U形斷面薄殼渡槽破壞原因分析及加固措施探討

許麗杰

(沈陽市蘇家屯區(qū)八一灌區(qū)管理處 110103)

渡槽是灌區(qū)主要交叉建筑物之一，但是在筆者所在灌區(qū)的輸水建筑物中的渡槽形式以U形斷面薄殼渡槽結(jié)構(gòu)居多。U形斷面薄殼渡槽主要以U形斷面鋼筋混凝土或鋼絲網(wǎng)水泥薄殼渡槽并以排架支撐的結(jié)構(gòu)形式為主，在筆者所在灌區(qū)，由于U形斷面薄殼渡槽原結(jié)構(gòu)布置形式欠妥、施工質(zhì)量差、運(yùn)用時(shí)間久等原因，有較多的渡槽槽身、排架牛腿出現(xiàn)了不同程度的破壞。其破壞形式主要有如下幾種:?牛腿縱向產(chǎn)生斷裂;?槽身與端肋的連接處產(chǎn)生斷裂;?渡槽端肋產(chǎn)生縱向裂縫;?鋼筋混凝土薄殼渡槽槽身內(nèi)側(cè)產(chǎn)生漏筋;?鋼絲網(wǎng)水泥渡槽的槽身產(chǎn)生龜裂;?渡槽伸縮縫嚴(yán)重滲水。

1 破壞原因分析

1.1 溫度應(yīng)力對結(jié)構(gòu)的影響

在工程設(shè)計(jì)中溫度應(yīng)力對結(jié)構(gòu)的影響通常被忽略不計(jì)了，但在實(shí)際管理中卻發(fā)現(xiàn)，U形斷面薄殼渡槽結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞的原因，很多是由于溫度變化引起的，特別是在沈陽地區(qū)這種現(xiàn)象尤為明顯。

根據(jù)力學(xué)的理論，可計(jì)算出由溫度變化所產(chǎn)生的溫度應(yīng)力。

為了簡化計(jì)算，把渡槽假想為一根無重量的桿，在溫度為u時(shí)桿長為L，兩端固定在不可移動(dòng)的支座上，桿的截面面積為A，材料的線性膨脹系數(shù)為α，當(dāng)溫度下降Δu時(shí)，按熱脹冷縮規(guī)律，桿將縮短ΔL。即:ΔL=αΔuL

但由于桿的兩端固定，桿不能縮短。如果溫度下降，相當(dāng)于桿拉長了ΔL，即在桿的兩端作用了F大的拉力。

式中E——混凝土彈性模量

桿內(nèi)產(chǎn)生的拉應(yīng)力為:λ=F/A=EαΔu，混凝土的線性膨脹系數(shù)α=1×10－5，彈性模量E=1.96×106N/cm2，當(dāng)溫度下降 Δu=30℃時(shí)，λ =1×10－5×1.96×106×30=588N/cm2=5.88N/mm2。以 C25混凝土為例，其抗拉強(qiáng)度為1.71N/mm2，由于溫度變化，渡槽槽身所產(chǎn)生的溫度應(yīng)力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于混凝土的抗拉強(qiáng)度，所以渡槽槽身容易被拉斷。

例如:位于筆者所在灌區(qū)的新開河鋼絲網(wǎng)水泥渡槽，半徑為120cm，壁厚5cm，直線段高40cm，斷面面積7704.53cm2，按上述溫度應(yīng)力計(jì)算將產(chǎn)生4530.54kN拉力，若兩端固定，將足以使渡槽拉斷。對于上述第?、?、?三種破壞情況均屬于溫度應(yīng)力所致。

