金华市安地灌区石拱渡槽除险加固的设计与实践

钱胜建

（金华市农村水利和水土保持管理中心，浙江 金华 321015）

1 现状

金华市安地灌区建于1960年，设计灌溉面积11.26万亩，灌溉受益范围包括婺城区安地、雅畈、苏孟和金东区江东、岭下、澧浦、多湖等6个乡镇、1个街道，87个行政村。灌区现有干渠4条总长38.83 km，支渠64条212.5 km，配套渠系建筑物包括引水堰坝、水闸、涵洞、渡槽、隧洞、倒虹吸、农桥等，基本形成了引、蓄、提相结合的灌排网络[1]。

金华市安地灌区渡槽共有8座长828 m，设计流量5.90～8.55 m3/s不等，其中石拱渡槽有2处，分别为南干渡槽、花楼基渡槽，均建于1970年。南干渡槽位于东干渠，总长109 m，底宽1.85 m，高1.75 m，内边坡1∶0.45，纵坡为1/1 000，设计流量8.55 m3/s，槽身采用浆砌块石挡墙加10 cm钢筋混凝土，槽身下部支撑墙体两侧采用干砌块石结构勾缝，内部采用小块石填芯，支撑墙体最大高度8.5 m，坐落在基岩；花楼基渡槽总长80 m，底宽2.4 m，高1.75 m，内边坡1∶0.4，纵坡为1/500，设计流量5.9 m3/s，槽身采用浆砌块石挡墙加M10水泥砂浆抹面，槽身下部支撑墙体两侧采用干砌块石结构勾缝，内部采用小块石填芯，支撑墙体最大高度5.27 m，坐落在基岩[2]。

金华市安地灌区2座石拱渡槽经过近50年运行后，主要问题有：①受当时历史条件限制，边勘测边设计边施工，且物资匮乏，材料尽可能就近取用，采用山体开挖石材选用石拱渡槽结构形式，施工技术不够娴熟，管理不尽规范，造成设计、施工等不尽合理。②投入运行后，存在重建轻管思想，对渡槽日常维护也不尽到位，受到风、雨、雪、冻融等外部环境作用下呈现老化、破损等病害已达到设计使用年限，使得渡槽安全隐患日趋显突出，严重影响渡槽运行安全。为了解决上述问题，在对渡槽进行安全评价研究的基础上，开展除险加固的设计和实践管理。

2 方案设计

2.1 方案比选

除险加固设计方案决定着除险加固的效果，直接影响着工程投资、进度和效益。南干渡槽、花楼基渡槽按照《浙江省灌区渡槽安全评价导则（试行）》开展安全评价，结论为三类渡槽，存在主要问题：①安全现场检测包括干砌石结构勾缝脱落、支撑墙体凸出变形、混凝土结构老化、底板冲刷破坏、止水破坏失效等问题；②工程复核包括过流能力不足，结构不安全。针对以上问题，需进行除险加固或拆除重建。

（1）方案1：新建渡槽

考虑到2座石拱渡槽具有50年的历史，具有一定的历史意义，本方案计划将2座渡槽作为遗迹予以保留，退出运行，但需采取必要的保护措施。新建渡槽走向与现状渡槽平行布置，间距6～8 m，进、出水口分别与现有渠道上、下游顺接。新建渡槽采用简支梁式现浇结构型式，支承结构采用C30钢筋混凝土立柱，直径为DN1 000；槽身采用C30钢筋混凝土矩形结构，纵坡与原纵坡一致，断面尺寸按设计流量进行设计，同时按照加大流量复核[3]。

（2）方案2：拆除重建

为减少耕地占用，对2座石拱渡槽采取整体拆除，原址重建。重建后的渡槽在结构形式与外观尽量复原原有渡槽历史风貌，重建渡槽结构型式采用钢筋混凝土现浇，槽身横断面为矩形，断面尺寸、纵坡与新建渡槽尺寸一致，槽身外立面进行做旧处理，剁成块石状；原石拱拱圈采取保护性拆除，进行编号，重建时按照编号复原；槽墩及基础采用灌砌块石结构，外露面利用原块石修复。

（3）方案3：灌浆加固

考虑到新建、拆除重建工期较长，且受土地等方面制约，破坏原有渡槽风貌，本方案采取不改变渡槽外观的前提下，对槽身内部进行防渗衬砌处理，根据过流能力要求，原有断面进行加大；槽身下部砌石体进行灌浆加固，达到修旧如旧。

石拱渡槽设计方案比选结果见表1。

表1 渡槽设计方案比选结果表

经综合比较，方案1造价最省，方案2造价最高，方案3造价相对较低，且无需新征用地，既可以解决原渡槽过流能力不足和结构安全问题，又可以最大限度保留渡槽的原有面貌，因此选择方案3作为渡槽除险加固方案。

2.2 方案设计

（1）槽身设计

根据前述方案比较结果，槽身加固方案设计如下：加固后纵、横断面尺寸均不变，对原槽身外侧浆砌块石挡墙予以保留，钢筋混凝土防渗体采用人工全部凿除，清洗干净后槽身浇筑150厚C30W6F50钢筋混凝土，钢筋采用Φ8@150双排布置，每隔10 m设置一道宽2 cm的伸缩缝，缝内设铜片止水。

