牯牛背灌区东干渠渡槽存在的问题与处理措施

黄万江

(安庆市水利局小水电管理所 246003)

1 工程概况

牯牛背灌区东干渠渡槽位于安徽省桐城市挂车河上游范岗镇挂镇村境内，担负着5667hm2良田灌溉输水任务。渡槽横跨挂车河，共12跨，单跨长20m，共计240m。渡槽进口底板高程63.92m，出口底板高程63.90m。渡槽为矩形断面，槽身高3.2m，底宽4m。在槽身两侧墙顶部设有间距2m、断面0.2m×0.2m的拉杆。

渡槽设计流量8m3/s，加大流量10m3/s。设计水深2.5m。

渡槽由立于钢筋混凝土基础上的排架支撑。

2 存在的问题及分析

2.1 存在的问题

渡槽建于20世纪60年代。限于当时的社会背景，渡槽基础立于河床砂卵石层上。运行初期，渡槽基础底部砂卵石之间的细颗粒由于受水流冲刷流失严重，导致渡槽排架基础出现严重的不均匀沉降。由此造成渡槽间止水拉断，渡槽进出口连接段、渡槽槽身侧墙、底板以及排架基础出现裂缝，并且一直呈发展趋势，危及渡槽安全。同时，由于渡槽间止水拉断，渡槽进出口、槽身侧墙及底板裂缝漏水严重，导致渡槽输水能力不足，严重影响下游灌区经济效益的发挥。

2.2 原因分析

渡槽建于特殊年代，建设运行后像其他工程一样，产生了一系列的问题。

2.2.1 基础不均匀沉降

牯牛背灌区东干渠渡槽出现以上险情，根本原因在于基础的不均匀沉降。

渡槽基础立于河床砂卵石和岸滩松散的冲洪积砂壤土上。河床砂卵石在自然水力分选作用下是级配良好且密实的。但在建设渡槽之后，由于渡槽基础和排架的存在，改变了河道局部水流流态，加剧了渡槽基础位置处河床的局部冲刷。而在当时的社会经济技术条件下，没有进行局部防冲处理。因此，在渡槽基础处发生局部冲刷后，渡槽基础下砂卵石出现坍塌，导致渡槽基础出现不均匀沉降——基础自身的不均匀沉降和基础之间的不均匀沉降。由此导致渡槽间止水拉断，渡槽槽身侧墙、底板以及排架基础出现裂缝等险情。

通过查阅历史资料和现场查勘，位于岸滩的渡槽基础，其下冲洪积层砂壤土亦未清除。汛期河道水位上涨后，基础下冲洪积层砂壤土在水的浸泡作用下，发生软化流失，导致其地基承载力下降、压缩性增大，发生不均匀沉降。另外，连接段渡槽靠河岸端墩台坐落于回填土地基之上，由于当时未对回填土料性质和压实指标提出控制性技术要求，导致渡槽投入运行后，进出口出现严重漏水现象。漏水一是导致了压实不到位的土体流失，流失后土体防渗性能更差，又加剧了漏水;二是软化土体，降低承载力。二者相互作用，加剧了墩台的不均匀沉降。

2.2.2 附加应力

渡槽槽身分布着大量的横缝和纵缝，严重影响渡槽的使用功能和结构安全。

通过计算，在加大流量工况下，即渡槽满水，渡槽配筋是满足要求的。因此，渡槽槽身裂缝不应是配筋量不足产生的。另外，渡槽为薄壁结构，其与外界环境全面接触。因此，渡槽槽身裂缝亦不应是温度应力产生的。可见，渡槽槽身裂缝应是基础不均匀沉降产生的。

渡槽基础不均匀沉降对槽身的直接影响是出现裂缝。裂缝分为横缝和纵缝，分别由不同的附加应力产生。

横缝基本上垂直于渡槽轴线。分析认为，主要是由渡槽基础之间沿渡槽轴线方向不均匀沉降所产生的附加拉应力造成的。

纵缝的走向基本上与渡槽轴线呈45°夹角。分析认为，主要是由渡槽基础之间在垂直于渡槽轴线向不均匀沉降所产生的附加扭转剪应力造成的。

2.2.3 止水材料问题

通过查阅历史资料和现场查勘发现，渡槽接缝采用平板型橡胶止水带。此种类型橡胶止水带中部无空心管腔，难以适应基础的不均匀沉降。同时，橡胶止水带完全暴露在空气中，受阳光照射、温差变化等其他自然环境因素作用，老化龟裂严重，延伸率降低。因此，在渡槽基础发生不均匀沉降情况下，橡胶止水带多处断裂。

