□ 梁祥金 □ 郭曉萌 □ 陳秋紅（河南省水利勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限公司）

0 引言

南水北調(diào)中線工程渠道渡槽上跨交叉河流，工程量大，技術(shù)含量高，施工技術(shù)復(fù)雜，是總干渠的控制性工程。在總干渠進(jìn)行全線通水之前，對(duì)渠道渡槽進(jìn)行充水試驗(yàn)，對(duì)工程安全性進(jìn)行先期檢驗(yàn)，及時(shí)排除安全隱患，為總干渠順利通水創(chuàng)造良好條件。下面就南水北調(diào)中線工程某大型預(yù)應(yīng)力渡槽充水試驗(yàn)進(jìn)行分析，并對(duì)工程的安全性進(jìn)行一些探討。

1 工程概述

南水北調(diào)某渡槽建筑物總長(zhǎng)325m，由進(jìn)口漸變段、進(jìn)口閘室段、梁式渡槽段、出口閘室段及出口漸變段組成。其中梁式渡槽段長(zhǎng)150m，槽身橫向4孔，2孔1聯(lián)，共2聯(lián)，單孔凈寬7m、凈高7.80m，跨徑30m，共5跨。槽身采用三向預(yù)應(yīng)力混凝土矩形槽結(jié)構(gòu)型式，C50混凝土，設(shè)計(jì)流量305m3/s，設(shè)計(jì)水深6.48m，加大流量365m3/s，加大水深7.11m。下部支承采用鋼筋混凝土空心墩，空心墩高度根據(jù)地形設(shè)為6.40～7.90m?；A(chǔ)為鉆孔灌注樁，樁徑1.80m。

2 監(jiān)測(cè)儀器布置情況

第1、3跨左聯(lián)槽身布置有監(jiān)測(cè)儀器，其中單榀槽身布設(shè)鋼筋計(jì)109支，單向應(yīng)變計(jì)92支，無(wú)應(yīng)力計(jì)12支，沉降標(biāo)點(diǎn)6支，測(cè)縫計(jì)8支，豎向錨索測(cè)力計(jì)4支，橫向錨索測(cè)力計(jì)8支，縱向錨索測(cè)力計(jì)16支。

第1#、3#、4#槽墩及下部樁基左右聯(lián)均布置有監(jiān)測(cè)儀器，其中單個(gè)槽墩及其樁基共布設(shè)鋼筋計(jì)14支，單向應(yīng)變計(jì)14支，無(wú)應(yīng)力計(jì)6支，測(cè)斜儀1支，土壓力計(jì)1支，滲壓計(jì)4支。

同時(shí)，為監(jiān)控槽身的撓度情況，在渡槽左右聯(lián)每跨槽身頂部中墻中間及兩端各埋設(shè)一個(gè)沉降標(biāo)點(diǎn)，用于計(jì)算槽身頂部撓度；每跨槽身底部中間跨中及兩端各埋設(shè)一個(gè)沉降標(biāo)點(diǎn)，用于計(jì)算槽身底部撓度。左右聯(lián)槽墩每個(gè)槽墩中間部位埋設(shè)一個(gè)沉降標(biāo)點(diǎn)，用于監(jiān)測(cè)槽墩的沉降。

3 充水試驗(yàn)?zāi)康?/h2>

渡槽充水試驗(yàn)的主要目的是:一是檢查渡槽各部分止水縫施工質(zhì)量，并在全線通水前對(duì)出現(xiàn)的質(zhì)量缺陷進(jìn)行處理；二是檢查渡槽結(jié)構(gòu)實(shí)體混凝土質(zhì)量及結(jié)構(gòu)應(yīng)力分布狀態(tài)；三是觀測(cè)渡槽在充水條件下的變形情況；四是根據(jù)充水試驗(yàn)成果評(píng)估渡槽結(jié)構(gòu)的安全性及可靠性；五是為南水北調(diào)總干渠全線順利通水運(yùn)行提供技術(shù)保障。

4 充水試驗(yàn)總體方案

渡槽充水試驗(yàn)采用在進(jìn)出口漸變段以外總干渠渠道內(nèi)堆碼土袋圍堰作為堵頭，試驗(yàn)段總長(zhǎng)345m，總充水水量約為12.23萬(wàn)m3。根據(jù)充水水位要求，充水試驗(yàn)圍堰高8.10m，頂寬3m，迎水面和背水面邊坡均為1:3，迎水面鋪設(shè)復(fù)合土工膜（150g/m2-0.50mm-150g/m2），土工膜下端粘在總干渠渠道襯砌底板上，兩側(cè)粘在總干渠邊坡襯砌板上，所有粘接處粘接長(zhǎng)度≥1m。

