荆州市洈水灌区洛河渡槽应急除险加固设计

年夫喜

（湖北省水利水电勘测设计院 武汉 430070）王联芳 曾平（荆州市洈水工程管理局 荆州 434000）

1 工程概况

洈水灌区位于湖北省荆州市西南部洈河流域的中下游，地处东径 111°14′～112°02′、北纬 29°53′～30°22′之间，灌区西靠洈水水库，东抵松滋西河，北至木天河，南以湖南涔水为界，东西长46km，南北宽34km，总面积约1300km2。洈水水库灌区于1967年开灌，设计灌溉面积3.47万hm2，有效灌溉面积3.33万 hm2。

洛河渡槽是洈水灌区的一个关键性大型建筑物，担负着渡槽下游0.85万hm2耕地的工农业生产用水任务，在洈水灌区中具有重要地位。该渡槽于1967年6月建成，设计流量15.1m3/s，相应过水深2.37m。渡槽槽身为钢筋混凝土U形槽，半圆直径3.0m，直线段长1.35 m，纵坡降1/750。渡槽全长225m，有混凝土墩15个、重力式浆砌石槽墩4个，平均墩高8.2m，最高12.9m。槽身18跨，跨度12m，槽身高2.65m、宽3.8m，过水断面面积6.1m2。

经过40多年的运行，渡槽老化破损严重，槽身混凝土表面有大量裂缝，碳化严重，钢筋裸露锈蚀严重；伸缩缝止水损坏，漏水严重；现有7个槽墩出现了较大的不均匀沉降，致使槽身向河道上游偏移、错位，实测偏移最大值达0.5m。

2 险情分析

2009年8月3日16时30分，洛河渡槽在正常的灌溉输水过程中，第5节（从下游计）槽身槽底混凝发生垮塌事故。事故发生后，相关单位及时赶赴现场，进行事故抢险，并连夜召开会议，研究抢险应急方案。经现场勘测，裂缝最宽处达0.6m，平均宽度0.4m，长12m；渡槽槽身混凝土厚10cm，内外层混凝土碳化深度达3cm。渡槽槽身环向钢筋锈蚀严重，且已断裂，纵向受力钢筋完好。现场对其他段槽身进行检测发现，多节槽身存在贯穿裂缝（有水纹痕迹，痕迹处混凝土呈灰黑色），详见图1、图2。

图1 槽身纵向裂缝

图2 槽身环向钢筋拉断

以上勘测结果显示：

a.渡槽建设标准偏低且年久失修是本次险情发生的主要原因。洛河渡槽于1966年开工建设，1967年建成运行至今，受当时的历史条件限制，建设标准偏低；且运行期间，管理费用没有着落，致使年久失修，险象环生。

b.渡槽槽身出现贯穿性裂缝是导致险情的直接原因。渡槽槽墩基础沉降不均匀，槽身受力不匀称，槽身混凝土碳化严重，致使槽身裂缝环生，加之长期处于有水和无水的运行环境中，裂缝处环向钢筋锈蚀严重，故在该次输水过程中，发生事故。

3 除险加固设计

时值夏季作物的抽穗期，需水量很大。作物能否有效地得到灌溉，是作物能否高产的一个决定因素。根据抢险指挥部的要求∶“须在8月15日之前，保证渡槽除险……”,故本次设计着重考虑了以下因素：ⓐ洛河渡槽在2009年的全国大型灌区整体可行性研究报告中的方案是拆除改址重建；ⓑ在工程实施以前，原洛河渡槽仍担负着下游近0.85万hm2耕地的灌溉任务；ⓒ保证完成2009年夏季灌溉任务，且投资最小；ⓓ工作量大且时间紧迫。综合以上因素，本次除险加固设计如下。

3.1 第5节（从下游计）槽身除险设计

根据现场勘测，结合类似工程经验，第5节（从下游计）槽身采取拆除重建的设计方案。对槽身结构进行设计时，首先在保证槽身结构强度要求的前提下，主要考虑了以下两个因素：ⓐ为保证上下游水流顺畅，新建第5节的槽身仍采用U形结构；ⓑ为尽可能地避免槽墩偏心受压，故第五节槽身的重量与上下游槽身重量不能相差太大，并确保在浆砌石槽墩抗拉和抗压强度允许范围值以内。根据以上原则，并经实地测量，槽身结构尺寸定为净宽3m，U形槽直线段长1.35m，圆弧半径1.54m，圆弧角140°，跨度12m，详见图3、图4。

图3 新建渡槽横断面（单位：c m）

图4 新建渡槽纵剖面（单位：c m）

经计算，漕渡的结构强度及槽墩偏心受压强度均满足相关规程规范的要求。

3.2 其他段槽身加固设计

根据现场勘测，其他17节槽身，存在不同程度的裂缝；槽身碳化严重，深度达3cm，部分槽身出现直径为5cm的孔洞。针对出现的险情，本次除险设计，首先对槽身的纵向和环向钢筋进行了复核，环向计算需配筋Ag=6.44cm2，实际配筋Ag=3.93 cm2；纵向计算需配筋Ag=54.68cm2（垮中），实际配筋Ag=58.29 cm2（垮中）。由上面的复核结果可知，环向受力配筋是不够的，纵向受力钢筋是满足要求的。复核结果同时也印证了前述勘测结果。同时，对存在孔洞的部位进行封堵。

