有本渡槽除险加固工程槽身设计方案对比

陈海牛

（张掖市甘州区大满水利电力管理处，甘肃 张掖 734000）

1 工程概况

跨越山丹河主河道的输水建筑物有本渡槽，距山丹河出口2 km，张掖市城北10 km。负担靖安乡的灌溉任务，控制的有效灌溉面积为0.09 万hm2，属黑河盈科灌区，乌江水管所管理。有本渡槽建成于1983 年，渡槽主跨共7 跨，每跨10 m，为简支梁式渡槽。渡槽槽身总长为86 m，主跨长70 m，进出口连接段槽身各8 m，其中渡槽进出口渐变段均为5 m长混凝土结构，两端分别有一个混凝土重力式边墩。主跨段支撑为单排架结构，共有6排，排架基础为桩基混凝土承台，承台为钢筋混凝土结构，渡槽槽身为简支梁式，7 跨，每跨10 m，纵坡1/500，可通过流量1.50 m3/s，槽壳为U 形薄壳槽身，为C20 钢筋混凝土结构，顶部设有混凝土拉杆。

2 现状存在的问题

有本渡槽工程经主要结构安全检测和复核计算，复核结论如下，①渡槽身两端接缝处因冻融风化等作用下，混凝土碳化，混凝土剥蚀开裂，钢筋外露，已无法加固安装止水，漏水严重，基本无法使用。②6幅排架墩帽因冻融风化等作用下，不同程度混凝土碳化，混凝土剥蚀开裂，钢筋外露，特别是5号和6号排架墩帽冻融风化、混凝土碳化剥蚀脱落，钢筋外露，结构破坏相对严重。③1号至6号排架柱均有缝宽1 cm竖向裂缝，裂缝随着逐年冻融有扩大趋势，环向箍筋断裂，严重威胁渡槽的安全。④下部排架承台结构完好，未发现沉降等现象，功能完好。⑤渡槽上下游渐变段及部分有本干渠渠底裂缝漏水，渠道止水脱落，漏水严重，渠道下渗水冻融等侵蚀作用严重威胁渡槽槽身及边墩的安全。⑥两边墩浆砌石护坡脱浆开裂，砌石松动脱落，基本失去防护作用。⑦渡槽槽身拉杆局部混凝土碳化剥蚀，钢筋外露，基本失去作用，槽顶的人行便桥盖板破损缺失。⑧渡槽下漫水桥砌石坍塌，路面破损，且漫水桥四季有径流，行人难以通过，路面失去作用。

3 加固方案

根据安全复核结论及主要存在的问题，需对渡槽进行加固处理。除险加固措施为：①拆除渡槽槽身，更换渡槽槽身。②对排架进行拆除重建。③对渡槽两边墩浆砌石护坡拆除重新砌筑。④对渡槽上游长100 m，下游长60 m的有本干渠的混凝土渠及垫层拆除，重新衬砌加固。⑤对渡槽下漫水桥进行加固。

4 槽身方案对比及结论

根据工程现状及工作内容，渡槽槽身存在的主要问题是渡槽止水年久失修，渡槽无止水，漏水严重。渡槽身两端接缝处因冻融风化等作用下，混凝土碳化，混凝土剥蚀开裂，钢筋外露，强度不满足承载力要求，已无法加固安装止水，漏水严重，基本无法使用；渡槽槽身拉杆局部混凝土碳化剥蚀，钢筋外露，基本失去作用，槽顶的人行便桥盖板破损缺失，槽身基本报废。现主要对槽身加固方案进行对比：

方案一：拆除原槽身，按原槽身断面重新浇筑C30 钢筋混凝土薄壳槽身。渡槽槽身为简支梁式，槽壳为U 形薄壳槽身，设计纵坡为1/500，槽净高1.30 m，底弧半径0.80 m，直墙段高0.50 m。渡槽身总长为86 m，其中主跨为7 跨，单节槽身长10.00 m，两端各8 m 长的连接段槽身。槽身断面采用原设计断面，槽壳为U 形薄壳槽身，槽净高1.30 m，底弧半径0.80 m，直墙段高0.50 m，槽壳厚10 cm，口宽1.60 m，槽身整体用现浇C30 钢筋混凝土结构，抗渗标号W8、抗冻标号F200，采用抗硫酸盐水泥。顶部设有混凝土拉杆（截面为10 cm×10 cm），间距2 m，拉杆间盖有厚6 cm的钢筋混凝土板，作为人行便桥，两侧顶部设有1.20 m高的钢管护栏，见图1。

