡槽軸線。分析認為，主要是由渡槽基礎(chǔ)之間沿渡槽軸線方向不均勻沉降所產(chǎn)生的附加拉應(yīng)力造成的。

縱縫的走向基本上與渡槽軸線呈45°夾角。分析認為，主要是由渡槽基礎(chǔ)之間在垂直于渡槽軸線向不均勻沉降所產(chǎn)生的附加扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力造成的。

2.2.3 止水材料問題

通過查閱歷史資料和現(xiàn)場查勘發(fā)現(xiàn)，渡槽接縫采用平板型橡膠止水帶。此種類型橡膠止水帶中部無空心管腔，難以適應(yīng)基礎(chǔ)的不均勻沉降。同時，橡膠止水帶完全暴露在空氣中，受陽光照射、溫差變化等其他自然環(huán)境因素作用，老化龜裂嚴重，延伸率降低。因此，在渡槽基礎(chǔ)發(fā)生不均勻沉降情況下，橡膠止水帶多處斷裂。

3 除險加固

2000年初，牯牛背水庫進行了除險加固。為了充分發(fā)揮水庫的灌溉效益，2006年進行了牯牛背灌區(qū)節(jié)水灌溉配套改造工程，對灌區(qū)建筑物和渠道進行了一次全面的節(jié)水改造工作。東干渠渡槽就是在這樣的背景下進行了除險加固的。

3.1 基礎(chǔ)處理

顯然，對于坐落在自然水力分選的砂卵石基礎(chǔ)上的渡槽，其地基承載力是不存在問題的。渡槽基礎(chǔ)存在的主要問題是不均勻沉降，不均勻沉降產(chǎn)生的原因是渡槽基礎(chǔ)的存在改變了河道局部水流流態(tài)，加劇了渡槽基礎(chǔ)附近河床的局部沖刷。鑒于此，對渡槽基礎(chǔ)采用圍封固結(jié)灌漿進行處理。

首先在河床中試開挖，確定河床砂卵石層的自然休止角。再根據(jù)地質(zhì)報告中提供的渡槽基礎(chǔ)位置處河道地質(zhì)橫剖面圖，確定渡槽基礎(chǔ)處砂卵石層厚度。然后根據(jù)砂卵石的自然休止角和渡槽基礎(chǔ)處砂卵石層厚度，確定渡槽基礎(chǔ)砂卵石層開挖后的坡腳線位置。將坡腳線向外平移1m，以此寬度作為基坑開挖底寬，并由此確定基坑開挖開口線。

在蓋板混凝土達到強度后，利用埋設(shè)在圍井底部的灌漿花管灌注1∶3水泥砂漿。當(dāng)埋設(shè)在蓋板內(nèi)的出漿管出漿時，灌漿即行停止。

3.2 裂縫處理

渡槽自身強度滿足要求。因此，裂縫處理主要是防滲漏和防鋼筋銹蝕。

裂縫處理分為內(nèi)部裂縫處理和外部裂縫處理。

內(nèi)部裂縫處理主要是防滲漏處理。將渡槽底板頂面和側(cè)墻內(nèi)面清洗干凈并晾干，在其上涂刷一層防水涂料——環(huán)氧樹脂。此材料具有高彈性、高耐久性及優(yōu)良的耐高低溫性能，適用于水池防滲，能夠很好地滿足該工程的要求。

外部裂縫處理采用粘貼碳纖維。沿著垂直于渡槽軸線方向，用鋼刷對渡槽底板底面和側(cè)墻外面進行刷洗。直到刷洗出有垂直于渡槽軸線的凹凸痕跡為止，凹凸痕跡有利于提高碳纖維與渡槽混凝土之間的粘結(jié)力。將凹凸痕面沖洗干凈并晾干，在其上粘貼碳纖維。碳纖維屬于新材料，廣泛用于混凝土加固。它不僅能夠隔斷渡槽鋼筋與外界環(huán)境的聯(lián)系，防止鋼筋銹蝕，還具有很好抗拉性能，能夠?qū)Χ刹燮鸬胶芎玫难a強作用。

3.3 止水處理

止水處理采用環(huán)氧樹脂貼橡膠止水帶，并對橡膠止水帶兩側(cè)渡槽接頭之間的縫隙采用高強度水泥砂漿填實，防止橡膠止水帶老化，延長其使用壽命。

鑿除原止水橡膠帶上的水泥砂漿，清除原止水橡膠帶，并將基面清洗晾干。在基面上涂刷環(huán)氧樹脂并粘貼上WB—330—10橋型止水橡膠帶。此種類型橡膠止水帶中部有空心管腔，能很好地適應(yīng)基礎(chǔ)不均勻沉降。橡膠止水帶內(nèi)外表面采用高強度水泥砂漿覆蓋，防止其老化，延長其使用壽命。

4 加固效果

除險加固后，通過觀察:?原先通水時的水簾消失，渡槽底板和側(cè)墻干凈光亮，沒有見到苔蘚痕跡;?枯水期檢查渡槽基礎(chǔ)，沒有發(fā)現(xiàn)異常跡象;?滿足了渡槽下游5667hm2良田的灌溉用水需求。

5 結(jié)語

利用灌區(qū)節(jié)水配套改造的契機，本文通過對渡槽險情的分析，提出了處理措施。實踐證明:處理措施得當(dāng)，解決了渡槽險情，滿足了下游灌區(qū)的用水需求。