巖石嶺水庫總干渠大塘口渡槽安全鑒定及評價

王尉英，李洪強，陳 星

(1.杭州市富陽區(qū)水利水電工程監(jiān)管中心，浙江富陽311400；2.浙江廣川工程咨詢有限公司，浙江杭州310020)

0 引 言

渡槽是一種重要的輸水建筑物，廣泛應(yīng)用于農(nóng)田灌溉、城鎮(zhèn)生活用水、工業(yè)用水、跨流域調(diào)水等工程中[1]。但是我國大部分渡槽建于20世紀(jì)60年代[2]，隨著使用時限的增長，這些老舊渡槽已接近當(dāng)時的設(shè)計年限。另外，渡槽結(jié)構(gòu)本身在自然環(huán)境中裸露也造成了不同程度的損傷，且當(dāng)時依照舊規(guī)范設(shè)計的結(jié)構(gòu)也不能完全滿足當(dāng)前社會的需要。對于這些仍然承擔(dān)重要輸水任務(wù)的渡槽應(yīng)進(jìn)行嚴(yán)格的安全鑒定和評價，從而對它們進(jìn)行重建或加固。當(dāng)前，水利部已先后出臺了水庫大壩安全鑒定辦法、水閘安全鑒定管理辦法等，但對于渡槽卻沒有相應(yīng)鑒定辦法[3]。本文以公路橋梁工程中承載力檢測的規(guī)程，對巖石嶺水庫總干渠大塘口渡槽進(jìn)行承載力檢測，并結(jié)合復(fù)核計算，提出一種適用于雙曲拱渡槽結(jié)構(gòu)的安全鑒定和評價方法。

1 基本情況

巖石嶺水庫位于錢塘江流域淥渚江干流葛溪中下游，是1座以灌溉為主的中型水庫。巖石嶺水庫總干渠沿線共有3座渡槽，分別為塘邊塢渡槽、大塘口渡槽、西牛山渡槽。受當(dāng)時資金、技術(shù)等條件的限制，渠道設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)低；且經(jīng)過多年運行，3座渡槽結(jié)構(gòu)普遍老化破損，槽身漏水嚴(yán)重，影響灌區(qū)功能的正常發(fā)揮和工程的安全運行。其中，大塘口渡槽結(jié)構(gòu)型式為空腹式雙曲拱渡槽，渡槽全長108.9 m，比降為1/1 500，設(shè)計流量16.5 m3/s，校核流量18.0 m3/s。槽身采用矩形混凝土肋板加拉桿，渡槽拱架采用三肋二波；主拱圈采用等截面懸鏈線，腹拱采用連續(xù)微彎拱；槽墩為重力式實體結(jié)構(gòu)，下部采用漿砌塊石，上部采用塊石混凝土；槽臺為實體重力式素混凝土結(jié)構(gòu)[4]。

2 大塘口渡槽現(xiàn)狀

大塘口渡槽于1983年5月建成通水，至今已累計運行近35 a。自建成運行至今，尚未進(jìn)行過大修，僅對局部滲漏進(jìn)行小規(guī)模修補。對渡槽的砌石和混凝土結(jié)構(gòu)的現(xiàn)狀進(jìn)行觀察分析，砌石結(jié)構(gòu)部分進(jìn)口漸變段右側(cè)擋墻底部在渠道過水時滲漏較為嚴(yán)重(見圖1)?；炷两Y(jié)構(gòu)部分總體上來說未見明顯的破損和開裂現(xiàn)象，但槽身有多處不同程度的滲漏，且在主拱圈部分有著鋼筋裸露、銹蝕等問題。根據(jù)《浙江省灌區(qū)渡槽安全評價導(dǎo)則(試行)》[5]和《浙江省大中型灌區(qū)運行管理規(guī)程(試行)》[6]等有關(guān)規(guī)定，大塘口渡槽亟需進(jìn)行一次全面的安全鑒定，為其重建或加固提供依據(jù)。

3 承載力檢測

雙曲拱結(jié)構(gòu)在橋梁建設(shè)中應(yīng)用較為普遍，為了評定主拱圈的實際承載能力和工作狀態(tài)，經(jīng)常采用靜載試驗的方法對該類橋梁進(jìn)行檢測[7]。為了解大塘口渡槽目前實際的承載能力及其工作性能，參考《公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程》(JTG/T J21—2011)[8]等相關(guān)規(guī)程規(guī)范，對渡槽進(jìn)行荷載試驗。

3.1 試驗設(shè)備

靜載試驗主要儀器及設(shè)備如下所示(見表1)。

表1 靜載試驗儀器及設(shè)備

3.2 測點布置

根據(jù)《公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程》(JTG/T J21—2011)，結(jié)合雙曲拱渡槽的受力特點，分別選取跨中、1/4跨及拱腳截面，共計5個斷面15支應(yīng)變計進(jìn)行拱肋應(yīng)力應(yīng)變檢測(見圖2)。每個斷面儀器編號自左至右分別為(以1號斷面為例)S1—1、S1—2、S1—3(見圖3)。