5 充水試驗(yàn)觀測(cè)、監(jiān)測(cè)要求

為保證充水試驗(yàn)取得預(yù)期效果，對(duì)充水試驗(yàn)的觀測(cè)、監(jiān)測(cè)要求如下:一是充水試驗(yàn)應(yīng)對(duì)全部梁式渡槽進(jìn)行撓度監(jiān)測(cè)；二是現(xiàn)場(chǎng)土建單位對(duì)滲水、裂縫等充水引起的外部特征進(jìn)行記錄、標(biāo)示，監(jiān)測(cè)單位對(duì)監(jiān)測(cè)儀器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集測(cè)算；三是充水試驗(yàn)段內(nèi)所埋監(jiān)測(cè)設(shè)備在試驗(yàn)期間全部進(jìn)行觀測(cè)，觀測(cè)次數(shù)應(yīng)根據(jù)試驗(yàn)進(jìn)展使監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)能反應(yīng)試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)所發(fā)生的情況；四是與渡槽撓度有關(guān)的監(jiān)測(cè)應(yīng)在充水前、滿槽水位及放空后至少各監(jiān)測(cè)一次；五是充水試驗(yàn)各責(zé)任單位應(yīng)編制應(yīng)急處理預(yù)案，并提出充水試驗(yàn)期間的安全保證措施，保證試驗(yàn)過(guò)程中的人員、工程安全。

6 充水試驗(yàn)過(guò)程

渡槽充水試驗(yàn)由空槽至滿槽共歷時(shí)16d，靜置19d后開(kāi)始放水，全試驗(yàn)過(guò)程共歷時(shí)50d。

7 槽身混凝土實(shí)體質(zhì)量評(píng)價(jià)

本渡槽充水試驗(yàn)過(guò)程中，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)巡視檢查，共發(fā)現(xiàn)槽身滲水部位6處，均為窨水點(diǎn)（可見(jiàn)明顯水印，但無(wú)水滴或者水流）。槽身后澆帶施工縫有1處窨水，槽身后澆帶滲水存在兩種情況:后澆帶與前期施工的槽身結(jié)合處施工縫處理不徹底，產(chǎn)生滲漏水；后澆帶中間結(jié)構(gòu)縫（收縮縫）的止水周邊澆筑不密實(shí)、存在縫隙水沿著結(jié)構(gòu)縫繞過(guò)止水沿縫面滲漏水。

槽身側(cè)墻底板與側(cè)墻施工縫有1處窨水，主要原因是由于局部存在積渣，乳皮清理不徹底；混凝土拌和物入倉(cāng)方式為泵送，通過(guò)每隔4m的串筒入到倉(cāng)底，混凝土塌落度偏大時(shí)，存在趕料、骨料分離或振搗不到位的情況，存在縫隙，導(dǎo)致出現(xiàn)窨水。出口段閘室邊墻外側(cè)有1處窨水，主要原因是混凝土在施工過(guò)程中振搗不到位、存在漏振現(xiàn)象，導(dǎo)致混凝土不密實(shí)，出現(xiàn)窨水現(xiàn)象。其他3處窨水位置均為螺栓孔處窨水，主要原因是施工過(guò)程中混凝土振搗不到位使混凝土包裹的對(duì)拉螺栓存在縫隙，且螺栓孔封堵不嚴(yán)實(shí)造成的窨水現(xiàn)象。

經(jīng)充水試驗(yàn)驗(yàn)證，渡槽混凝土施工質(zhì)量與止水安裝總體較好，渡槽質(zhì)量缺陷均為窨水點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)的質(zhì)量缺陷不影響工程結(jié)構(gòu)安全，對(duì)出現(xiàn)的質(zhì)量缺陷處理合格并經(jīng)檢驗(yàn)不再滲水后，渡槽結(jié)構(gòu)能滿足正常運(yùn)行及結(jié)構(gòu)耐久性要求。

