甘州区有本渡槽的病险成因及除险对策

司永强

(甘肃省张掖市甘州区乌江水管所，甘肃 张掖 734026)

1 概 况

有本渡槽位于甘肃省张掖市甘州区靖安乡，是甘州区有本干渠跨跨山丹河的输水渡槽，担负者甘州区靖安乡873hm2有效灌溉面积的灌溉输水任务。渡槽始建于1983年，总长86m，渡槽主跨共7跨，每跨10m，渡槽槽身为薄壳混凝土简支梁式，其中主跨长70 m，两端连接段槽身各8m，两端混凝土渐变段各5m 长。渡槽支撑结构为混凝土排架结构，渡槽整体有两个混凝土重力式边墩和高4m左右的6排单排架，排架基础为桩基混凝土承台，承台为钢筋混凝土结构。简支梁式U形薄壳槽身净高1.3 m，槽壳厚6Cm，口宽1.6 m，为C20钢筋混凝土结构，顶部设有混凝土拉杆，间距2 m，拉杆间盖有混凝土板，作为人行便桥，两侧顶部设有90cm高的钢管护栏。渡槽经2017年除险加固已正常输水运行， 质量安全，加固效益显著。

2 渡槽工程安全情况检测及存在的主要问题

2.1 工程安全情况检测

2.1.1 渡槽工程地质检测

1)渡槽基础稳定性复核：现场测量与观察表明，渡槽槽身基础均坐落于山丹河河床内，河床地层岩性主要以砂土或含砾砂为主，地层岩性结构密实，渗透系数5.79×10-3cm/s，不易发生液化，各承台均无沉降、倾斜、变形现象，基础稳固，可予以充分利用。

2) 环境水的腐蚀性评价：经对通过渡槽的灌溉渠水取样做水质化学分析试验，判定地表水对普通混凝土具有硫酸盐弱腐蚀性；地表水对钢筋混凝土结构中的钢筋具弱腐蚀性。

3)渠道基础地层冻胀性评价：经现场勘察，已建渡槽连接段上、下游渠道均为垫方渠段，渠基地层岩性主要以砂土或含砾砂为主，渠底坐落于天然土层之上。原渠道为弧底梯形断面，渠底及渠坡均为混凝土预制块衬砌，渠口宽2.7m，底宽1.0m。经现场勘察，现状渠道地基已趋稳定，不存在不均匀沉降等问题；但渠身均不同程度出现冻胀变形及裂缝，局部混凝土预制块鼓胀、错位现象严重。其上、下游各100m渠道已不能安全运行，需进行防渗与抗冻处理。

2.1.2 槽身、排架及承台混凝土结构强度检测

1) 混凝土外观缺陷检测情况

渡槽槽身混凝土普遍碳化，尤其是槽身两端头混凝土表面碳化、开裂、剥落相当严重，其5#和6#排架处槽身端头混凝土破坏相当严重，1#-6#排架墩帽冻融风化破坏相当严重，排架墩帽混凝土碳化剥蚀脱落，钢筋多有外露，已基本失去支撑作用，排架柱均有竖向裂缝，缝宽1cm，环向箍筋断裂，裂缝随着逐年冻融有扩大趋势，已基本散失承载能力，严重威胁渡槽的安全。

2)混凝土强度检测情况

混凝土强度采用回弹法进行无损检测，对1-6号排架、边墩及槽身检测结果看，槽身推定强度18.3MPa，排架及边墩推定强度15.9MPa，均小于规范强度等级C25，主要结构强度等级不满足规范要求。

3) 混凝土结构物裂缝及钢筋保护层检测

经对渡槽槽身及排架进行检测，槽身裂缝长度和宽度分别达到80mm、5mm，排架裂缝长度和宽度分别达到2980mm、10mm。已剥落混凝土的渡槽槽身及排架钢筋保护层实测值分别为15mm、20mm，低于规范规定的相应结构钢筋保护层厚度。渡槽上下游边墩浆砌石护坡长各35m，现已大面积脱浆，砌石开裂脱落，根据现场检查测量，砌体大面积开裂，坡面布满裂缝，缝宽平均10mm，基本失去维护工能。

2.2 渡槽工程存在的主要问题及成因

2.2.1 渡槽主体结构破损严重，已不能安全运行

1)渡槽伸缩缝止水长期运行后已老化脱落，预埋件锈蚀、止水压条及止水材料无法安装，后期加固的环氧树脂等一些零散堵漏材料，已散失塑性导致漏水十分严重。因20世纪70年代伸缩缝止水材料品种单一，选择范围小，大多使用止水橡皮、沥清砂浆等材料，其封口与槽身结合性不好，且缺少抗老化措施，在运行过程中虽经过更换，但各批次材料的质量和塑性差异较大，更换维修后使用寿命大大缩减。

2)排架柱墩帽混凝土碳化剥蚀脱落，钢筋外露，排架柱竖向产生裂缝。渡槽的6个排架柱中已有4个排架的墩帽混凝土严重剥蚀脱落，且排架柱竖向产生裂缝，缝宽1cm，环向箍筋部分断裂，严重影响了槽身的整体安全。因排架柱墩帽是渡槽荷载的主要支撑部位，内部钢筋布置密集，在水气条件下钢筋发生锈蚀引起钢筋体积膨胀使混凝土保护层遭到破坏，从而加剧了混凝土剥蚀脱落，而排架墩帽都位于渡槽各跨的伸缩缝连接处，在伸缩缝漏水冻融破坏下，进一步引起排架柱竖向产生裂缝，环向箍筋外露断裂。

