水利工程渡槽设计中问题探讨

吕松

摘要：渡槽是灌区水工建筑物中应用最广的交叉建筑物之一。由于运行几十年的渡槽往往会出现混凝土老化、开裂漏水等病危状况，本文主要针对一些渡槽工程的质量检测，提出了一些设计中的要点问题，本文在此也谈了谈自己的看法，希望对此类工程技术人员提供一定的参考。

关键词：渡槽;缺陷;分析;渡槽设计

前  言

水利的发展、水资源的优化配置都离不开水利工程，而水利工程的建筑物大都是用混凝土与钢筋浇筑而成的。其使用的年限总体上都很长，在长期的是使用过程中，又要受到各种荷载和自然破坏的考验。在使用过程中，水利工程的建筑物难免会出现渗漏、裂缝等一些问题。以下就谈了谈自己的一些建议。

一、针对几座病危渡槽的检测分析与研究

60～ 70 年代建造的渡槽， 运行至今已有 30 ～ 40 年之久， 许多工程日趋老化， 槽身外侧混凝土表面出现游离氧化钙， 有些钢丝网水泥槽壁已出现网格状的锈斑， 纵横断面裂缝多条， 渡槽过水时， 槽底漏水较为普遍， 病危现象不断产生。

例如某水库总干渠上有 4座渡槽， 其中1 座渡槽， 总长 168m， 钢筋混凝土矩形拉杆式槽身， 排架支承结构， 跨度 12m， 引水流量 1615m3/ s，1983 年底建成通水。经 20 年的运行实践， 钢筋混凝土槽身出现条条裂缝， 钢筋锈蚀， 接缝漏水， 混凝土碳化， 强度下降， 存在不少隐患， 影响运行安全。类似这些工程的老化现象较为普遍， 为此曾对几座渡槽进行过质量检测和安全鉴定。采用超声回弹综合检测法测定混凝土强度及测定了挠度、裂缝、钢筋锈蚀等内容， 并进行各种工况下的强度复核计算及抗裂验算。对某渡槽检测结果表明， 47 节槽身均出现多条裂缝，其中最少的有 5条， 最多的有 16 条， 其余都在 10 条以上，且各部分都属于横向贯穿性裂缝， 大致每隔 0.5～ 1.0m 就有一条， 槽身外侧裂缝都有不同程度的游离氧化钙析出，渡槽过水时， 裂缝处漏水严重。从外观质量检查中发现，部分槽身混凝土浇筑质量较差， 局部槽底混凝土有蜂窝现象， 钢筋裸露， 且原设计底板混凝土厚度 10cm， 现经检测部分段块仅为 8cm， 严重响断面的强度。根据实测资料，经强度复核验算， 在设计水深情况下， 其构件强度安全系数K< 1.4， 同样抗裂安全系数也不能满足规范 Kf= 1.05 的要求。

对另 1 座渡槽检测结果表明， 槽身也存在裂缝多条，钢筋裸露现象以及混凝土保护层厚度不够， 混凝土浇筑不密实， 接头处封堵材料老化失效， 槽身漏水严重等情况。对排架的检测结果也表明， 排架立柱及横梁、牛腿等构件也同样存在保护层厚度不足、钢筋外露锈蚀严重， 从而引起沿主筋向混凝土发生开裂破损， 类似这些运行了几十年的渡槽， 均不同程度地出现各种缺陷、老化病危等状态，严重影响工程的安全运行， 均需采取各种加固措施或拆除重建。

近年来， 除运行了几十年的渡槽发生老化病危外， 且有几例还尚未输水运行的渡槽也发生槽身开裂漏水或支承体塌坍事故。例某渡槽全长2966m， 设计流量 8m3/ s， 纵坡 i= 1/ 1000， 流速 v= 1.936m/ s， n= 01013， 过水断面 b ×h=2.45×1.69m2，由 44 跨、跨径为 15m 的梁式渡槽和 56 跨、跨径为 41.25m 上承式桁架拱渡槽组成， 属三级建筑物 ， 槽身为钢筋混凝土拉杆式矩形断面， 槽身侧墙厚 0.12m， 上下等厚。該梁式渡槽在吊装就位后尚未输水运行， 其槽身侧墙就发现较多裂缝， 且裂缝内外贯穿。经现场检测及分析研究后， 认为梁式渡槽槽身较为单薄及侧墙构造配筋不足之故， 提出对槽身内壁和槽底采用 4cm 厚钢丝网水泥内衬加固处理方案。处理后再经质量检测， 渡槽安全可靠， 其强度、抗裂度等安全系数指标均达规范要求。

