江先雄，朱定明

(宜昌市東風渠灌區(qū)管理局，湖北 宜昌 443002)

1 工程概況

U型薄殼渡槽因其造型輕巧、整體性強、力學性能好、水力條件優(yōu)越等優(yōu)點，在輸水建筑物中應用較多[1]。由于此類渡槽可能受架空高、拱肋跨度大、槽身薄等條件的約束[2]，在實際工程中具有一定的施工難度和較高的技術要求，因此在工程設計施工的過程中稍有不妥就會導致嚴重后患。蜘蛛洞支渠1號渡槽(又名楊家灣渡槽)位于宜昌市夷陵區(qū)小溪塔街辦官莊村三組，該渡槽采用現澆簡支梁式結構，U形槽身，總長195 m，進口漸變段長10 m，槽身段170 m，出口漸變段長15 m，上游進口槽底高程為203.646 m，出口槽底高程203.363 m，縱坡1/600，設計流量為7.2 m3/s。槽身斷面的U型半徑r=1.15 m，直墻段h=0.75 m，壁厚9 cm，頂部每隔1.5 m設拉桿，梁寬0.1 m，高0.1 m。支承結構為單肢排架和雙肢排架兩種型式。根據SL 252—2017水利水電工程等級劃分及洪水標準和GB 50288—2018灌溉與排水設計標準，蜘蛛洞支渠1號渡槽工程等別為Ⅳ等小(1)型，建筑物級別4級。該渡槽于1999年建成，由于建設期間施工條件落后，渡槽的施工過程存在缺陷，建成運行后渡槽多次出現漫水和超負荷運行，導致其出現安全穩(wěn)定問題。其中進出口段和1號槽身混凝土開裂、剝落嚴重，最大裂縫長達4.7 m，呈網狀分布，混凝土保護層厚度已不滿足設計要求，目前處于帶病運行狀態(tài)。蜘蛛洞支渠1號渡槽承擔著宜昌市城區(qū)居民生活用水、灌區(qū)用水及蜘蛛洞電站發(fā)電的重要任務，對其產生的安全問題必須予以重視。

2 穩(wěn)定檢測分析

渡槽槽身出現的安全穩(wěn)定問題一般是由于工程材料強度低、外界環(huán)境因素惡劣、渡槽地基沉降和結構變形等因素引起的，而槽身混凝土的損壞老化程度具有隨機性[3]，因此需對渡槽地基基礎、支撐結構、槽身結構和進出口建筑物部分進行分析。

2.1 基礎結構

根據已有資料分析，蜘蛛洞支渠1號渡槽進口岸坡段基礎大部分坐落在基巖上，但進口邊墩基礎及中間部分基礎出現輕微的沉降變形，未發(fā)生破壞，而排架發(fā)生輕微變形；河床段基礎相對埋深較大，平均埋深5 m左右，主要坐落在強風化粉砂巖上，現狀基礎穩(wěn)定，上覆殘坡積及回填土稍密；出口岸坡段基礎坐落在強弱風化基巖上，現狀邊坡采用分級擋土墻支護，支護結構局部破損，邊坡基巖存在風化剝落現象，受滲水及坡面滲流影響，基巖易軟化，長期作用對基礎整體穩(wěn)定性有一定影響。

2.2 支撐結構

排架為渡槽的豎向支撐構件，同時還承受水平風荷載，是主要承載構件，對渡槽的安全可靠性起著非常重要的作用[4]。蜘蛛洞支渠1號渡槽為排架支撐的結構形式，從現場巡查和實測的數據來看，排架的部分位置已嚴重受損，對排架柱測區(qū)的選取主要選在損傷比較嚴重的周圍部位。其中1號排架柱裂縫長度870 mm，縫寬0.5 mm，縫深0.4 mm，主要呈垂直狀，混凝土保護層厚度在原設計的1/2以下，已不滿足強度要求，評定等級為差。根據現場巡查檢測和結構受力特性，發(fā)現排架柱混凝土強度、碳化深度和鋼筋銹蝕都有一定的不利趨勢，但總體評價良好，對結構整體穩(wěn)定影響不大。由此可見，排架出現較嚴重裂縫的主要原因是由于混凝土表面保護層脫落，且鋼筋發(fā)生銹蝕產生體積膨脹，導致順筋產生裂縫，從而危及渡槽的承載穩(wěn)定。

2.3 槽身結構

蜘蛛洞支渠1號渡槽采用U型薄殼槽身設計，受結構特點限制具有一定施工難度和技術要求，在設計階段需要充分考慮其材料強度和結構穩(wěn)定問題，以防在渡槽運行期間出現由于結構問題產生的安全風險。經安全檢測發(fā)現渡槽1號槽身存在混凝土脫空、底部滲漏嚴重和多處露筋并銹蝕現象，且混凝土保護層厚度檢測結果不達標，其平均值較原設計值小12 mm。經分析，蜘蛛洞支渠1號渡槽由于槽身壁厚僅9 cm且混凝土強度不高，加之運行期間槽身內外壁溫度變化大(內側迎水面和外側迎陽面溫差較大)，由于槽身混凝土溫度和濕度的變化，導致了混凝土的脆性和不均勻性，造成槽身裂縫漏水。因此，渡槽槽身設計強度與未充分考慮環(huán)境因素影響是導致渡槽槽底發(fā)生滲漏的主要原因。