3 除险加固

2000年初，牯牛背水库进行了除险加固。为了充分发挥水库的灌溉效益，2006年进行了牯牛背灌区节水灌溉配套改造工程，对灌区建筑物和渠道进行了一次全面的节水改造工作。东干渠渡槽就是在这样的背景下进行了除险加固的。

3.1 基础处理

显然，对于坐落在自然水力分选的砂卵石基础上的渡槽，其地基承载力是不存在问题的。渡槽基础存在的主要问题是不均匀沉降，不均匀沉降产生的原因是渡槽基础的存在改变了河道局部水流流态，加剧了渡槽基础附近河床的局部冲刷。鉴于此，对渡槽基础采用围封固结灌浆进行处理。

首先在河床中试开挖，确定河床砂卵石层的自然休止角。再根据地质报告中提供的渡槽基础位置处河道地质横剖面图，确定渡槽基础处砂卵石层厚度。然后根据砂卵石的自然休止角和渡槽基础处砂卵石层厚度，确定渡槽基础砂卵石层开挖后的坡脚线位置。将坡脚线向外平移1m，以此宽度作为基坑开挖底宽，并由此确定基坑开挖开口线。

在盖板混凝土达到强度后，利用埋设在围井底部的灌浆花管灌注1∶3水泥砂浆。当埋设在盖板内的出浆管出浆时，灌浆即行停止。

3.2 裂缝处理

渡槽自身强度满足要求。因此，裂缝处理主要是防渗漏和防钢筋锈蚀。

裂缝处理分为内部裂缝处理和外部裂缝处理。

内部裂缝处理主要是防渗漏处理。将渡槽底板顶面和侧墙内面清洗干净并晾干，在其上涂刷一层防水涂料——环氧树脂。此材料具有高弹性、高耐久性及优良的耐高低温性能，适用于水池防渗，能够很好地满足该工程的要求。

外部裂缝处理采用粘贴碳纤维。沿着垂直于渡槽轴线方向，用钢刷对渡槽底板底面和侧墙外面进行刷洗。直到刷洗出有垂直于渡槽轴线的凹凸痕迹为止，凹凸痕迹有利于提高碳纤维与渡槽混凝土之间的粘结力。将凹凸痕面冲洗干净并晾干，在其上粘贴碳纤维。碳纤维属于新材料，广泛用于混凝土加固。它不仅能够隔断渡槽钢筋与外界环境的联系，防止钢筋锈蚀，还具有很好抗拉性能，能够对渡槽起到很好的补强作用。

3.3 止水处理

止水处理采用环氧树脂贴橡胶止水带，并对橡胶止水带两侧渡槽接头之间的缝隙采用高强度水泥砂浆填实，防止橡胶止水带老化，延长其使用寿命。

凿除原止水橡胶带上的水泥砂浆，清除原止水橡胶带，并将基面清洗晾干。在基面上涂刷环氧树脂并粘贴上WB—330—10桥型止水橡胶带。此种类型橡胶止水带中部有空心管腔，能很好地适应基础不均匀沉降。橡胶止水带内外表面采用高强度水泥砂浆覆盖，防止其老化，延长其使用寿命。

4 加固效果

除险加固后，通过观察:ⓐ原先通水时的水帘消失，渡槽底板和侧墙干净光亮，没有见到苔藓痕迹;ⓑ枯水期检查渡槽基础，没有发现异常迹象;ⓒ满足了渡槽下游5667hm2良田的灌溉用水需求。

5 结语

利用灌区节水配套改造的契机，本文通过对渡槽险情的分析，提出了处理措施。实践证明:处理措施得当，解决了渡槽险情，满足了下游灌区的用水需求。