8 安全監(jiān)測(cè)成果及分析

一是監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù):由于監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)量龐大，囿于篇幅限制，文中不再列示，從略。二是梁式渡槽撓度監(jiān)測(cè)分析:根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，梁式渡槽槽身?yè)隙入S著水位的加大逐漸加大，在滿槽水位時(shí)撓度值達(dá)到最大值。槽身?yè)隙茸畲鬁y(cè)值為-1.03mm。三是梁式渡槽沉降變形監(jiān)測(cè):監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，梁式渡槽槽頂?shù)某两盗侩S水位的加大逐漸的加大，在滿槽水位時(shí)，沉降量達(dá)到最大值。槽頂最大沉降量為-11.02mm。在滿槽水位下，槽墩頂最大沉降量為-3.62mm，相鄰槽墩最大沉降差為3.07mm。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，梁式渡槽跨間測(cè)縫計(jì)測(cè)值最大張開(kāi)值為-4.88mm,最大閉合值為1.36mm。測(cè)斜儀監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，測(cè)斜儀埋設(shè)位置（1/2墩高）水平位移最大值為6.36mm，相應(yīng)墩頂最大水平位移為12.72mm。四是梁式渡槽應(yīng)力、應(yīng)變監(jiān)測(cè):混凝土、鋼筋的應(yīng)力應(yīng)變除受荷載影響外，氣溫、濕度、結(jié)構(gòu)自身體積脹縮等變化對(duì)應(yīng)力應(yīng)變影響也比較大。通過(guò)空槽以及水荷載施加后應(yīng)力應(yīng)變情況，監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)受力變化規(guī)律，同時(shí)結(jié)合結(jié)構(gòu)沉降變形撓度等監(jiān)測(cè)、裂縫檢查以及直觀檢查，綜合分析判斷結(jié)構(gòu)狀態(tài)。梁式渡槽監(jiān)測(cè)斷面充水前各部位鋼筋計(jì)測(cè)值表現(xiàn)為壓應(yīng)力，最小壓應(yīng)力為-0.51MPa。各部位混凝土的應(yīng)變量測(cè)值顯示，槽體各部位絕大部分為壓應(yīng)變，這與鋼筋計(jì)的測(cè)值協(xié)調(diào)一致。槽身混凝土拉應(yīng)變僅在槽身豎墻頂部出現(xiàn)，但該部位鋼筋計(jì)測(cè)值顯示為壓應(yīng)力，理論計(jì)算該部位應(yīng)為壓應(yīng)力，應(yīng)變計(jì)測(cè)值與鋼筋計(jì)不完全協(xié)調(diào)一致，且與理論計(jì)算不一致。充水至滿槽，各部位鋼筋計(jì)測(cè)值表現(xiàn)為壓應(yīng)力，最小壓應(yīng)力為-0.72MPa。各部位混凝土的應(yīng)變量變化顯示，槽體各部位絕大部分為壓應(yīng)變，這與鋼筋計(jì)的測(cè)值協(xié)調(diào)一致。槽身混凝土拉應(yīng)變僅在槽身豎墻頂部出現(xiàn)，但該部位鋼筋計(jì)測(cè)值顯示為壓應(yīng)力，理論計(jì)算該部位應(yīng)為壓應(yīng)力，應(yīng)變計(jì)測(cè)值與鋼筋計(jì)不完全協(xié)調(diào)一致，且與理論計(jì)算不一致。墩身鋼筋計(jì)測(cè)值-38.02～34.19MPa，樁基鋼筋計(jì)測(cè)值-22.54～7.22MPa。

梁式渡槽預(yù)應(yīng)力為有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力，張拉后孔道灌漿。灌漿后，在漿體達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度，錨索與槽身混凝土之間不再具有相對(duì)變形，測(cè)力計(jì)讀數(shù)變化一般反映的是儀器本身隨氣溫的變化，而非結(jié)構(gòu)受力變化，因此充水試驗(yàn)期間測(cè)力計(jì)讀數(shù)變化并不反映結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)，一般情況，測(cè)力計(jì)隨氣溫變化的讀數(shù)，不再具有判斷結(jié)構(gòu)安全性的價(jià)值，但鋼絞線在端部斷掉、夾片失效等情況，測(cè)力計(jì)還是能夠反映的。錨索測(cè)力計(jì)在充水前與滿槽水位時(shí)測(cè)值有增有減，該變化應(yīng)該是外界環(huán)境變化導(dǎo)致，不是結(jié)構(gòu)加載引起的。渡槽放完水后，與充水前相比，錨索測(cè)力計(jì)讀數(shù)基本一致，與理論分析是一致的。同時(shí)，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，充水試驗(yàn)過(guò)程中測(cè)力計(jì)測(cè)值是連續(xù)變化的，表明預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)處于正常工作狀態(tài)。通過(guò)對(duì)比梁式渡槽撓度、變形、應(yīng)力應(yīng)變等實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與設(shè)計(jì)值、允許值，渡槽實(shí)測(cè)最大值均未超過(guò)允許值、設(shè)計(jì)值及警戒值指標(biāo)，梁式渡槽撓度、應(yīng)力、變形滿足要求，結(jié)構(gòu)安全穩(wěn)定。