圖2 拱肋應(yīng)變測點布置示意

圖3 拱肋應(yīng)變測點布置橫斷面

3.3 檢測結(jié)果

檢測內(nèi)容主要為在渡槽內(nèi)水荷載逐漸加大的情況下，測點處的應(yīng)變變化。其中應(yīng)變計S3—1、S3—3及S4—1在安裝導(dǎo)水槽時脫落，因此不作分析，其余12支應(yīng)變計變化正常。它們的實測應(yīng)變與水深變化過程線如下所示(見圖4)。由圖可推得，拱肋總體處于受壓狀態(tài)，僅在水深增加期間拱頂出現(xiàn)微拉應(yīng)力，且拉應(yīng)力滿足要求。各斷面拱肋應(yīng)變變化規(guī)律基本一致，且應(yīng)變均在一定范圍內(nèi)變化，拱腳及拱頂回彈現(xiàn)象明顯，表明結(jié)構(gòu)在荷載作用下處于彈性工作狀態(tài)；但由于邊肋與中肋應(yīng)變不協(xié)調(diào)，導(dǎo)致橫隔板與邊肋連接處混凝土開裂脫落。

4 復(fù)核計算

4.1 過流能力復(fù)核

大塘口渡槽全長81.9 m，槽身斷面為矩形，凈寬取實測寬度3.775 m，凈深取2.5 m，設(shè)計正常水深2.4 m，設(shè)計糙率0.015。根據(jù)《灌溉與排水渠系建筑物設(shè)計規(guī)范》(SL 482—2011)[9]，水力計算成果如下所示(見表2)。復(fù)核結(jié)果表明，在設(shè)計和校核流量工況下，渡槽過流能力不滿足規(guī)范要求。

表2 渡槽過流能力計算成果

圖4 實測應(yīng)變與水深關(guān)系過程線

4.2 結(jié)構(gòu)安全和穩(wěn)定性復(fù)核

渡槽的結(jié)構(gòu)安全復(fù)核直接關(guān)系到渡槽的安全性，合理的復(fù)核計算能夠有效地判斷結(jié)構(gòu)是否能夠滿足需要正常運行。結(jié)構(gòu)安全復(fù)核內(nèi)容包括槽身、腹拱、主拱圈、槽墩、基礎(chǔ)等進(jìn)行安全復(fù)核；在計算過程中對計算參數(shù)的取值是重中之重，需要按照現(xiàn)行規(guī)范、現(xiàn)場檢測和地質(zhì)勘察結(jié)果綜合考慮；選擇復(fù)核斷面時要求該斷面具有代表性。同時，根據(jù)需要對承載力檢測時渡槽并未達(dá)到的滿槽工況進(jìn)行三維有限元計算，分析渡槽在滿槽狀態(tài)下的整體工作狀態(tài)和安全性。

渡槽穩(wěn)定性復(fù)核內(nèi)容包括槽身抗滑穩(wěn)定、槽墩抗滑穩(wěn)定及抗傾覆穩(wěn)定復(fù)核，其計算參數(shù)、斷面、工況選擇要求與結(jié)構(gòu)安全復(fù)核類同。

5 綜合評價

經(jīng)復(fù)核，根據(jù)《浙江省灌區(qū)渡槽安全評價導(dǎo)則(試行)》，本工程中安全鑒定和評價結(jié)果如下：

(1)大塘口渡槽總水頭損失，進(jìn)、出口漸變段長度均滿足設(shè)計要求，但渡槽過流能力不滿足規(guī)范要求，本工程水力要素復(fù)核等級為“C”級。

(2)渡槽槽肋、拉桿、 槽板承載力安全系數(shù)均滿足規(guī)范要求，裂縫寬度滿足要求，但不滿足抗裂要求，且槽板外側(cè)有多處裂縫，槽身滲漏嚴(yán)重，槽身結(jié)構(gòu)安全分級為“C”級。

(3)渡槽腹拱承載力滿足規(guī)范要求，主拱圈縱向穩(wěn)定性滿足要求，拱腳偏心距及抗裂不滿足規(guī)范要求，支承結(jié)構(gòu)安全分級為“B”級。

(4)渡槽基礎(chǔ)剛性角、基底應(yīng)力、基礎(chǔ)抗滑安全系數(shù)、抗傾覆安全系數(shù)等均滿足規(guī)范要求，地基基礎(chǔ)安全分級為“A”級。

根據(jù)本工程中水力要素、槽身結(jié)構(gòu)安全性、工程質(zhì)量和支承結(jié)構(gòu)安全性以及地基基礎(chǔ)安全性的等級，綜合鑒定大塘口渡槽安全類別為三類渡槽。

6 結(jié) 論

近年來，老舊渡槽的數(shù)量不斷增加，對這些已運行多年的渡槽進(jìn)行安全鑒定和加固是確保它們能夠繼續(xù)順利運行的有效保障措施；然而與渡槽安全鑒定相關(guān)的技術(shù)仍舊為一個重大的技術(shù)課題，國內(nèi)外均缺乏相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。本文就雙曲拱渡槽結(jié)構(gòu)的特點，提出結(jié)合原型承載力檢測及復(fù)核計算的方案，對巖石嶺水庫總干渠大塘口渡槽進(jìn)行安全鑒定，為同類渡槽的安全鑒定和評價工程提供參考。