3)渡槽与输水渠道连接段的渠道混凝土脱落松动，失去防护功能

渡槽上、下游渐变段是保证水流平稳、防止两端发生渗漏的重要组成部分，连接段的稳定与安全，直接关系着渡槽的使用寿命。渡槽上、下游渐变段及连接段渠道的横向伸缩缝止水材料因老化脱落未能及时修复，加之渠底混凝土冻融侵蚀已开裂漏水，漏水侵蚀问题已严重威胁着渡槽边墩及槽身的安全。

渡槽两端的支撑边墩浆砌石护坡因渠道渗水冻融侵蚀已脱浆开裂，砌石松动脱落，基本失去防护作用，渡槽两端的稳定存在滑坡塌方隐患。

2.2.3 渡槽槽身及检修工作桥破坏，维修查检不安全不到位

1)渡槽槽身顶部的拉杆局部混凝土碳化剥蚀，钢筋外露，80%的拉杆已断裂，基本失去拉撑作用，致使渡槽顶部的人行便桥盖板破损缺失，无法进行正常检查维修。槽身顶部的拉杆属于小型构件，破损后一般无维修价值，只能与主体结构结合进行同步维修。

2)架空渡槽下部无安全围栏和警示设施，上部破损物及渗漏水流易造成下部行人及过往车辆的坠落伤害。该渡槽完工后，渡槽下部有一处漫水桥和田间通道，但在通行部位无任何防止冲撞和安全限高的警示措施。

3 渡槽病险问题加固除险措施

1)鉴于渡槽排架已不能安全使用、槽身混凝土开裂钢筋外露，槽身两端头混凝土开裂、剥落相对严重的现实，除险方案采用直径为Φ1200，壁厚12mm的焊接无压钢管替换总长86m的原混凝土渡槽槽身，从根本上解决了混凝土槽身施工期长、伸缩缝多，而影响灌溉输水的难题，为混凝土渡槽除险加固的快速施工积累了成功经验。

2)在渡槽上下游端的边墩处连接段各设置1套Φ1200钢制伸缩节，其钢材选用Q235B级钢，钢制伸缩节可按施工尺寸在工厂加工定做，伸缩节的配套使用，能最大限度解决槽身伸缩变形和施工误差的长度补偿，既解决了伸缩缝材料更换频繁的渗漏问题，又提高了钢管渡槽与连接段渠道的变形适应能力，

3)在管道顶部焊接检修工作便桥，桥踏板为宽1.2m厚10mm的钢板，两侧每隔1m设一角钢∠40×4mm焊接于钢管上，中部支撑于管顶，顶部两侧设有1.2 m高的钢管护栏。

4)对排架进行拆除重建。鉴于原有排架的承台均无沉降、倾斜及变形现象，基础稳固，承台基础可予以充分利用。在拆除排架时承台上部保留50 cm高的原排架柱作为新老基础的连接结构，对承台上表面凿毛露出钢筋后，浇筑50cm厚的C25钢筋混凝土作为新排架的加固基础。

5)对渡槽两边墩所处河岸鼓膨开浆的浆砌石护坡拆除，用厚50 cm 的C20抗硫酸盐水泥混凝土砌石重新砌筑，护坡边坡1∶1，基础埋深2.5m。

6)对渡槽上游100m和下游60m变形渗漏的的连接段渠道拆除，浇筑与原渠道相同断面的混凝土渠道。

4 除险加固成效及结论

1)采用焊接无压钢管槽身替换总长86m的原混凝土渡槽槽身，有效缩短了施工期，达到了多跨度槽身无缝连接，消除了结构伸缩缝一贯存在的后期漏水问题。钢管槽身的施工，能在场外加工制作后快速吊装，免除了施工导流和混凝土浇筑养护等工作，既化解了渡槽施工与灌溉停水的矛盾，也减小了临时占地用量，对环境影响度极小。

2)在槽身两端各设置一道同管径的钢制伸缩节(钢材选用Q235B级钢)，既可提高大跨度槽身的变形适应力，又减少了槽身伸缩缝，解决了众多伸缩缝老化漏水处理难的矛盾。钢制伸缩节的利用，既能补偿渡槽轴向温度变化引起的伸缩变形，又能吸收水流振动对管道的影响，同时解决了安装施工中误差产生的长度补偿问题，钢制伸缩节与搭接型、嵌缝型柔性材料伸缩缝工艺相比，具有拆卸方便、强度好、对温度变化的适应性强、使用寿命长等优势，经过两年多的运行观测，伸缩节部位无渗漏、无松动等不良问题。

3)充分利用无沉降未变形的原有排架的承台和基础，是降低施工导流和排水作业成本的有效措施之一。排架基础是渡槽安全的重要保证，基础施工中基础排水和施工导流等因素是造成难度加大，拖延工期的最直接因素，有本渡槽既利用原有排架的承台基础，又保留排架柱根部50 cm高的结构衔接段，有效提高了基础施工工效，达到了排架安全、降低成本的成效。

4)设置交通安全隔离警示带和安全限高反光提示牌，完善了安全运行措施。有本渡槽施工结束后，在渡槽两侧边墩上用反光材料嵌贴了醒目的安全隔离警示带，使行人在生产活动中对渡槽及排架的安全防护一目了然，同时在槽身底部悬挂了安全限高反光提示牌，使渡槽下部通道的过往行人和车通行辆防碰撞保安全的责任意识显著提高。水利工程保护范围和管理范围划界工作虽开展已久，但管护界碑大多设置在工程外围边界处，不能限制通行，达不到安全保护作用，对于具有通行要求的渡槽通道做好安全隔离警示和安全限高提示应作为工程安全保障的必要措施。

甘州区有本渡槽除险加固工程通过多跨槽身无缝连接，配合钢制伸缩节施工，充分利用未沉降变形的原有排架承台和基础，在解决基础排水、减少施工缝及缩短工期方面成效显著，值得在混凝土渡槽除险加固工程中借鉴。