2.4 進出口建筑物

經巡查檢測，渡槽進出口段裂縫問題最嚴重，其中渡槽入口段和出口段右側均出現了混凝土脫空、露石，且渡槽入口段右側有2處裂縫，長度分別為2.14 m，1.2 m；渡槽入口處左側有2處裂縫，長度分別為4.7 m，3.6 m；出口段右側有一處裂縫，長度為1.8 m。由表1可知，進出口段裂縫分布呈隨機性，既有縱向分布也有橫向分布，在裂縫長度最長的部位呈網狀分布，這可能是因為進出口段屬于漸變段，其受力環(huán)境相比于槽身段更復雜，且承擔過度水流作用，水力環(huán)境也較復雜，因此其裂縫分布不規(guī)律，也更容易出現強度穩(wěn)定問題。

表1 混凝土裂縫檢測結果

3 病因分析及加固措施

蜘蛛洞支渠1號渡槽建設初期，由于受當時生產力水平和財力因素的限制，混凝土設計強度偏低，加之運行期間受到自身結構特點的限制和環(huán)境因素影響產生了一系列安全穩(wěn)定問題，其主要原因有以下幾點：

1)由于當時施工及設計的缺陷，下游蜘蛛洞電站開始運行過程中就發(fā)生了漫水、超負荷工作的現象，影響結構的安全穩(wěn)定。2)采用U型薄殼槽身的蜘蛛洞支渠1號渡槽槽身壁厚僅9 cm，結構輕巧但安全性較低，且混凝土強度不高，槽身強度不滿足結構要求。3)渡槽在運行期間必然會受到環(huán)境因素的影響與水壓力耦合作用下影響混凝土結構的穩(wěn)定性[5-6]，蜘蛛洞支渠1號渡槽內外壁溫度變化大(內側迎水面和外側迎陽面溫差較大)，這種溫度差會在槽身中產生不利的溫度應力。4)槽身混凝土溫度和濕度變化大，造成槽身混凝土剝蝕，裂縫漏水，隨時間往復加劇混凝土和鋼筋碳化。針對施工和設計存在的缺陷，2001年蜘蛛洞支渠1號渡槽進行了槽身加固處理，主要方案為槽身采用黏鋼、碳纖維補強加固處理，槽身內側涂抹5.0 mm丙乳砂漿防滲，外縫采用丙乳砂漿封縫。經過十幾年的運行，自2015年來，渡槽槽身裂縫有了進一步發(fā)展的趨勢，槽身外壁已封閉裂縫又出現反堿滲水，導致混凝土裂縫、剝落，部分排架露筋嚴重，對人員和交通安全造成極大安全隱患。為確保渡槽短期內結構安全，2020年進行應急加固，主要方案為槽身底部采用兩條28a型工字鋼頂托，距工字鋼兩端2.9 m分別設置φ530 mm鋼立柱，壁厚15 mm。該方案雖然能夠保持渡槽運行，但也未徹底根治病險，其結構混凝土碳化，止水帶老化開裂，伸縮縫裂縫和鋼筋裸露銹蝕的問題依然存在。同時，槽身結構裂縫逐年增長，致使槽身安全風險逐年增大，該加固方案很難解決根本問題。

綜上所述，由于檢測結果大部分不滿足標準要求，且運行中已出現嚴重的質量問題，采用的補強加固措施和應急措施都無法根治病險，出于安全考慮，根據T/CHE S22—2018渡槽安全評價導則中的結構安全分級標準及渡槽類別劃分標準將該渡槽評為四類渡槽，結構安全評定為C級，即運用指標無法滿足設計和標準要求，工程存在嚴重安全問題，需降低標準適用或報廢重建。

4 結論

本文針對蜘蛛洞支渠1號薄殼U型渡槽的穩(wěn)定性開展了分析，就其安全風險問題，分別于2001年和2020年進行了補縫和應急加固處理措施，主要得到以下結論：

1)渡槽的穩(wěn)定問題主要由于當時施工條件的落后和混凝土結構自身強度偏低造成，加之受環(huán)境溫度濕度影響導致混凝土脆性和不均勻性，影響了整體結構的安全。2)渡槽使用初期，針對出現的安全問題，采用了黏鋼、碳纖維補強加固槽身，內側涂抹5.0 mm丙乳砂漿防滲，外縫采用丙乳砂漿封縫的安全措施，該方法可延長工程使用壽命，但無法根治病險，長期運行下依然存在安全問題。3)蜘蛛洞支渠1號渡槽是典型的早期U型薄殼渡槽，其出現的安全穩(wěn)定問題及處理措施具有較高參考價值，可為同類工程提供參考。