（2）槽墩设计

根据前述方案比较结果，槽墩加固方案设计如下：①砌石体支撑结构表面按照修旧如旧的要求采用M15水泥砂浆勾缝、补浆，一方面是增加砌石体粘结性，另一方面避免灌浆时漏浆。砌石体采用灌浆处理，灌浆孔沿渡槽中心线单排布置，孔距2 m，深入基岩0.5 m，距离拱壁2 m，并对拱圈采取支护措施。灌浆分三序进行，先灌一序孔，二序孔和三序孔依次均匀加密，采用自下而上灌浆方式，碎石层灌浆一次注浆至饱满，压力以自重为主。②石拱拱圈进行注浆处理；拱座加固则对拱圈满堂脚手架支护后对破损部分采取人工清除，重新砌筑块石后注浆。

（3）管理和监测设施选型

南干渡槽、花楼基渡槽现状均未设置监测设施，渡槽也没有巡查通道，此次加固增设管理和监测设施，具体设计方案如下：①槽身顶部增设C30钢筋混凝土巡查桥板，宽1.2 m，桥板钢筋深入槽身防渗体，每隔5 m设置一道宽2 cm的伸缩缝，缝内填聚乙烯闭孔泡沫板，桥板外侧设塑钢栏杆。②槽身顶部新增沉降位移观测点4处，左、右各2处，渡槽进出口山体上设工作基点4处和校核基点4处，左、右各2处。

3 除险加固管理经验探讨

（1）严把施工关。①工程开工前，施工单位针对首次承接无类似工程可参照，组织精兵强将对设计图纸进行图审，并聘请领悟设计意图，分析施工难点，找出薄弱环节，提出图审意见建议，制定有效的控制措施和对策。②严格按照图纸、规范及技术措施进行。施工过程中做到“六不施工，三不接交”。“六不施工”是：不进行技术交底不施工、图纸和技术要求不清楚不施工、测量和资料未经审核不施工、材料无合格证或试验不合格不施工、隐蔽工程未经联合验收签证不施工、未经监理工程师认可或批准的工序不施工；“三不接交”是：无自检记录不接交；未经监理工程师验收不接交；施工记录不全不接交。③正确处理质量与投资、进度的关系。

（2）严把审查关。南干渡槽、花楼基渡槽除险加固方案为首次使用，因此组织专家对施工方案进行专项审查，以切实解决自身技术短缺问题。专家组从设计优化、灌浆材料、灌浆压力、钻孔等方面提出意见，为施工顺利开展提供了技术保障。

（3）严把优化关。①根据设计方案，渡槽灌浆前首先要进行砌石体表面处理，采用M15水泥砂浆勾缝，其作用主要是保障灌浆时不漏浆、跑浆，造成砌石体外表面都是砂浆，影响美观。在实际施工中发现，M15水泥砂浆勾缝与原有砂浆勾缝有明显色差，形成明显的新旧对比，无法达到修旧如旧的目的，因此优化配比，在拌和水泥砂浆时掺入黑色填缝剂（HCJ填缝剂--干粉砂浆系列，该产品是由无机硅酸盐、高分子聚合物及颜料等经特殊工艺配制而成，具有高分子材料的柔韧性、防水性和无机材料的耐久性、抗酸碱性、粘结力强的性能）进行调色，在沟缝前先进行试验，试验强度能满足设计要求，并且能达到修旧如旧的目的。②由于渡槽进出口段基础为干砌石，容易造成塌孔、卡钻。处理方法是先进行提钻扫孔，看是否可以形成灌浆孔，不能形成则考虑在塌孔部位按设计要求进行灌注砂浆进行固壁，初凝后再进行扫孔，钻孔完成后再自下而上进行灌入水泥砂浆，特别注意的是严控水泥砂浆水灰比，以保证砂浆的沉入度，避免堵塞周边灌浆通道，影响施工质量。③灌浆过程中干砌块石沟缝部位可能产生的漏浆或冒浆，视情况首先停止灌浆采用人工封堵，用棉花紧密地塞入缝隙内，必要时，在其上面涂抹速凝水泥砂浆或堵漏王进行堵塞缝隙，然后提高砂浆浓度、间歇灌浆等方法解决。

4 除险加固效果

根据设计方案，南干渡槽和花楼基渡槽分别于2018年12月、2021年11月进行除险加固。经过施工单位近3个月的实施圆满完成了施工任务，分别采用了钻孔取样检查和微型摄像机检查，结果均显示槽墩砌石体胶结良好，无孔洞，取芯抗压强度达到C20，砌体整体稳定性得到明显改善，其中南干渡槽经过近3年运行，无明显位移变形，同时渡槽原有风貌得到了保留，除险加固取得了预期效果。

5 结语

自1949年以来，我国建成了一大批灌区，基于当时历史条件限制，渡槽很大一部分采取石拱渡槽的结构形式，运行年限超过50年以上，具有一定的历史意义，因此消除安全隐患，保障安全运行，尽可能保留原有风貌，成为亟待解决的问题。安地灌区南干渡槽、花楼基渡槽除险加固的设计和实践证明，对石拱渡槽砌石体采用表面勾缝、内部采用砂浆灌浆加固的方案是非常可行，其除险加固设计与施工技术方案对类似石拱渡槽的除险加固具有显著的借鉴意义。