渡槽安全评价初探

范秦军 彭丽敏 鲁 辉

(黄河勘测规划设计研究院有限公司，河南 郑州 450003)

0 引言

某渡槽运行年代久远，受业主委托，我单位对该渡槽进行安全评价。目前，渡槽安全评价尚无法定依据。结合国内相关文献报道，经业主同意，参照《水闸安全评价导则》的评价思路，通过现状调查、现场检测、复核计算分析对该渡槽开展安全评价。

1 现状调查

该渡槽位于南方某大型灌区东干渠上，1968年竣工，设计纵坡比为1/500，过流能力70.9 m3/s，加大过流能力78.0 m3/s，建筑物全长137 m，其中进口长17 m，出口长30 m，槽身段长90 m(共6跨，每跨长15 m，跨间止水为四油三毡)。槽身为“U”形薄壁结构，净高3.5 m(其中内半径2.1 m，直墙净高1.40 m)，净宽4.2 m，直墙壁厚0.12 m，钢筋保护层厚度为2 cm，混凝土强度为C25。每跨设11道拉杆(跨两端拉杆宽0.40 m，其他拉杆宽0.15 m，拉杆高均为0.15 m)。槽身右侧设置有检修桥，检修桥宽1.0 m，桥两侧均设置有混凝土连续墙式栏杆。该渡槽共有7个墩(编号依次为1号～7号)支撑，其中进、出口为浆砌石墩，槽身段为5个混凝土墩(排架+基础)。排架高度3.8 m～8.8 m，混凝土强度为C20，钢筋保护层厚度为3 cm。基础混凝土强度为C10，钢筋保护层厚度为5 cm。2号、3号墩地基为弱风化花岗岩，其他墩地基为土质砂，详见图1。

2 现场检测

2.1 方法技术

1)外观质量检测。利用直观量测、外观描述和拍照及局部打开验证的方法对该渡槽相关结构的外观质量进行检测。所用主要工具有：数码相机、钢卷尺、游标卡尺、裂缝宽度检测仪、裂缝深度检测仪等。

2)变形观测。利用测绘仪器对槽身段进行观测，与相关设计参数进行对比或停水期间、通水时测量值进行对比，观测槽身现状纵坡比、挠度。

3)混凝土结构技术检测。采用回弹法检测混凝土抗压强度，利用钢筋位置测定仪检测钢筋保护层厚度，采用半电池电位法来定性评估混凝土结构中钢筋锈蚀程度，采用超声法检测混凝土内部是否存在缺陷。

4)地基检测。通过现场钻探，并取样进行室内土工试验可对场地进行评价，同时可计算出相关岩土物理力学参数。

2.2 主要检测结果

1)混凝土结构。

a.槽身段现状纵坡比为1/870，不满足原设计1/500的要求；槽内水位2.7 m高时各跨跨中挠度为0.8 mm～4.2 mm，满足规范要求。

b.槽内露筋13处，2跨、3跨、4跨经检测钢筋已锈蚀，有效受力面积折减为原设计的84.0%；拉杆露筋2处；检修桥桥板露筋8处、栏杆露筋3处；槽内存在裂缝33条，多集中在止水附近，裂缝宽度为0.20 mm～4.00 mm，一般发育深度超过20 mm；钢筋保护层厚度平均值17 mm～23 mm，槽底局部露筋，不满足现行规范要求，2跨、3跨保护层厚度不满足原设计要求；槽外存在裂缝29条，个别裂缝有渗水现象。

1跨、6跨经检测共存在混凝土不密实5处。槽身段混凝土强度推定值在13.5 MPa～14.8 MPa之间，槽身段混凝土强度不满足原设计要求。

止水老化，裸露3处，槽外渗水2处。

c.排架混凝土强度推定值在17.0 MPa～23.3 MPa之间，排架混凝土强度不满足原设计要求。

d.基础混凝土强度推定值在13.5 MPa～15.5 MPa之间，基础混凝土强度满足原设计要求。3号基础位于河床中，长期受河流冲刷已完全暴露于河水中，无安全埋深，存在较大安全隐患。

2)金属结构。

5个排架上的20块钢板支座全部严重锈蚀、剥离。

3)地基。

3 复核计算分析

3.1 过流能力计算

1)计算理论。渡槽过流能力计算公式：

其中，Q为输水流量，m3/s；A为过流断面面积，m2；R为水力半径，m；i为渡槽纵坡降，根据现场检测为1/870；n为糙率，取值0.014。

2)计算结果。渡槽满槽过流情况下，过流能力为35.82 m3/s。不满足设计要求。

3.2 上部结构计算

1)计算原则。

上部结构计算主要指U型槽身纵向结构计算和横向结构计算，槽身属于薄壳结构。

U型槽纵向，跨宽比为3.06，属于中长壳结构。将其横截面简化为工字形，槽身为简支受弯结构梁，进行结构计算，求出梁横截面正应力及受拉区的总拉力，梁的总拉力全部由钢筋承担。