1.2 滲水對結(jié)構(gòu)的影響

在渡槽的施工過程中，槽身均沒有做防滲處理，而且保護(hù)層薄。運(yùn)行四五年后，槽身由于滲水而使鋼筋、絲網(wǎng)產(chǎn)生嚴(yán)重銹蝕，形成銹蝕粉狀。鋼筋與混凝土保護(hù)層產(chǎn)生脫解，保護(hù)層受水流沖擊，逐漸脫落，直至鋼筋裸露，幾年后鋼筋便會(huì)銹斷，嚴(yán)重威脅工程的正常運(yùn)行。例如:灌區(qū)另一處鋼筋混凝土U形渡槽，建成后僅運(yùn)行了十年時(shí)間便出現(xiàn)鋼筋裸露、斷筋現(xiàn)象。還有一處鋼絲網(wǎng)水泥薄殼渡槽，建成后僅運(yùn)行了八年就有因滲漏問題，使30%以上鋼絲網(wǎng)嚴(yán)重銹蝕的現(xiàn)象。

1.3 “龜裂”現(xiàn)象對結(jié)構(gòu)的影響

“龜裂”現(xiàn)象是鋼絲網(wǎng)水泥薄殼渡槽帶共性的一種“疾患”。其主要原因是:水泥砂漿內(nèi)部有空隙和微裂紋的存在，在受力過程中，內(nèi)部缺陷處就會(huì)出現(xiàn)局部變性急增和應(yīng)力集中的現(xiàn)象，引起材料破壞，造成“龜裂”。特別是用絲網(wǎng)做骨架，采用人工抹灰漿的施工方法，由于砂漿的水灰比較大，層間結(jié)合不好，出現(xiàn)“龜裂”紋的現(xiàn)象尤為嚴(yán)重。槽身出現(xiàn)“龜裂”后，運(yùn)行中，水通過裂紋滲入槽身內(nèi)，水與絲網(wǎng)產(chǎn)生氧化而使絲網(wǎng)銹斷，造成槽身斷裂。

2 加固措施

針對U形斷面薄殼渡槽以上幾種破壞形式，下面根據(jù)在工程管理實(shí)踐中采取的加固措施，加以論述:

a.對于牛腿縱向產(chǎn)生斷裂破壞的情況，在槽身與牛腿梁之間采取墊鋼板、角鋼支撐的辦法，以減小摩擦系數(shù)。

b.對于槽身與端肋的連接處產(chǎn)生斷裂破壞的情況，采用在渡槽下側(cè)、兩個(gè)端梁之間焊接兩個(gè)鋼筋混凝土矩形梁，梁之間焊接2～4道小橫梁，小橫梁的頂面與中肋的鋼筋相焊接的方法，通過增加整體剛度來支撐渡槽。

c.對于渡槽端肋產(chǎn)生縱向裂縫破壞的情況，則采用6mm厚的鋼板，做成槽狀，套在端肋與牛腿相接處的底面。這樣一方面加固端肋，另一方面減小摩擦系數(shù)。

d.對于鋼筋混凝土薄殼渡槽槽身內(nèi)側(cè)產(chǎn)生漏筋破壞的情況，則采取如下辦法處理。首先，對露筋部位，往下鑿2～3cm，然后利用水泵的高壓水頭把處理部位沖刷干凈，刷一層素灰漿，上鋪體積比為1∶2∶3(其中:水泥1份、砂子2份、5mm碎石3份)，小碎石混凝土3～4cm，用振搗器振實(shí)，兩小時(shí)后用1:2水泥砂漿抹光，待養(yǎng)生28天后，用PVC防水油膏涂刷表面。

e.對于鋼絲網(wǎng)水泥渡槽的槽身產(chǎn)生龜裂破壞的情況，對鋼絲網(wǎng)水泥薄殼渡槽應(yīng)及早涂刷防水油膏防滲，以防止絲網(wǎng)銹斷而產(chǎn)生結(jié)構(gòu)破壞。在刷油膏之前，應(yīng)用鐵刷子刷掉表面塵跡，露出水泥砂漿新跡，沖刷干凈，干后涂刷防水油膏。

f.對于渡槽伸縮縫嚴(yán)重滲水破壞的情況，采用PVC防水油膏防滲，效果較好。其施工過程是:首先，將刷防水油膏的部位鑿出新跡，沖刷干凈，底用瀝青麻刀填筑，上留2～3cm涂防水油膏，效果很好。