水利工程渡槽設(shè)計(jì)中問題探討

呂松

摘要：渡槽是灌區(qū)水工建筑物中應(yīng)用最廣的交叉建筑物之一。由于運(yùn)行幾十年的渡槽往往會出現(xiàn)混凝土老化、開裂漏水等病危狀況，本文主要針對一些渡槽工程的質(zhì)量檢測，提出了一些設(shè)計(jì)中的要點(diǎn)問題，本文在此也談了談自己的看法，希望對此類工程技術(shù)人員提供一定的參考。

關(guān)鍵詞：渡槽;缺陷;分析;渡槽設(shè)計(jì)

前 ?言

水利的發(fā)展、水資源的優(yōu)化配置都離不開水利工程，而水利工程的建筑物大都是用混凝土與鋼筋澆筑而成的。其使用的年限總體上都很長，在長期的是使用過程中，又要受到各種荷載和自然破壞的考驗(yàn)。在使用過程中，水利工程的建筑物難免會出現(xiàn)滲漏、裂縫等一些問題。以下就談了談自己的一些建議。

一、針對幾座病危渡槽的檢測分析與研究

60～ 70 年代建造的渡槽， 運(yùn)行至今已有 30 ～ 40 年之久， 許多工程日趨老化， 槽身外側(cè)混凝土表面出現(xiàn)游離氧化鈣， 有些鋼絲網(wǎng)水泥槽壁已出現(xiàn)網(wǎng)格狀的銹斑， 縱橫斷面裂縫多條， 渡槽過水時， 槽底漏水較為普遍， 病危現(xiàn)象不斷產(chǎn)生。

例如某水庫總干渠上有 4座渡槽， 其中1 座渡槽， 總長 168m， 鋼筋混凝土矩形拉桿式槽身， 排架支承結(jié)構(gòu)， 跨度 12m， 引水流量 1615m3/ s，1983 年底建成通水。經(jīng) 20 年的運(yùn)行實(shí)踐， 鋼筋混凝土槽身出現(xiàn)條條裂縫， 鋼筋銹蝕， 接縫漏水， 混凝土碳化， 強(qiáng)度下降， 存在不少隱患， 影響運(yùn)行安全。類似這些工程的老化現(xiàn)象較為普遍， 為此曾對幾座渡槽進(jìn)行過質(zhì)量檢測和安全鑒定。采用超聲回彈綜合檢測法測定混凝土強(qiáng)度及測定了撓度、裂縫、鋼筋銹蝕等內(nèi)容， 并進(jìn)行各種工況下的強(qiáng)度復(fù)核計(jì)算及抗裂驗(yàn)算。對某渡槽檢測結(jié)果表明， 47 節(jié)槽身均出現(xiàn)多條裂縫，其中最少的有 5條， 最多的有 16 條， 其余都在 10 條以上，且各部分都屬于橫向貫穿性裂縫， 大致每隔 0.5～ 1.0m 就有一條， 槽身外側(cè)裂縫都有不同程度的游離氧化鈣析出，渡槽過水時， 裂縫處漏水嚴(yán)重。從外觀質(zhì)量檢查中發(fā)現(xiàn)，部分槽身混凝土澆筑質(zhì)量較差， 局部槽底混凝土有蜂窩現(xiàn)象， 鋼筋裸露， 且原設(shè)計(jì)底板混凝土厚度 10cm， 現(xiàn)經(jīng)檢測部分段塊僅為 8cm， 嚴(yán)重響斷面的強(qiáng)度。根據(jù)實(shí)測資料，經(jīng)強(qiáng)度復(fù)核驗(yàn)算， 在設(shè)計(jì)水深情況下， 其構(gòu)件強(qiáng)度安全系數(shù)K< 1.4， 同樣抗裂安全系數(shù)也不能滿足規(guī)范 Kf= 1.05 的要求。

對另 1 座渡槽檢測結(jié)果表明， 槽身也存在裂縫多條，鋼筋裸露現(xiàn)象以及混凝土保護(hù)層厚度不夠， 混凝土澆筑不密實(shí)， 接頭處封堵材料老化失效， 槽身漏水嚴(yán)重等情況。對排架的檢測結(jié)果也表明， 排架立柱及橫梁、牛腿等構(gòu)件也同樣存在保護(hù)層厚度不足、鋼筋外露銹蝕嚴(yán)重， 從而引起沿主筋向混凝土發(fā)生開裂破損， 類似這些運(yùn)行了幾十年的渡槽， 均不同程度地出現(xiàn)各種缺陷、老化病危等狀態(tài)，嚴(yán)重影響工程的安全運(yùn)行， 均需采取各種加固措施或拆除重建。

近年來， 除運(yùn)行了幾十年的渡槽發(fā)生老化病危外， 且有幾例還尚未輸水運(yùn)行的渡槽也發(fā)生槽身開裂漏水或支承體塌坍事故。例某渡槽全長2966m， 設(shè)計(jì)流量 8m3/ s， 縱坡 i= 1/ 1000， 流速 v= 1.936m/ s， n= 01013， 過水?dāng)嗝?b ×h=2.45×1.69m2，由 44 跨、跨徑為 15m 的梁式渡槽和 56 跨、跨徑為 41.25m 上承式桁架拱渡槽組成， 屬三級建筑物 ， 槽身為鋼筋混凝土拉桿式矩形斷面， 槽身側(cè)墻厚 0.12m， 上下等厚。該梁式渡槽在吊裝就位后尚未輸水運(yùn)行， 其槽身側(cè)墻就發(fā)現(xiàn)較多裂縫， 且裂縫內(nèi)外貫穿。經(jīng)現(xiàn)場檢測及分析研究后， 認(rèn)為梁式渡槽槽身較為單薄及側(cè)墻構(gòu)造配筋不足之故， 提出對槽身內(nèi)壁和槽底采用 4cm 厚鋼絲網(wǎng)水泥內(nèi)襯加固處理方案。處理后再經(jīng)質(zhì)量檢測， 渡槽安全可靠， 其強(qiáng)度、抗裂度等安全系數(shù)指標(biāo)均達(dá)規(guī)范要求。