图1 方案一排架及槽身图

方案二：拆除原槽身，采用焊接无压钢管槽身。渡槽槽身设计纵坡为1/500，槽身总长为86 m，为Φ1200钢管，壁厚12 mm，其中主跨为7 跨，每跨10 m，两端各8 m 长的连接段槽身。输水设计流量为2.00 m3/s。在上游端的边墩外连接段上设1 套Φ1200 伸缩节，钢材选用Q235B 级钢。管道顶部焊接工作便桥，其桥宽1.20 m，桥踏板为厚10 mm宽1.20 m钢板，两侧每隔1 m设一角钢∠40×4 mm焊接在钢管上，中部支撑管顶，顶部两侧设有钢管护栏，护栏高1.20 m，见图2。

图2 方案二排架及槽身图

渡槽水力计算：渡槽槽身为简支梁式，槽身为Φ1200钢管，壁厚12 mm，设计纵坡为1/500。

根据《灌溉与排水渠系建筑物设计规范》，该渡槽长度86 m，上游渠道水深为1 m，渡槽长度与上游渠道水深之比大于15倍，应按明渠均匀流公式计算。

式中：Q-渡槽过水流量，m3/s；n-糙率系数，取0.011；A-槽身过水断面面积，m2；R-水力半径，m；i-槽身比降，1/500。

通过计算，渡槽过水流量为2 00 m3/s，大于有本干渠的现有流量1.50 m3/s，这充分考虑了灌区现状输水量的要求，与灌区今后的发展，输水流量的增加，水力计算按无压管计算，管内净空面积按15%考虑，所以当管径为Φ1 200时，渡槽过水流量完全满足要求，见表1。

表1 渡槽过水流量复核成果表

渡槽槽身结构设计。渡槽槽身设计纵坡为1/500，槽身总长为86 m，为Φ1 200钢管，壁厚12 mm，其中主跨为7跨，每跨10.00 m，两端各8 m长的连接段槽身。输水设计流量为2.00 m3/s。在上游端边墩外连接段上设1 套Φ1200 伸缩节，钢材选用Q235B级钢。管道顶部焊接工作便桥，其桥宽1.2 m，桥踏板为厚10 mm宽1.20 m钢板，两侧每隔1 m设一角钢∠40×4 mm焊接在钢管上，中部支撑管顶，顶部两侧设有钢管护栏，护栏高1.20 m。

钢管的防腐设计。槽身钢管选用Q235B 级钢材。采用喷射方法对钢管表面除锈预处理，喷射处理的磨料必须干燥、清洁。金属磨料应附合（GB6468～6487）规定，磨料粒径范围应在0.50～1.50 mm 内。其它要求按《水工金属结构防腐蚀规范》执行。表面清洁度、粗糙度的评定，应在光照充足的条件下进行。钢管的防腐采用涂料保护。压力钢管内涂层为两层，底层采用125 um环氧沥青厚浆型防锈底漆；面层采用厚125 um环氧沥青厚浆型防锈面漆。钢管外涂层为三层，底层涂环氧富锌，厚50 um；中间层涂环氧云铁，厚100 um；面层涂氯化橡胶，厚100 um，见表3。

表3 方案投资比较表

方案比较：根据两个方案设计的特点，现浇混凝土薄壳槽身与钢管槽身的优缺点有如下几点：①用钢筋混凝土槽身，仅槽身部分工程投资为59.86万元，而用钢管槽身，槽身部分投资为58.52万元，相比之下钢筋混凝土槽身投资相对较大。②混凝土槽身施工工期长，有限的停水期短，短期内难以完成，影响灌溉；钢管槽身定制好后现场安装，施工期短。③混凝土槽身浇筑施工使用满堂脚手架及模板，施工难度大；钢管槽身现场吊装，施工简单。④混凝土槽身浇筑需要河床导流，费用增加；钢管槽身现场吊装不需要导流，费用小。⑤混凝土槽身浇筑工期长施工范围大临时占地面积大，对环境影响大，水土保持投资大。钢管槽身施工期短，临时占地小，对环境的影响小，水土保持基本不需费用。

综上所述，钢管槽身较优，所以此次有本渡槽槽身加固推荐方案二钢管槽身加固方案。