9 結(jié)構(gòu)安全分析

9.1 結(jié)構(gòu)受荷下直觀檢驗(yàn)

本次充水試驗(yàn)全線一次充水，充水周期達(dá)50d。對(duì)結(jié)構(gòu)受力、變形有了較全面的掌握。試驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)6處窨水點(diǎn)，未發(fā)現(xiàn)較明顯的漏水點(diǎn)以及結(jié)構(gòu)裂縫的張開(kāi)或閉合現(xiàn)象。渡槽整體結(jié)構(gòu)在各工況下處于安全運(yùn)行狀態(tài)。

9.2 結(jié)構(gòu)撓度、沉降、變形分析

通過(guò)充水試驗(yàn)對(duì)所有梁式渡槽結(jié)構(gòu)撓度、沉降進(jìn)行了監(jiān)測(cè)，對(duì)監(jiān)測(cè)成果分析可知，梁式渡槽的撓度最大值為1.025mm，墩身最大沉降3.62mm，最大沉降差3.07mm，跨間結(jié)構(gòu)縫寬度變化最大值為-4.88/1.36mm，墩臺(tái)水平位移最大值為12.72mm，渡槽撓度及墩身沉降、位移均未超過(guò)設(shè)計(jì)值、允許值及警戒值。結(jié)構(gòu)受力變形符合規(guī)律。結(jié)構(gòu)整體處于安全運(yùn)行狀態(tài)。

9.3 結(jié)構(gòu)應(yīng)力、應(yīng)變分析

充水試驗(yàn)期間渡槽結(jié)構(gòu)應(yīng)力、應(yīng)變等內(nèi)觀監(jiān)測(cè)儀器監(jiān)測(cè)成果表明:一是梁式渡槽槽身內(nèi)壁處于受壓狀態(tài)，外壁混凝土也處于受壓狀態(tài)；二是渡槽槽墩及樁基在各工況下應(yīng)力、應(yīng)變符合規(guī)律，鋼筋最大拉應(yīng)力<135MPa?；炷?、鋼筋的應(yīng)力應(yīng)變除受荷載影響外，氣溫、濕度、結(jié)構(gòu)自身體積收縮等變化對(duì)應(yīng)力應(yīng)變影響也比較大，綜合結(jié)構(gòu)沉降、變形監(jiān)測(cè)結(jié)果，結(jié)構(gòu)整體處于安全狀態(tài)。

10 結(jié)論

一是渡槽結(jié)構(gòu)沉降、變形指標(biāo)在警戒值以內(nèi)，應(yīng)力測(cè)值在警戒值以內(nèi)，變化符合受力規(guī)律?？傮w上工程處于安全運(yùn)行狀態(tài)。二是渡槽各部位應(yīng)力、應(yīng)變變化符合規(guī)律，量值在警戒值以內(nèi)。但在槽身豎墻頂部出現(xiàn)混凝土拉應(yīng)變，槽身豎墻頂部鋼筋計(jì)測(cè)值顯示為壓應(yīng)力，鋼筋計(jì)與應(yīng)變計(jì)測(cè)值不完全協(xié)調(diào)一致，也與理論計(jì)算不一致。三是對(duì)于該異常問(wèn)題應(yīng)由現(xiàn)場(chǎng)施工、監(jiān)理單位仔細(xì)核對(duì)監(jiān)測(cè)成果并結(jié)合監(jiān)測(cè)設(shè)備本身受施工、環(huán)境等因素分析查找出現(xiàn)異常的原因,同時(shí)后續(xù)應(yīng)持續(xù)跟蹤，加強(qiáng)監(jiān)測(cè)。四是充水試驗(yàn)表明，渡槽施工質(zhì)量總體較好，發(fā)現(xiàn)的質(zhì)量缺陷均為一般質(zhì)量缺陷，不影響工程承載安全，但影響結(jié)構(gòu)耐久性。在所有缺陷經(jīng)處理并經(jīng)充水驗(yàn)證合格后，結(jié)構(gòu)滿足正常使用要求。