水庫(kù)壩下涵管加固設(shè)計(jì)方案分析

電白縣水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)室""廣東茂名""525000

摘要：水庫(kù)壩下的涵管施工質(zhì)量是水庫(kù)性能和安全的保證，采取合適的方案能有效治理涵管的質(zhì)量問(wèn)題。本文結(jié)合某水庫(kù)壩下涵管存在的幾個(gè)嚴(yán)重病險(xiǎn)問(wèn)題，綜合涵管的實(shí)際情況和混凝土的安全性分析等計(jì)算結(jié)果，細(xì)致地檢驗(yàn)了涵管的安全性，并依此提出了取消初設(shè)涵管內(nèi)襯鋼管的方案，對(duì)涵管進(jìn)行加固的處理和改造，經(jīng)改造后經(jīng)過(guò)多次大流量泄水考驗(yàn)，涵管運(yùn)行狀況良好。

關(guān)鍵詞：壩下涵管;修補(bǔ)處理;環(huán)氧砂漿;丙乳砂漿;充填灌漿

0"引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷增長(zhǎng)，生活和生產(chǎn)對(duì)能源的需求也在不斷提高，水庫(kù)大壩的建設(shè)施工項(xiàng)目因此越來(lái)越多。但是由于施工質(zhì)量不高、材料不符合要求和使用時(shí)間過(guò)久等原因，水庫(kù)壩下的涵管質(zhì)量得不到保證，直接影響了水庫(kù)的運(yùn)行和安全，如何對(duì)涵管進(jìn)行加固處理來(lái)確保水庫(kù)能正常運(yùn)行是工作人員需要解決的問(wèn)題。下面就此進(jìn)行討論分析。

1"工程概況

某水庫(kù)是一座以灌溉為主，防洪、發(fā)電、養(yǎng)殖等為輔綜合利用的中型水庫(kù)。工程樞紐主要組成部分主壩、主壩輸水涵管、副壩、副壩輸水涵管、溢洪道和電站。主副壩均為黏土心墻壩，主壩長(zhǎng)526.5m，最大壩高23.3m，壩頂高程55.5m。主壩涵管為放空、灌溉和發(fā)電輸水涵管，位于主壩左端壩體內(nèi)，是圓形鋼筋混凝土管，管徑1.5m，總長(zhǎng)87.75m，壁厚0.4m涵管底座為混凝土剛性底座（其包角為180°），坐落在砂質(zhì)板巖上;沿管長(zhǎng)設(shè)有5道伸縮縫，用紫銅片塞瀝青麻絲止水，分段長(zhǎng)度依次為5.0～18.0m。涵管經(jīng)過(guò)一次改造，即在管外壁包了1層厚0.15m的鋼筋混凝土，管壁厚度增加至0.55m。

2"初設(shè)階段涵管安全鑒定及加固方案

主壩輸水涵管基礎(chǔ)坐落在風(fēng)化砂質(zhì)板巖之上，涵管周圍為壩體填土。已建大壩填土成分復(fù)雜，壩體上部及上、下部邊坡均由風(fēng)化板巖、砂礫卵石等料填筑;壩體內(nèi)部黏土心墻和沖抓防滲墻主要由粉質(zhì)黏土、含礫粉質(zhì)黏土夾黏土、含礫粉質(zhì)壤土組成，局部為灰黑色淤泥質(zhì)黏土，黏土心墻和沖抓防滲墻填土中多含小礫，且為壩附近階地沖積土，防滲性尚好，但由于局部填筑質(zhì)量較差，存在滲漏隱患。

根據(jù)水庫(kù)大壩的安全鑒定結(jié)論，主壩輸水涵管存在的主要問(wèn)題：涵管內(nèi)壁表面有多處蜂窩、麻面及露筋現(xiàn)象，局部存在裂縫;伸縮縫破壞嚴(yán)重;涵管進(jìn)口閘門止水損壞嚴(yán)重。經(jīng)復(fù)核計(jì)算，涵管結(jié)構(gòu)不滿足抗裂要求，故初步設(shè)計(jì)階段經(jīng)比選，推薦采用以下方案對(duì)涵管進(jìn)行加固處理：將涵管內(nèi)壁表面的蜂窩、麻面、露筋現(xiàn)象和已損壞的伸縮縫進(jìn)行修復(fù)處理，并內(nèi)襯鋼管。鋼管內(nèi)徑1.4m，厚度10mm;鋼管與混凝土管之間空隙回填砂漿，為確保鋼管與混凝土管緊密結(jié)合，對(duì)鋼管與混凝土管之間進(jìn)行接觸灌漿。對(duì)涵管周圍大壩土體（空隙）進(jìn)行充填灌漿，以防止混凝土涵管漏（滲）水和沿管外壁發(fā)生集中滲流而影響壩體安全。

3"施工階段涵管加固計(jì)算分析

為進(jìn)一步查清涵管存在的問(wèn)題，為采取合理可行的加固處理方案提供可靠依據(jù)，對(duì)涵管進(jìn)行了現(xiàn)狀情況調(diào)查、混凝土強(qiáng)度檢測(cè)試驗(yàn)、結(jié)構(gòu)安全性分析等項(xiàng)的計(jì)算分析。