3.2.1 加固材料的选取

为保证槽身正常运行，现拟采取适当措施对槽身环向强度进行加固。加强已建建筑物强度，一般选取柔性相对较好的材料，以适应建筑物的外形。结合类似工程经验，拟采用碳纤维布进行加固。碳纤维材料加固补强是近十几年发展起来的一种新技术，碳纤维是以聚丙烯(PAN)为原料经高温碳化而成。碳纤维原丝纤维方向的抗拉强度可达普通碳素钢的十几倍，高弹模碳纤维的弹性模量也可达到钢材的2～3倍。目前常用于加固结构的碳纤维产品主要有碳纤维布和碳纤维板，二者均可用于不同受力状态的构件补强加固，如受拉、弯曲、剪切和扭转等构件。该工程考虑到加固材料与混凝土结构受力变形要协调，且两者弹性模量大小应相当，故选用外包碳纤维布予以加固。加固材料选用武汉长江加固技术有限公司提供的“长江加固”CJ300—Ⅰ型碳纤维布，其主要性能指标见表1。

粘贴胶的性能在碳纤维加固补强中的作用十分关键。该工程采用武汉长江加固技术有限公司提供的“长江加固”YZJ—CQ纤维复合材料浸渍粘结用胶，其性能指标见表2。

经类比计算，每节槽身须采用粘贴26.6m2的CJ300－Ⅰ型碳纤维布（抗拉强度标准值不小于3000MPa）进行加固。粘贴纤维布条条宽设为20cm，根据槽身受力特点，靠近肋端3m范围内的布条间距为0.5m，中间为0.4m。具体布置见图5。

表1 CJ300—Ⅰ型碳纤维布主要性能指标

表2 YZJ—CQ纤维复合材料浸渍粘结用胶性能指标

3.2.2 碳纤维布的施工工艺

a.施工准备。根据要求，拟定施工方案和施工计划；对所使用的碳纤维片材、配套树脂、机具等做好施工前的准备工作。

b.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，并用修复材料将表面修复平整，表面应清理干净并保持干燥；槽身外侧混凝土表面应打磨平整，除去表层浮浆、油污等杂质，直至完全露出混凝土结构新面.转角粘贴处要进行导角处理并打磨成圆弧状，圆弧半径不应小于2cm。需要注意的是，若混凝土含水率大于4%，则应采取相应措施，达到要求后，方可施工。

c.涂刷底胶。将底层树脂均匀涂抹于混凝土表面，待树脂表面指触干燥后立即进行下一道工序施工。

d.找平处理。对混凝土表面凹陷部位用找平材料填补平整，且不应有棱角；待找平材料表面指触干燥后立即进行下一道工序施工。

e.配胶、粘贴碳纤维布。裁剪碳纤维板，布条宽为20cm，按产品供应商提供的工艺规定配制粘结树脂；将碳纤维板表面擦拭干净至无粉尘并立即涂刷粘结树脂，胶层应呈凸起状，平均厚度不小于2mm；将涂有粘结树脂的碳纤维板用手轻压贴于槽身外侧，用橡皮滚筒顺纤维方向均匀平稳压实，使树脂从两边溢出，保证密实无空洞。

f.养护、验收及质量检查。

图5 碳纤维布布置（单位：c m）

g.表面防护（碳纤维布表面刷2cm厚腻子）。

由于本次除险加固仅仅是临时性的，对于槽身混凝土的碳化不进行处理，仅对有孔洞的槽身采用高等级混凝土进行封堵。

4 效 果

洛河渡槽除险加固已于2009年8月13日全部完工，较指挥部的要求提前2天。考虑到灌溉的紧迫形势，新浇筑的槽身暂时不拆模，混凝土在达到初期龄期时，即行输水。现场输水观测显示，经碳纤维布加固后的槽体结构无新的裂缝现象。洛河渡槽经除险加固后，运行情况正常，达到了预期目的。

5 结语

通过洛河渡槽的险情，我们应看到我国大型灌区20世纪六七十年代所建的大型输水建筑物（以薄壳渡槽为代表）大都到达了使用年限，随时都有发生险情的可能。因此，对灌区较大型建筑物进行综合整治已是势在必行。

需要注意的是，碳纤维布为导电材料，使用时应注意电源及电器设备。丙酮、工业酒精及结构胶为化学制品，应密闭保存，严禁烟火，且在工程完工后，要妥善处理施工废料。因此，在具体工程实施中必须由专业化队伍进行施工，以确保人员、工程以及生态安全。■