引沁灌区东方红渡槽除险加固工程设计

□李华强（新乡市水利勘测设计院）

1.概况

引沁灌区是河南省大型引河灌区之一，位于焦作市西部太行山南麓，北纬 35°15′～34°55′,东经 112°25′～112°45′之间。灌区北起太行山，西临王屋山，南跨北邙岭区，是一个引蓄结合的大型丘陵灌区。灌区总土地面积8.51万hm2，其中耕地面积3.93万hm2，规划灌溉面积2.67万hm2。范围包括济源市，孟州市和洛阳市吉利区的15个乡镇355个行政村。灌区内现有总干渠1条，干渠15条，加支渠16条，支斗渠138条，渠道总长531.63km。

东方红渡槽位于总干渠上，桩号55+537～56+245，渡槽全长408m，槽身长度373m，由5个57m跨主拱和一个25m跨次拱组成，最大高度46m，设计纵坡1/700，设计流量15m3/s，修建于1966年，已运行45年，目前该渡槽已明显出现病害症状。受“引沁灌区节水续建配套项目建设管理局”委托，由中原工学院工程结构与岩土工程研究所于2011年5月对东方红渡槽进行了病害检测，检测分为槽身（底面及侧面）、顶板、伸缩止水缝、护栏、供体、拱上结构及主支墩等部分分别进行。

2.工程存在问题

通过检测和计算发现：渡槽无整体大的裂缝及变形发生，结构整体尚好，但因年代久远，碳化严重；渡槽钢筋保护层设计值为35mm，实测保护层厚为27～32mm，实测完全碳化区平均厚度为28～31mm；考虑部分碳化区的存在，实则碳化锋面早已到达钢筋表面破坏钢筋表层的坚固钝化膜，因此，所有构件迎水面和背水面均已碳化至钢筋表面；顶板、栏杆等由于较薄，构件较小，外表面磨损、碳化较为严重；根据现场检测，止水缝存在漏水现象；最大拉应力发生在I#主墩下游测的基础部位，量值达到2.5MPa，短支墩与拱顶之间的拱圈部位和支墩与拱圈交接的部位均出现了拉应力，量值在0.2～0.6MPa之间，拉应力的方向一般垂直于拱轴线方向；检测发现36#柱墩出现裂缝，裂缝处截面的南半部几乎贯通，外表面该裂缝几乎横向展布充满东、南、西三个面，且裂缝宽度较大，尤其南面的裂缝宽度基本在4～6mm之间。

3.除险加固工程设计

一是对渡槽底面、供体下部等拉应力区进行补强处理，处理设计为：清除被加固构件表面的剥落、疏松、蜂窝、腐蚀等劣化混凝土，露出混凝土结构层，对锈蚀钢筋除锈，并用丙乳砂浆修复材料将表面修复平整，然后用碳纤维布进行加固。根据检测报告，加固部位拉应力较小，考虑原设计拱底部配有钢筋，因此设计采用200g厚度0.111mm规格单层碳纤维布进行加固。二是在对拉应力区补强处理后，对槽身、拱体、拱上支墩进行防碳化处理，处理方法为：对渡槽所有表面、拱上支墩外表面和主墩表面采用丙乳砂浆抹面方法进行处理，抹面厚度设计为1cm。三是对槽顶栏杆进行拆除重建，处理方案为：拆除横杆，凿除现有栏杆柱混凝土，钢筋留下，按照设计要求，重新浇筑栏杆柱，安装新栏杆条。在渡槽两端，设计高3m（圆弧顶面），长10.0m全封闭防护网。四是拆除原有伸缩缝止水，重新安装止水带；设计方案如下：对漏水伸缩缝全部进行拆除，并割除原有不能使用的预埋螺栓，按设计植入新的不锈钢螺栓，待植入螺栓强度达到设计要求，安装新的止水橡皮，用5mm钢压板压紧，不锈钢螺母紧固。五是拆除渡槽上游钢筋混凝土闸门，更换新的闸门。考虑在原有闸槽设置钢筋混凝土闸门止水较为困难，本次设计闸门采用定型3×2.5铸铁闸门。六是对南坡上槽道路进行整修、衬砌，根据现状路面情况，先清除路面破碎混凝土表层，然后现浇C20混凝土路面，厚度5cm。七是由于36#柱裂缝成因不明确，对36#墩暂按拉应力区补强方式进行处理，即与前述碳纤维布处理方法相同。加固后，即开始进行观测，如观测该柱不再恶化，将不再进行深入处理，如该柱仍继续恶化，再进行更深入处理。八是考虑渡槽处理后外观美观，设计在除险结束后，对整个渡槽进行外墙漆涂刷。设计方案为：主墩以上全部采用白色外墙漆涂刷，主墩采用橘红色外墙漆涂刷。九是由于东方红渡槽最大跨高达到50m，施工作业较为困难，我们对吊篮式和满堂脚手架两种施工方案进行比较。吊篮式施工方法，施工费用远小于满堂脚手架施工方法，根据本工程情况，施工时吊篮需进行连接，以方便拱底、拱顶等部位的施工，吊篮连接、拆除次数较多，易发生安全事故。满堂脚手架施工方案，脚手架搭接工艺比较复杂，工程量较大，费用远高于吊篮施工方法，但相对吊篮施工法，搭拆次数较少，安全性较好。