3.1"涵管現(xiàn)狀調(diào)查

為滿足施工需要，水庫(kù)開(kāi)始放空，為對(duì)涵管進(jìn)行認(rèn)真、仔細(xì)的現(xiàn)狀調(diào)查創(chuàng)造有利條件，參建各方一道先后兩次對(duì)涵管進(jìn)行現(xiàn)狀調(diào)查。在第一次調(diào)查后，對(duì)涵管表面污物進(jìn)行清洗，并對(duì)涵管進(jìn)行第二次仔細(xì)檢查。經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)：涵管管身混凝土基本完好;進(jìn)口閘有閘門銹蝕、止水老化且漏水嚴(yán)重;涵管混凝土表面頂部多處分布有蜂窩麻面，少數(shù)幾處有剝落露筋且鋼筋銹蝕的現(xiàn)象;伸縮縫破壞嚴(yán)重，多處填縫材料已被掏空;未發(fā)現(xiàn)涵管裂縫及管身滲水現(xiàn)象。通過(guò)對(duì)涵管內(nèi)表面的鑿槽檢查，發(fā)現(xiàn)涵管內(nèi)表面有厚3mm左右的褐色疏松層，表面約1mm厚層可輕易刮除，內(nèi)側(cè)約2mm厚需用鑿子才能鑿除。松散層以內(nèi)混凝土較堅(jiān)硬，用鐵錘敲打發(fā)出清脆的響聲。

經(jīng)初步分析認(rèn)為：

①涵管混凝土表面蜂窩麻面、剝落露筋現(xiàn)象基本分布于涵管頂部，涵管頂拱施工難度大，混凝土振搗不充分，施工質(zhì)量較差，是造成涵管混凝土表面損壞的主要原因。

②只有頂部少數(shù)幾處有混凝土剝落，露筋銹蝕的現(xiàn)象，露筋范圍小且鋼筋未遭受嚴(yán)重銹蝕損壞。

③涵管已運(yùn)行40多年，其內(nèi)表面的疏松層產(chǎn)生主要原因：其一，表面可能有一部分為水流所帶來(lái)的附著物;其二，由于工程環(huán)境水對(duì)混凝土具中等溶出型腐蝕，是水流對(duì)混凝土的侵蝕作用所致;其三，在干濕交替循環(huán)作用下，混凝土發(fā)生碳化所致。

3.2"涵管混凝土強(qiáng)度檢測(cè)試驗(yàn)

為對(duì)涵管混凝土質(zhì)量做進(jìn)一步的分析判斷，對(duì)涵管管身混凝土進(jìn)行鉆取芯樣，進(jìn)行了強(qiáng)度檢測(cè)。根據(jù)9組試樣檢測(cè)試驗(yàn)結(jié)果，混凝土抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為：最小值24.1MPa，最大值55.8MPa，最小平均值25.4MPa，最大平均值50.2MPa。

根據(jù)原設(shè)計(jì)資料，輸水涵管混凝土標(biāo)號(hào)采用150號(hào)，根據(jù)SL/T191-2008《水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》，標(biāo)號(hào)為150號(hào)的混凝土相當(dāng)于強(qiáng)度等級(jí)為C14的混凝土。涵管混凝土實(shí)際抗壓強(qiáng)度高于原設(shè)計(jì)值。從鉆取的芯樣外觀看，涵管混凝土完好新鮮。

3.3"涵管結(jié)構(gòu)安全性分析

（1）計(jì)算條件

根據(jù)涵管混凝土實(shí)際檢測(cè)結(jié)果，混凝土抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值采用最小平均值25.4MPa，根據(jù)規(guī)范，涵管混凝土強(qiáng)度等級(jí)采用C25。根據(jù)涵管布置情況，取出口處壩體填土較低的Ⅰ-Ⅰ斷面及壩軸線附近下游處壩體填土較高的Ⅱ-Ⅱ斷面進(jìn)行結(jié)構(gòu)安全復(fù)核計(jì)算。考慮以下7種不同水位工況，并按有關(guān)規(guī)范與其他荷載進(jìn)行組合，荷載組合如下：

①運(yùn)行期：涵管自重+填土重+填土壓力+內(nèi)（外）水壓力（含水錘壓力）;

②檢修期：涵管自重+填土重+填土壓力+外水壓力。

（2）計(jì)算結(jié)果及分析

經(jīng)計(jì)算，最不利荷載組合工況為校核洪水位+水錘壓力工況，計(jì)算結(jié)果如表1、表2所列。

表1"涵管配筋計(jì)算結(jié)果

表2"涵管抗裂驗(yàn)算結(jié)果

計(jì)算結(jié)果表明，在最不利荷載組合情況下，涵管配筋均滿足強(qiáng)度要求;在Ⅱ-Ⅱ斷面處，當(dāng)涵管管壁厚度按0.4m考慮時(shí)，不滿足抗裂要求;其余條件下均滿足抗裂要求。由于改建后的涵管管壁厚度已達(dá)0.55m，故認(rèn)為整個(gè)涵管均滿足抗裂要求。

