瀝水溝渡槽邊墩斜井變形原因分析及處理措施

廖宏偉

（陜西省漢中市石門水庫管理局，陜西 漢中 723000）

1 概況

1.1 工程概況

石門水庫灌區瀝水溝渡槽震后改建工程屬2008年“5.12”汶川大地震后漢中市的重點震損工程之一，工程位于石門水庫灌區東干渠2.1 km的瀝水溝口入褒河匯流處，控制灌溉面積27萬畝，設計輸水流量30 m/s，渡槽進出、口連接段分別為1＃、2＃隧洞，渡槽主體為新建169.13 m的三跨拱式結構，渡槽為3級建筑物。渡槽支撐結構形式為排架、墩體、井柱。

由于拱端推力較大，故在渡槽進出口位置分別布置排架井柱和邊墩井柱，其中在右側邊墩共布置井柱4根（豎直井柱2根，斜井柱2根），豎直井柱單根長16.0 m、直徑2.7m，斜井柱（1#邊墩）單根長18m、直徑2.7m，均穿透傾倒巖體，端部置于弱風化巖體上（圖1）。

圖1 1#邊墩斜井柱位置圖圖

圖2 斜井柱斷面圖

渡槽進口右側邊墩斜井柱斷面為“馬蹄型”（圖2），其軸線與水平線夾角為50.73°，井柱開挖采用人工挖孔，開挖后采用 I16鋼拱架間距0.8 m進行橫向連接，采用掛φ6@200*200鋼筋網，噴射C20砼150厚進行噴錨支護。斜井柱采用C25鋼筋砼澆筑，縱向受力鋼筋為Ф28@114，箍筋為φ12@100螺旋箍筋。

1.2 地質情況

瀝水溝工程區右側分布的地層主要為前寒武系綠泥石絹云母千枚巖和第四系松散地層。工程區內物理現象，主要表現為基巖傾倒、滑坡、崩塌等。渡槽進口段右側傾倒體，長 235 m，寬 100 m，面積約 23000 m2，厚度 5～33 m，約 43.7萬 m3，呈 NEE向長方形分布，向 SE200～300（瀝水溝）傾倒。

渡槽進口上游右側自然邊坡坡角40°～60°，坡高65 m，屬高邊坡；邊坡表層大部分基巖裸露，部分有少量坡積壤土覆蓋。邊坡上緩下陡，發育有5～33 m厚的傾倒（變形體）巖體，裂隙發育，地下水埋藏較深，主要位于未變形弱風化綠泥石絹云母千枚巖中。邊坡為強～弱風化的千枚巖，屬極破碎的軟巖，巖體為Ⅴ級[1]。

圖3 井柱支撐斷面圖

2 施工及變形情況

瀝水溝渡槽邊墩斜井柱施工順序為：測量放線、井柱開挖、鋼拱架支撐、砼錨噴、鋼筋籠制作安裝、泵送砼澆筑。2012年7月11日前，渡槽右側斜井開挖支護完成，斜井井口周圍巖面進行了掛網噴錨，斜井鋼筋籠綁扎焊接均全部完成（圖3），即將進行吊運安裝工作。2012年7月11日上午，發現右側2個斜井柱井口周圍錨噴砼表面出現裂縫和隆起，斜井井口部位支撐的I16鋼拱架與噴錨鋼筋網片局部脫落，鋼拱架擠壓變形嚴重，斜井柱設計斷面縮小，特別是拱腳部位受擠壓后尺寸縮小較大，井柱局部尺寸減小（表1），已加工成型的鋼筋籠無法吊裝入內。

表1 瀝水溝渡槽右側邊墩斜井柱變形后實測斷面數據匯總表

3 變形原因分析

3.1 地質原因

瀝水溝右側邊坡為強～弱風化的千枚巖，裂隙發育，屬極破碎的軟巖，特別是右側邊坡的傾倒體已處于臨界狀態，在滑面飽水時，安全系數偏低，邊坡穩定系數K＝0.98～1.01，整體穩定性較差。斜井中下部為弱風化千枚巖，巖石表面光滑，用手可剝成碎片，遇水極易軟化，風化后成泥狀，巖性較弱，完整性極差，整體穩定性差。

3.2 天氣原因

瀝水溝渡槽所處漢江上游褒河支流，每年從5月1日進入汛期，降水偏多但降雨量不大，7月開始進入主汛期。空中云系影響，暴雨時有發生，降水偏多，降雨量偏大，經常造成局部洪澇災害。

2012年7月5日開始，褒河上游開始連陰雨天氣，降雨量不大但持續不斷。為保證斜井柱正常施工，在斜井井口和上部采取了臨時防雨措施，搭設鋼木結構的防護架并用彩條布對井口及周圍進行遮蓋。2012年7月10日夜間出現雷暴雨，降雨量較大。瀝水溝渡槽右側1＃隧洞出口與渡槽銜接段和1＃隧洞出口高程595.00m以上約2700m2的坡面雨水順勢而下，直接沖毀右側斜井井口設置的臨時防雨措施，大量雨水灌入斜井，水深約15m。斜井柱開挖斷面遭受連續暴雨沖刷，雨水在斜井底部巖面上沖出寬2.0m，平均深度0.15 m的沖溝，原斜井支撐的I16鋼拱架拱腳底部懸空。斜井柱內兩側巖體遇水軟化，產生變形，擠壓鋼拱架。