二、渡槽設(shè)計(jì)中的要點(diǎn)問題及建議

1.設(shè)計(jì)等級

隨著近幾年的經(jīng)濟(jì)發(fā)展， 廣大城鎮(zhèn)需水量大增， 從水庫輸水到城鎮(zhèn)的自來水廠， 幾十km 的輸水線上往往會修建幾個渡槽， 而水廠的運(yùn)行是不允許經(jīng)常停水檢修， 因而對輸水渡槽的運(yùn)行可靠度要求較高。另方面， 有些渡槽跨越國道或省道干線上， 渡槽下方車輛往返， 交通繁忙， 設(shè)計(jì)中應(yīng)適當(dāng)考慮渡槽一旦失事的嚴(yán)重后果。這些具體情況在設(shè)計(jì)中應(yīng)予以必要的關(guān)注， 對工程等級、安全系數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)慎重酌定。

2.抗裂度

對照水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范 （ SL/T 191-96） ， 渡槽所處的環(huán)境條件屬于二類露天環(huán)境， 長期處于水下的環(huán)境。對于二類環(huán)境， 最大裂縫寬度允許值為 0.25mm （ 在長期組合荷載下） ， 但作為輸水建筑物的渡槽， 設(shè)計(jì)中允許混凝土開裂， 則在長年累月日曬雨淋的侵蝕下， 裂縫必然越開越大， 最終導(dǎo)致漏水。若按照不允許出現(xiàn)裂縫設(shè)計(jì)， 即構(gòu)件按荷載效應(yīng)的短期組合進(jìn)行計(jì)算， 構(gòu)件受拉邊緣混凝土不應(yīng)產(chǎn)生拉應(yīng)力， 按這樣的設(shè)計(jì)要求， 鋼筋要多配置些，槽身斷面結(jié)構(gòu)尺寸要增大， 使用年限會得到延長， 工程安全度更能得到保證， 但工程造價(jià)會大大提高， 在設(shè)計(jì)中需作技術(shù)與經(jīng)濟(jì)論證。另方面， 無論對于矩形或 U 形的槽身， 其槽壁厚度相對較簿， 在現(xiàn)場施工時， 對構(gòu)件尺寸及混凝土保護(hù)層的控制難免會產(chǎn)生一些偏差， 這都可能使原設(shè)計(jì)的抗裂安全系數(shù)受到影響， 從不少工程的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)中看， 槽壁混凝土的澆筑密實(shí)度、標(biāo)號， 特別是對混凝土的早期養(yǎng)護(hù)等施工質(zhì)量， 都與裂縫的產(chǎn)生密切相關(guān)， 所以從設(shè)計(jì)到施工對槽壁混凝土的抗裂性應(yīng)予以特別關(guān)注。

3.構(gòu)造要求

設(shè)計(jì)人員對構(gòu)件內(nèi)力及配筋計(jì)算一般是極其重視的，但對構(gòu)件的構(gòu)造要求容易疏忽。“構(gòu)造要求”雖不是對構(gòu)件的主要要求， 但 “構(gòu)造要求”往往是對過去的經(jīng)驗(yàn)與教訓(xùn)總結(jié)， 對保障工程的安全也是很重要的條件之一。例對矩形槽壁厚度的要求， 一般為槽身高度H 的1/ 6～ 1/12; 對于拉桿式矩形槽身， 一般常取為 100～ 200mm， 而對于無拉桿式的槽壁， 其槽身側(cè)墻常為變厚度壁， 頂部壁厚不小于100mm， 底板厚度則常不小于 150mm， 對側(cè)墻和底板連接處均應(yīng)做成 30°～ 60°的貼角， 貼角邊長為 200～ 300mm; 對于槽頂加設(shè)橫向拉桿的槽身， 其間距一般為 2m 左右; 對于U形斷面槽身， 其槽頂通常均設(shè)置拉桿， 其壁厚 t 一般為（ 1/ 15～ 1/ 10） R0， 通常取 80～ 180mm。又例對梁、板、柱等構(gòu)件的配筋， 其構(gòu)造筋切不可少配， 應(yīng)嚴(yán)格參照規(guī)范配置。特別是槽壁其必要的分布筋對抗裂起較大作用， 設(shè)計(jì)中不可忽視。

三、結(jié)束語

隨著現(xiàn)代農(nóng)田建設(shè)的不斷大規(guī)模興起與迅速發(fā)展，特別是近些來年，興建渡槽數(shù)量也在不斷增加，因此在渡槽建設(shè)方面也積累了一定的經(jīng)驗(yàn)，但由于出于其他方面的各種因素，渡槽槽身也產(chǎn)生不少裂縫問題，本文主要就水利工程渡槽設(shè)計(jì)中注意的相關(guān)問題進(jìn)行了分析，希望同行業(yè)工作人員參考借鑒。