U型槽横向，槽壳作为一次超静定曲杆框架结构，用力法先求出横杆的多余未知力，然后利用静力平衡方程式计算各截面的弯矩及轴力。槽身横向各截面内力分别为偏心受压或偏心受拉构件，以最大负弯矩及最大正弯矩截面作为计算的控制截面，分别进行槽壁的配筋和抗裂计算。

2)计算结果。

为了测试一个电路，首先执行蒙特卡罗仿真去得到有可配置缓冲器电路的时钟周期的均值μT和标准差σT.芯片对应于μT，μT+σT和μT+2σT的初始的良率Yo分别为50%，84.13%和97.72%[15].如表1所示，Y(%)代表了有可配置缓冲器的芯片的良率.Yi(%)是相对于没有缓冲器调整初始良率的增加良率，也就是Y-Yo.从对比中我们可以得到，芯片良率的增加非常显著(最高可达35.98%).

a.纵向：根据现行规范计算，承载力极限状态配筋面积应为7 124 mm2。设计槽底受拉钢筋面积为7 747.17 mm2，根据现场检测，有效受力面积折减为设计面积的84%，折减后有效配筋面积为6 507.48 mm2；计算正常使用极限状态最大拉应力为2.57 MPa，大于槽身混凝土强度实测标号最大拉应力允许值1.164 MPa；抗裂不满足要求。

槽身纵向挠度计算值为2.17 mm，小于设计允许值29.4，满足要求。

b.横向：槽身15°截面弯矩标设计较大，外侧受拉，拉应力设计值较大，计算配筋面积应为447.6 mm2。设计配筋面积为514.09 mm2，折减后有效配筋面积为431.84 mm2；计算正常使用极限状态，槽身15°截面边缘拉应力应为1.34 MPa，大于槽身混凝土强度实测标号最大拉应力允许值1.164 MPa；抗裂不满足要求。

3.3 下部结构计算

1)计算模型。

3号排架高度最高，具有代表性，本次选用3号排架作为计算目标建模，对其下部结构稳定安全进行计算，计算采用结构力学方法进行(见表1)。

表1 计算工况荷载组合表

2)荷载计算。

由于渡槽过流能力较小，与其上下游渠道设计过流能力不匹配，渡槽内水位按满槽水计算，水深H=3.35 m；地震设防烈度为7度，基本地震加速度值为0.1g；槽身内水体的地震惯性力，参考类似工程，横槽向按0.7的折减系数考虑，横槽向按0考虑。基本风压按照当地50年一遇的风压值取值，取0.7 kN/m2，按照高耸结构计算，基本风压值乘以1.1系数。

3)计算结果。

经建模分析计算，排架基础配筋不满足要求。

3.4 渡槽槽身稳定及排架基底承载力计算

1)计算原则。

根据设计资料和现场检测知，4号排架基础为砂质土，基础承载能力较低；3号排架高度最高，基础为半风化和完整岩石基础，基础被水冲刷，完全裸露；均具有代表性。本次计算选用4号排架和3号排架作为计算目标，对渡槽整体稳定及基底承载力进行计算。

2)计算结果。

经计算，槽身抗滑稳定满足要求。

经计算，每跨渡槽过流时排架柱截面最大压应力6.87 MPa，实测混凝土标号轴心抗压强度设计值fc=11.82 MPa，满足设计需求。

4号排架基础最大基底应力均超过地基检测值170 kPa，不满足设计要求；3号排架基底应力满足设计要求，但基础埋深不满足规范要求。

3.5 渡槽上游槽台基底承载力计算

1)计算原则。

上游槽台即1号渡槽基础，基础地质条件为弱风化岩石。槽台台高为2.0 m，台帽高0.3 m，宽0.5 m，台帽长3.8 m，上游面为竖直，下游面坡度为1∶0.33，基础设台座，台座厚度0.5 m，底面尺寸1.8 m×5.0 m(宽×长)，槽台台身为M50号浆砌石结构。本次计算主要对槽台顺槽向稳定性进行计算。

2)计算结果。

经计算，槽台整体稳定和地基承载力满足规范要求。

4 安全评价结论

该渡槽过流能力不满足原设计要求；止水老化有裸露渗水现象；抗震能力不满足现行规范要求；槽身混凝土存在裂缝，钢筋锈蚀，耐久性严重恶化，混凝土结构配筋不满足现行规范要求、强度不满足原设计要求；钢板支座全部严重锈蚀。

综上所述，该渡槽存在重大安全隐患，可修复性差，评定为Ⅳ类。建议尽快按有关规定处理。