韶山银河渡槽9～10号墩地基加固及上部结构纠偏方案研究

刘 柳，朱位隆，叶 操

（1.上饶市水利科学研究所，江西上饶 334000；2.上饶市科信水利水电勘察设计咨询有限公司，江西上饶 334000）

1 工程概况

湖南省韶山银河渡槽于1965年7月动工，是韶山灌区左干渠内的一座跨度较大、外形较美观的渡槽。渡槽跨过云湖和长韶公路，是通向韶山的大门，渡槽全长246.0 m，集灌溉良田、工业供水、防洪排涝、养殖等综合利用功能于一体，产生了巨大的社会经济效益。受各种因素的影响，该渡槽在第8～9号墩之间变形缝位置，出现了竖向约6.0 cm、侧向约1.5 cm的错位，引起变形缝的橡胶防水带撕裂渗漏。为了保证该渡槽的安全性、使用性、耐久性及文物价值，文中对该渡槽进行相关的加固和纠偏处理。

2 问题及原因分析

通过现场对渡槽的8～11号墩顶高程及9～10号渡槽上部线形的检测，9号墩地基与其他桩号墩地基之间出现了较大的地基沉降差。根据现场调查及向周边村民了解，9号墩基础沉降已经经历了很长的时间，随着时间的延长，不均匀沉降会继续扩大，过大的沉降差将会导致渡槽的整体滑落，从而发生安全事故，渡槽的正常使用功能也受到影响。将渡槽9号墩基础沉降的直接和间接原因进行分析。

1）间接原因：墩柱及基础的不均匀沉降差。9号墩与8，10号墩的高程产生了3.5～4.0 cm的沉降差，根据线性几何关系比例换算，渡槽梁体悬挑端伸缩缝的位置会产生6.0 cm的变形。同时，由于10号墩左右位置的墩柱存在6.0 mm的高程差，引起渡槽一定程度的扭转，导致伸缩缝位置横向产生1.5 cm的错位。

2）直接原因：地基土的不均匀沉降差。9号墩地处河边，根据原图纸提供的地质资料表明，该墩基础持力层为亚粘土，厚6.5～7.5 m，下卧土层分别为亚砂土、粗砂、砾砂、砾石、软泥质亚粘土层。根据现场墩柱浸没线调查，该灌溉区发生过多次洪涝灾害，而砂性土层具有一定的湿陷性，遇水浸泡存在一定的湿陷。洪涝灾害发生过后，在动水压力作用下，容易带走一些微细砂土颗粒，导致下卧土层中孔隙率变大。枯水季节，在土压力及上部基础荷载作用下，土体发生了收缩，产生地基沉降，与10号墩地基产生了较大的沉降差[1]。

3 纠偏方案

3.1 地形地质情况

9号墩渡槽处地段的原始地貌属构造剥蚀丘陵地貌，后经人类工程活动的改造，现场为农作物区。目前，场地地形总体趋势东北高西南低，地面高程49.5～50.2 m，地形坡度3°～10°，9号渡槽东南侧9.0 m处为河流。根据原设计图纸记载，各地层岩性特征依上下顺序简述如下：①亚粘土，黄褐色～黄棕色，含高龄土，厚6.5～7.5 m；②亚砂土，深灰、黑色，含腐殖质，厚1.1～1.5 m；③粗砂，黄褐色、棕褐色，厚0.8～1.2 m；④砾砂，白色、清灰色，厚0.8～1.5 m；⑤砾石，白色～清灰色，主要成分为灰岩、石英砂岩，粒径10.0～20.0 mm；⑥软泥质亚粘土，以灰黑居多，也有白、黄、紫色等，厚约3.0 m。

3.2 纠偏方案确定

初拟3个纠偏方案对9号墩进行处理。

方案1：首先对地基进行加固，固化砂性土中微小颗粒，增加土体的密实性，减缓地基的沉降量；地上部分对渡槽梁体进行顶升，再进行支座加高，使梁体得到纠偏。该方案操作性强、风险较小、经济成本底，具有可行性。由于支座要加高约4.0 cm，对渡槽旧貌外观略有影响，但支座厚度较小，影响忽略不计。

方案2：与方案1不同点在于，墩柱与梁体一样，都需要进行顶升。该方案需要做较大的开挖面，风险较高、成本较多。优点是支座外观基本没有大的变化，对旧貌保护较好。

方案3：预应力纠偏方案，即对下沉悬挑段渡槽施加体外预应力，使悬挑段产生向上的反拱以抵消其错位量。因该渡槽建筑使用年代久远，混凝土已经发生了老化，在能不能经受较大的预应力、会不会下部开裂、能不能解决伸缩缝错位等方面，都具有较大的不确定性。同时，施加体外预应力，会改变渡槽的外观，与修旧如旧的原则产生较大的偏差。