二、渡槽设计中的要点问题及建议

1.设计等级

随着近几年的经济发展， 广大城镇需水量大增， 从水库输水到城镇的自来水厂， 几十km 的输水线上往往会修建几个渡槽， 而水厂的运行是不允许经常停水检修， 因而对输水渡槽的运行可靠度要求较高。另方面， 有些渡槽跨越国道或省道干线上， 渡槽下方车辆往返， 交通繁忙， 设计中应适当考虑渡槽一旦失事的严重后果。这些具体情况在设计中应予以必要的关注， 对工程等级、安全系数的标准应慎重酌定。

2.抗裂度

对照水工混凝土结构设计规范 （ SL/T 191-96） ， 渡槽所处的环境条件属于二类露天环境， 长期处于水下的环境。对于二类环境， 最大裂缝宽度允许值为 0.25mm （ 在长期组合荷载下） ， 但作为输水建筑物的渡槽， 设计中允许混凝土开裂， 则在长年累月日晒雨淋的侵蚀下， 裂缝必然越开越大， 最终导致漏水。若按照不允许出现裂缝设计， 即构件按荷载效应的短期组合进行计算， 构件受拉边缘混凝土不应产生拉应力， 按这样的设计要求， 钢筋要多配置些，槽身断面结构尺寸要增大， 使用年限会得到延长， 工程安全度更能得到保证， 但工程造价会大大提高， 在设计中需作技术与经济论证。另方面， 无论对于矩形或 U 形的槽身， 其槽壁厚度相对较簿， 在现场施工时， 对构件尺寸及混凝土保护层的控制难免会产生一些偏差， 这都可能使原设计的抗裂安全系数受到影响， 从不少工程的经验教训中看， 槽壁混凝土的浇筑密实度、标号， 特别是对混凝土的早期养护等施工质量， 都与裂缝的产生密切相关， 所以从设计到施工对槽壁混凝土的抗裂性应予以特别关注。

3.构造要求

设计人员对构件内力及配筋计算一般是极其重视的，但对构件的构造要求容易疏忽。“构造要求”虽不是对构件的主要要求， 但 “构造要求”往往是对过去的经验与教训总结， 对保障工程的安全也是很重要的条件之一。例对矩形槽壁厚度的要求， 一般为槽身高度H 的1/ 6～ 1/12; 对于拉杆式矩形槽身， 一般常取为 100～ 200mm， 而对于无拉杆式的槽壁， 其槽身侧墙常为变厚度壁， 顶部壁厚不小于100mm， 底板厚度则常不小于 150mm， 对侧墙和底板连接处均应做成 30°～ 60°的贴角， 贴角边长为 200～ 300mm; 对于槽顶加设横向拉杆的槽身， 其间距一般为 2m 左右; 对于U形断面槽身， 其槽顶通常均设置拉杆， 其壁厚 t 一般为（ 1/ 15～ 1/ 10） R0， 通常取 80～ 180mm。又例对梁、板、柱等构件的配筋， 其构造筋切不可少配， 应严格参照规范配置。特别是槽壁其必要的分布筋对抗裂起较大作用， 设计中不可忽视。

三、结束语

随着现代农田建设的不断大规模兴起与迅速发展，特别是近些来年，兴建渡槽数量也在不断增加，因此在渡槽建设方面也积累了一定的经验，但由于出于其他方面的各种因素，渡槽槽身也产生不少裂缝问题，本文主要就水利工程渡槽设计中注意的相关问题进行了分析，希望同行业工作人员参考借鉴。