U形断面薄壳渡槽破坏原因分析及加固措施探讨

许丽杰

(沈阳市苏家屯区八一灌区管理处 110103)

渡槽是灌区主要交叉建筑物之一，但是在笔者所在灌区的输水建筑物中的渡槽形式以U形断面薄壳渡槽结构居多。U形断面薄壳渡槽主要以U形断面钢筋混凝土或钢丝网水泥薄壳渡槽并以排架支撑的结构形式为主，在笔者所在灌区，由于U形断面薄壳渡槽原结构布置形式欠妥、施工质量差、运用时间久等原因，有较多的渡槽槽身、排架牛腿出现了不同程度的破坏。其破坏形式主要有如下几种:ⓐ牛腿纵向产生断裂;ⓑ槽身与端肋的连接处产生断裂;ⓒ渡槽端肋产生纵向裂缝;ⓓ钢筋混凝土薄壳渡槽槽身内侧产生漏筋;ⓔ钢丝网水泥渡槽的槽身产生龟裂;ⓕ渡槽伸缩缝严重渗水。

1 破坏原因分析

1.1 温度应力对结构的影响

在工程设计中温度应力对结构的影响通常被忽略不计了，但在实际管理中却发现，U形断面薄壳渡槽结构产生破坏的原因，很多是由于温度变化引起的，特别是在沈阳地区这种现象尤为明显。

根据力学的理论，可计算出由温度变化所产生的温度应力。

为了简化计算，把渡槽假想为一根无重量的杆，在温度为u时杆长为L，两端固定在不可移动的支座上，杆的截面面积为A，材料的线性膨胀系数为α，当温度下降Δu时，按热胀冷缩规律，杆将缩短ΔL。即:ΔL=αΔuL

但由于杆的两端固定，杆不能缩短。如果温度下降，相当于杆拉长了ΔL，即在杆的两端作用了F大的拉力。

式中E——混凝土弹性模量

杆内产生的拉应力为:λ=F/A=EαΔu，混凝土的线性膨胀系数α=1×10－5，弹性模量E=1.96×106N/cm2，当温度下降 Δu=30℃时，λ =1×10－5×1.96×106×30=588N/cm2=5.88N/mm2。以 C25混凝土为例，其抗拉强度为1.71N/mm2，由于温度变化，渡槽槽身所产生的温度应力远远大于混凝土的抗拉强度，所以渡槽槽身容易被拉断。

例如:位于笔者所在灌区的新开河钢丝网水泥渡槽，半径为120cm，壁厚5cm，直线段高40cm，断面面积7704.53cm2，按上述温度应力计算将产生4530.54kN拉力，若两端固定，将足以使渡槽拉断。对于上述第ⓐ、ⓑ、ⓒ三种破坏情况均属于温度应力所致。

1.2 渗水对结构的影响

在渡槽的施工过程中，槽身均没有做防渗处理，而且保护层薄。运行四五年后，槽身由于渗水而使钢筋、丝网产生严重锈蚀，形成锈蚀粉状。钢筋与混凝土保护层产生脱解，保护层受水流冲击，逐渐脱落，直至钢筋裸露，几年后钢筋便会锈断，严重威胁工程的正常运行。例如:灌区另一处钢筋混凝土U形渡槽，建成后仅运行了十年时间便出现钢筋裸露、断筋现象。还有一处钢丝网水泥薄壳渡槽，建成后仅运行了八年就有因渗漏问题，使30%以上钢丝网严重锈蚀的现象。

1.3 “龟裂”现象对结构的影响

“龟裂”现象是钢丝网水泥薄壳渡槽带共性的一种“疾患”。其主要原因是:水泥砂浆内部有空隙和微裂纹的存在，在受力过程中，内部缺陷处就会出现局部变性急增和应力集中的现象，引起材料破坏，造成“龟裂”。特别是用丝网做骨架，采用人工抹灰浆的施工方法，由于砂浆的水灰比较大，层间结合不好，出现“龟裂”纹的现象尤为严重。槽身出现“龟裂”后，运行中，水通过裂纹渗入槽身内，水与丝网产生氧化而使丝网锈断，造成槽身断裂。

2 加固措施

针对U形断面薄壳渡槽以上几种破坏形式，下面根据在工程管理实践中采取的加固措施，加以论述:

a.对于牛腿纵向产生断裂破坏的情况，在槽身与牛腿梁之间采取垫钢板、角钢支撑的办法，以减小摩擦系数。

b.对于槽身与端肋的连接处产生断裂破坏的情况，采用在渡槽下侧、两个端梁之间焊接两个钢筋混凝土矩形梁，梁之间焊接2～4道小横梁，小横梁的顶面与中肋的钢筋相焊接的方法，通过增加整体刚度来支撑渡槽。

c.对于渡槽端肋产生纵向裂缝破坏的情况，则采用6mm厚的钢板，做成槽状，套在端肋与牛腿相接处的底面。这样一方面加固端肋，另一方面减小摩擦系数。

d.对于钢筋混凝土薄壳渡槽槽身内侧产生漏筋破坏的情况，则采取如下办法处理。首先，对露筋部位，往下凿2～3cm，然后利用水泵的高压水头把处理部位冲刷干净，刷一层素灰浆，上铺体积比为1∶2∶3(其中:水泥1份、砂子2份、5mm碎石3份)，小碎石混凝土3～4cm，用振捣器振实，两小时后用1:2水泥砂浆抹光，待养生28天后，用PVC防水油膏涂刷表面。

e.对于钢丝网水泥渡槽的槽身产生龟裂破坏的情况，对钢丝网水泥薄壳渡槽应及早涂刷防水油膏防渗，以防止丝网锈断而产生结构破坏。在刷油膏之前，应用铁刷子刷掉表面尘迹，露出水泥砂浆新迹，冲刷干净，干后涂刷防水油膏。

f.对于渡槽伸缩缝严重渗水破坏的情况，采用PVC防水油膏防渗，效果较好。其施工过程是:首先，将刷防水油膏的部位凿出新迹，冲刷干净，底用沥青麻刀填筑，上留2～3cm涂防水油膏，效果很好。