（3）與初步設(shè)計(jì)結(jié)果不同的原因分析

初步設(shè)計(jì)階段結(jié)構(gòu)計(jì)算依據(jù)的是SDJ20-78《水工鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》，涵管混凝土標(biāo)號(hào)采用原設(shè)計(jì)的150號(hào)，其混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C14。本階段結(jié)構(gòu)計(jì)算依據(jù)的是SL/T191-2008《水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》，根據(jù)實(shí)際檢測(cè)結(jié)果，涵管混凝土強(qiáng)度等級(jí)采用C25。因此，上述結(jié)果與初步設(shè)計(jì)結(jié)果不同的主要原因?yàn)椋河捎谟?jì)算所依據(jù)的規(guī)范不同，且涵管混凝土強(qiáng)度等級(jí)采用值也不同，故造成兩個(gè)階段結(jié)構(gòu)計(jì)算結(jié)果的差異。

3.4"計(jì)算分析結(jié)論

根據(jù)上述各項(xiàng)計(jì)算分析結(jié)果，得出以下結(jié)論：

①水庫(kù)主壩輸水涵管雖經(jīng)四十多年的運(yùn)行，但沒(méi)有出現(xiàn)大的結(jié)構(gòu)性安全問(wèn)題。涵管結(jié)構(gòu)強(qiáng)度及抗裂安全滿足規(guī)范要求，未發(fā)現(xiàn)涵管裂縫及管身滲水現(xiàn)象，涵管處理應(yīng)以修補(bǔ)加固為主。

②涵管漏水嚴(yán)重是由于進(jìn)口閘有閘門銹蝕、止水老化所致，可通過(guò)更

換閘門及其止水設(shè)施解決。

4"施工階段涵管加固處理方案

根據(jù)涵管現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)的病危問(wèn)題及結(jié)構(gòu)安全復(fù)核結(jié)果，考慮到主壩輸水涵管有3處轉(zhuǎn)彎，涵管斷面不規(guī)則、內(nèi)徑小，且有一處岔管，內(nèi)襯鋼管施工難度較大，施工質(zhì)量難保證，故施工階段擬變更初步方案，即取消輸水涵管內(nèi)襯鋼管，僅對(duì)涵管管身采取補(bǔ)強(qiáng)加固措施。

4.1"涵管管身補(bǔ)強(qiáng)加固處理

考慮到涵管內(nèi)壁混凝土表面蜂窩麻面、局部混凝土剝落露筋、鋼筋銹蝕等缺陷，由此而造成涵管結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的削弱，對(duì)涵管管身內(nèi)壁砼表層進(jìn)行局部修補(bǔ)處理。對(duì)涵管表層有蜂窩麻面、空洞、已松動(dòng)及碳化等損壞的砼進(jìn)行清除，再對(duì)清除部位砼表面采用環(huán)氧砂漿進(jìn)行填補(bǔ)，其加固方案如圖1所示。

圖1"管身補(bǔ)強(qiáng)加固方案

4.2"涵管伸縮縫及止水修補(bǔ)處理

清除伸縮縫內(nèi)止水片至迎水面之間殘留的已損壞嵌縫材料，用瀝青麻繩及瀝青砂漿嵌縫;當(dāng)止水片已拉裂時(shí)，在管壁鑿槽加鑲止水片（圖2）。

圖2"伸縮縫及止水修補(bǔ)處理方案

4.3"管身內(nèi)壁丙乳砂漿涂抹處理

為了減緩涵管砼老化、腐蝕、碳化并起抗沖耐磨的作用，以提高涵管結(jié)構(gòu)的安全性及使用壽命，對(duì)涵管管身內(nèi)壁進(jìn)行全表面涂抹處理。根據(jù)國(guó)內(nèi)目前類似工程成功經(jīng)驗(yàn)，涂抹材料采用丙乳砂漿。對(duì)丙乳砂漿的設(shè)計(jì)要求為：丙乳砂漿防護(hù)層厚度為2.0cm，抗壓強(qiáng)度不小于30MPa，抗折強(qiáng)度不小于10MPa，抗?jié)B等級(jí)不小于W10。

4.4"充填灌漿

對(duì)涵管周圍大壩土體（空隙）進(jìn)行充填灌漿，灌漿長(zhǎng)度約770.0m，以防止砼涵管漏（滲）水和沿管外壁發(fā)生集中滲流而影響壩體安全。

5"結(jié)語(yǔ)

總的來(lái)說(shuō)，該水庫(kù)的涵管原本已有一定的抗腐蝕和抗碳化的能力，加固處理可以加強(qiáng)管身的強(qiáng)度。施工制定的施工方案不但可以保證施工安全，還可以簡(jiǎn)化施工流程和減少成本。涵管的加固處理完成后，水庫(kù)經(jīng)過(guò)了多次的泄水考驗(yàn)，運(yùn)行工作正常，該加固工程達(dá)到了目標(biāo)效果。

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