3.3 施工原因

（1）瀝水溝右側高程588.00 m以上為瀝水溝渡槽進口段的1＃隧洞，由于右側邊坡為強～弱風化的千枚巖，安全系數偏低，因此在渡槽右側排架和邊墩井柱開挖前，搶先完成了1＃隧洞出口高程595.00m以上邊坡的削坡和噴錨處理，并對1＃隧洞出口接渡槽主體段高程588.00m以上邊坡進行了開挖，以減輕下部井柱開挖的荷載，同時保證整個右側邊坡的穩定。因進入汛期工期緊迫，在完成高程588.00m以上邊坡施工時，未及時對邊坡周圍及邊坡馬道上設置的排水溝進行硬化，再加上受相鄰標段的施工進度影響，高程588.00 m以上右側施工區域排水溝未能有效聯通，雨季排水效果有限。

（2）瀝水溝渡槽右側斜井柱開挖時，采用固定在斜井柱井口卷揚機傾斜拽引鋼制小車的出渣方式，卷揚機通過鋼絲繩拖拽鋼制小車至井口，卸渣再轉運至渣場。出渣時因未考慮到鋼制小車對井柱內斜坡表面巖石的擾動和破壞，沒有采取必要的防護措施，開挖后的石渣裝車后，直接沿18m深的斜坡面被強拽到井口。鋼制小車往返碾壓導致斜井柱底部的千枚巖受壓破碎成顆粒，局部成細粉末狀，該部分巖石顆粒和巖粉被雨水直接沖刷至井底。

3.4 設計因素

瀝水溝渡槽基礎井柱對基礎要求高，設計單位考慮到地質條件的特殊性和斜井開挖的施工難度，對斜井開挖提出了具體的施工要求和安全支護設計方案，意在保證斜井柱的安全施工和正常施工。該設計方案要求對開挖后的“馬蹄型”斷面采用I16鋼拱架和掛網噴錨支護，鋼拱架加工后的形狀也為“馬蹄型”，但未涉及到I16鋼拱架拱腳處（“馬蹄型”底部）的水平連接和加強處理，起主要支撐作用的I16鋼拱架沒有形成整體結構，受擠壓后易變形，承載力下降。

4 處理方案

為最大限度減小雨水對斜井柱內巖石的浸泡和軟化，險情發生后馬上開啟多臺潛水泵抽水，將積水全部抽排完畢后，在確認不危及人身安全的情況下，派員進入斜井柱內實地測量變形情況，同時采取相應的處理方案。

4.1 采取臨時處理措施

（1）及時修復斜井井口被沖毀的保護架和防雨設施，同時修復和疏通被沖毀和淤積的上游排水溝道，并在斜井柱正上方高程588.00m開挖邊坡戧臺增設截水溝，修筑截水墻，防止雨水再次進入斜井柱施工區域。

（2）采用C25砼澆筑斜井井口上部排架基礎高程574.43平臺，澆筑長度13.00m，澆筑寬度2.924m，厚度0.2 m，同時在高程574.43m平臺外側設置斷面尺寸為0.20 m×0.20m的擋水砼墻，通過上述措施阻止上游坡面雨水進入斜井。

4.2 增設斜井拱架底部支撐

根據斜井柱鋼拱架拱腳部位變形的情況，首先對變形較大的鋼拱架進行校正，使拱腳間的凈尺寸盡可能恢復到原設計尺寸，滿足鋼筋籠能順利吊運進斜井。其次，對斜井中的鋼拱架進行焊接和補強加固，特別對鋼拱架變形較大的拱腳部位采用增設支撐和加固拱腳的方法進行處理。在斜井柱底部中心處通長設置20#b槽鋼1根，槽鋼長度同斜井柱軸線長；采用20#b槽鋼2根將拱腳兩端和斜井柱底部通長設置的20#b槽鋼焊接成三角形整體結構；在2根20#b槽鋼中間增設8#槽鋼1根，作為鋼拱架拱腳部位的水平支撐，各型槽鋼均焊接成整體（圖4）。通過增加支撐和焊接加固措施來增加斜井中原有鋼拱架的強度和整體剛度，防止斜井繼續發生變形。

4.3 對原井柱鋼筋籠進行變更處理

按開挖和變形后的現狀情況，斜井柱底部高度按原設計直徑難于滿足2.0m，故要求將斜井基礎底部繼續向下挖深，直至邊墩井柱端部均置于弱風化基巖上，以滿足承載力要求，保證渡槽穩定；井柱中間段局部尺寸按變形后斷面縮小，但必須保證井柱頂部和底部直徑為原設計尺寸，井柱頂部原設計直徑的高度不小于1.0 m，井柱底部直徑的高度不小于2.0 m；井柱配筋保持原設計根數不變，間距適當減小均勻布置；井柱頂部和底部分別配2層鋼筋，內層鋼筋直徑及根數同原設計配筋，外層增配88Φ22@91加強筋（圖5）。

圖4 斜井柱支撐加固示意圖

圖5 斜井柱鋼筋籠變更圖

4.4 進口開挖兩側掛網噴錨

為保證渡槽進口邊坡安全，對進口開挖兩側裸露邊坡，進行掛網噴錨支護，采用Φ22錨桿，長3.0 m，2m×2 m梅花型布置，掛鋼筋網Φ6@200×200 mm，噴射C20砼厚100 mm，避免邊坡遭受雨水沖刷而引起滑塌。

5 結語

通過以上綜合措施，及時解決瀝水溝渡槽右側邊墩斜井柱變形引起的相關問題，同時采取趕工措施加快了后續工序的施工，用最短的時間完成斜井柱鋼筋籠的重新綁扎和焊接，在完成鋼拱架支撐加固后及時進行鋼筋籠的吊裝和斜井柱砼的澆筑，為后期瀝水溝渡槽的施工安全和正常進度起到重要作用。

[1]陜西省水利電力勘測設計研究院.漢中市石門水庫灌區瀝水溝渡槽震后改建工程修改初步設計[R]，2009.