根据上述比较情况，最后确定采用吊篮施工法。本次东方红渡槽处理，丙乳砂浆配合比要求暂定如下：水泥1kg，丙乳0.3kg，灰砂比1：1，水灰比34.4%，聚灰比14.4%。水泥采用42.5普通硅酸盐水泥，砂子要求为颗粒<2.5mm的干净粗砂，砂浆含水量要考虑丙乳中含水量。工程实施时应进行试验确定具体配合比。

4.施工设计

4.1 吊篮搭设

吊篮搭设前必须根据施工作业的要求，对此工程进行专项设计、计算，以保证在各种情况下吊篮的安全，考虑吊篮安全意义重大，设计时必须有足够的安全富裕度。吊篮搭设过程中，各种杆件、扣件、连接件、垫板之间必须连接牢固，搭设时绝对不允许偷工减料，随意乱搭、乱改和乱用，绝对不准使用不合格的杆配件和材料，在搭建过程中必须采取安全防护措施，设置防（围）护和使用安全防护用品。吊篮的拆除作业应按确定的拆除程序进行。渡槽加固时，整个吊篮以下应设置高质量防护网，以防上部人员、物品坠落，发生安全事故。

4.2 工作平台和安全网搭、拆

吊篮搭设起来后，需根据工作内容和工作位置，搭建牢固的工作平台，脚手板要固定牢靠，必须按规定要求及时设置安全网。工程结束时必须按照规范要求拆除工作平台和安全网。

4.3 丙乳砂浆施工

凿除老化、损坏部位的混凝土——用喷砂枪对锈蚀钢筋进行除锈——用高压水冲洗——在修补部位涂刷丙乳净浆做界面处理——涂抹丙乳砂浆至原混凝土表面——喷雾养护7d。

4.4 碳纤维布施工

4.4.1 施工准备

拟定施工方案和施工计划，应对所使用的碳纤维布、配套树脂、机具等作好施工前的准备工作。

4.4.2 混凝土表面处理

清除被加固构件表面的剥落、疏松、蜂窝、腐蚀等劣化混凝土，露出混凝土结构层，并用丙乳砂浆将表面修复平整。按设计要求对裂缝进行灌缝或封闭处理。对混凝土表面凹陷部位用找平材料填补平整，转角处应用找平材料修复为光滑的圆弧，半径应≥20mm。

4.4.3 粘贴碳纤维布

按设计要求的尺寸裁剪碳纤维布；按供应商提供的工艺规定配制底层树脂，配制浸渍树脂并均匀涂抹于所要粘贴构件，在树脂表面指触干燥后立即进行下一步工序施工；沿着纤维方向多次滚压，挤除气泡，使浸渍树脂充分浸透碳纤维布；碳纤维布的表面均匀涂抹浸渍树脂。碳纤维布施工环境温度在5～35℃范围内，相对湿度≤70%。

4.4.4 表面防护

按有关规范的规定处理，并保证防护材料与碳纤维布之间有可靠的粘结。碳纤维布基层混凝土的强度要求不低于C15。

4.5 对东方红渡槽施工的几点要求和建议

一是吊篮的搭、拆，工作平台和安全网的搭、拆必须按照制定好的操作程序逐步实施，任何人员不准随意更改。二是东方红渡槽下部人口密集，过过往车辆，行人较多，因此施工安全必须放在首位，工程在开始前，必须制定一套针对本工程的、严格的一系列安全生产制度，并对所有职工进行经常性的宣贯，使之牢记安全意识，确保工程施工期间不出任何安全事故。三是所有参建人员在工地时应严格遵守已制定的安全制度。四是考虑本工程技术难度高，施工难度大，工艺复杂，细腻，要求高的情况，建议选择有经验的大型施工队伍。

5.结语

工程实施中发现外侧的主拱梁病害问题比检测发现的问题更为严重，部分主筋有锈断问题，已现场讨论方案进行了解决。目前东方红渡槽除险加固正在顺利进行，加固效果较好。