因此，从可操作性、可控性、实施的经济成本等方面比较，方案1具有较明显的优势，加固纠偏选用方案1。

3.3 支撑体系承载力验算

1）支撑体系构造

支撑体系由垫块基础、管束支撑、脚手架、千斤顶、脚手架扣件组成。每个管束支撑由不少于40根φ 48.0 mm钢管行列式排列，与纵横向水平管通过直角扣件固定，水平杆上下排间距不大于600.0 mm，每个边剪刀撑不少于4遍。支撑及支架构造示意图见图1，顶升支架平面示意图见图2。

图1 支撑及支架构造示意图

图2 顶升支架平面示意图（单位：mm）

2）渡槽结构参数

根据已有设计资料和现场检测，渡槽断面面积A为3.0 m2，渡槽长度L1为33.0 m，渡槽内边缘长度L2为8.3 m，铺装层面积Ap为97.0 m2，防水层面积为Af为272.6 m2。

3）荷载标准值计算

恒荷载标准值Nk为2 772.1 kN；风荷载标准值Fwk为45.1 kN。

4）稳定性验算

抗倾覆系数K倾=Mk/MFk，其中，Mk为竖直方向力，MFk为水平方向力。经计算K倾=78.5＞1.5，槽身稳定性满足要求。

5）承载力验算

每墩4个竖顶，每个顶受力N为488.2 kN，钢管承载力Nu为1 608.0 kN，因N＜Nu，所以钢管竖向承载力满足要求。

6）垫块地基承载力验算

地基压应力f为148.0 kPa，因此，要求地基承载力特征值fa≥148.0 kPa。

4 纠偏施工技术与工艺

渡槽9号墩的施工遵循先地下、后地上，先地基、后结构的施工程序。

1）施工准备→清理场地→测量定位，确定9号墩基础位置→确定墩柱、地表位移监控点、注浆钻孔位置→注浆→测量监控→自然养护7 d→土体强度验收。

2）地基加固验收通过→支撑钢管搭设位置定位→支撑垫块施工→钢管支撑架搭设与安装→脚手架操作台搭设→钢垫板及千斤顶安放→仪器设备检查→预顶升及监控→断开伸缩缝处构造→9号墩位置顶升→安装支座板及千斤顶卸载→10号墩位置顶升→安装支座板就位后卸载→9号墩顶升和横向纠偏→结构胶支座固定→卸载→支架拆除→垫块拆除及场地恢复。

4.1 地基加固施工

地基注浆加固处理的注浆施工工艺：布孔→钻孔→下注浆管→灰浆配制及压浆→压浆孔封堵、清理现场[2]。

1）布孔。按设计要求确定位置，并进行布控标注。

2）钻孔。根据定位进行钻孔，钻孔采用水钻和风钻结合，根据设计要求钻孔直径为5.0 cm，钻孔深度为12.0 m。

3）下注浆管。管径采用5.0 cm花管，压浆管埋深为12.0 m，压浆管管壁每25.0 cm间距布置溢浆孔，压浆管应高出地面3.0 cm左右。

4）浆液的配制及压浆。注浆浆液为水泥浆，浆液配合比应根据现场试验确定，但应满足强度和流动性两项基本要求。压浆采用注浆泵进行注浆，注浆的顺序为先四周后中间，注浆压力控制在0.5 MPa，当压力稳定后再稳压1 min后卸压浆管。浆液的配制及压浆过程中应注意的事项见表1。

5）压浆孔封堵、现场清理。待浆液凝固后压浆口采用水泥砂浆抹平封口，清理现场垃圾。

4.2 顶升施工工艺

顶升施工工艺及流程见表2。

顶升施工过程中对梁体、墩柱控制截面的位移、混凝土应变、裂缝进行监控，顶升施工监控以位移监控为主。

表1 浆液的配制及压浆过程中应注意的事项

表2 顶升施工工艺及流程表

5 结语

该渡槽工程通过对地基进行加固，减缓地基的沉降量，并通过地上部分对渡槽梁体进行顶升、支座加高，使梁体得到纠偏。工程实施后，渡槽恢复运行。地基加固完成后，建议建立沉降和倾斜观测制度，以观测地基加固效果，为后续工作提供依据。在后期使用过程中，在渡槽两端适当位置设置警示牌，建立专人管理和养护制度，建立季度、年度检查制度，如发现问题，及时进行维修，在人流量较大的时间段，应派专人维护秩序和安全疏导，防止人员故意拥挤造成事故和各类损坏活动。