引江濟淮工程廬南渡槽充水試驗及成果分析

顏其林，裴祖興，袁飛飛，王 成

(安徽省引江濟淮集團有限公司，安徽 合肥 230000)

0 引言

引江濟淮工程(安徽段)自南向北分為引江濟巢、江淮溝通、江水北送3大段。引江濟巢菜巢分水嶺段(72+240～75+240)為菜子湖線合肥市段(54+000～109+621)中的一段新開輸水河道，位于合肥市廬江縣縣城西南約6km處。該段主要工程包括新開輸水河道及跨越新開輸水河道的舒廬干渠、廬南分干渠渡槽。其中舒廬干渠渡槽為有壓箱涵，廬南分干渠渡槽為無壓明流箱涵[1]。廬南渡槽工程效果如圖1所示。

圖1 廬南渡槽效果圖

廬南渡槽跨河段從進(jìn)口至出口依次28m長進(jìn)口漸變段、35m長進(jìn)口小跨度槽段、250m長槽身段、35m長出口小跨度槽段、35m長出口漸變段組成，總長383m。槽身段上部渡槽為單箱結(jié)構(gòu)水槽，寬4.8m，高3.05m，槽身過水?dāng)嗝鎯魧挒?m，側(cè)墻厚40cm，底板厚30cm，采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，槽身沿軸線方向12.5m分縫，縫內(nèi)設(shè)止水。槽體支撐結(jié)構(gòu)為(65+120+65)m變截面預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁結(jié)構(gòu)，橋?qū)?.8m，主梁高按1.8次拋物線變化。

1 充水試驗基本要求

1.1 工程形象

渡槽所有上、下部結(jié)構(gòu)混凝土施工完成，混凝土強度100%達(dá)到設(shè)計要求；支撐結(jié)構(gòu)支座安裝就位正確，支座型號滿足設(shè)計要求；止水按設(shè)計要求安裝完成，并具備相應(yīng)的功能[2-3]；渡槽上、下部結(jié)構(gòu)混凝土缺陷相關(guān)技術(shù)要求進(jìn)行了處理；進(jìn)、出口擋水圍堰、防滲漏措施施工完成。

1.2 技術(shù)要求

充水前，需在渡槽上下游設(shè)置堵頭擋水，圍堰頂高程應(yīng)高于最高充水位0.5m，頂寬宜為5m，兩側(cè)坡比宜為1∶3，圍堰應(yīng)采用粘性土填筑，填土需要碾壓夯實。充水試驗宜分為3階段進(jìn)行：

第1階段：按渡槽設(shè)計水深進(jìn)行充水，廬南分干渠渡槽設(shè)計水深為1.99m，分別觀察、檢測各類數(shù)據(jù)3天。

第2階段：按渡槽加大水深進(jìn)行充水，廬南分干渠渡槽加大水深為2.29m，再次分別觀察、檢測各類數(shù)據(jù)4天。

第3階段：按渡槽加大水深進(jìn)行充水，廬南分干渠渡槽加大水深為2.4m，再次分別觀察、檢測各類數(shù)據(jù)4天。

2 試驗檢測監(jiān)控斷面和測點設(shè)置

2.1 控制斷面

對廬南干渠渡槽充水試驗全過程進(jìn)行仿真分析，整體橋梁采用梁單元進(jìn)行模擬，全橋上部結(jié)構(gòu)共計208個節(jié)點，198個單元，確定的廬南渡槽支撐結(jié)構(gòu)的主要內(nèi)力控制斷面9個[4-6]，如圖2所示。

圖2 廬南渡槽支撐結(jié)構(gòu)控制斷面

2.2 彎曲應(yīng)力

根據(jù)規(guī)范及經(jīng)驗[7]，在保證觀測質(zhì)量的前提下布設(shè)的測點不宜過多，測點的布設(shè)應(yīng)能反映結(jié)構(gòu)的最大應(yīng)力(應(yīng)變)和測點沿梁高分布的規(guī)律。根據(jù)該預(yù)應(yīng)力箱梁特點，在底板與腹板對應(yīng)位置布設(shè)應(yīng)變測點[8]，如圖3所示。溫度補償點采用與試驗聯(lián)強度等級相同的立方體試件進(jìn)行。

圖3 廬南渡槽支撐結(jié)構(gòu)控制斷面應(yīng)變布置圖

2.3 位移測量

根據(jù)現(xiàn)場具體條件和情況選擇使用精密水準(zhǔn)儀進(jìn)行各測點的位移測量。為測得在試驗荷載作用下，該橋各個加載工況位移控制測點的位移隨加載分級變化過程，在各工況控制斷面處設(shè)置位移控制測點，橫向均布設(shè)3個位移測點，如圖4所示。

圖4 廬南渡槽槽體位移觀測點布置圖

2.4 溫度測點布置

溫度測點布置同應(yīng)變測點，與應(yīng)變同步測量。

2.5 分縫開合度測點布置

分縫開合度測量采用NVJ型振弦式測縫計對槽身21處分縫進(jìn)行觀測，共布設(shè)21個測縫計，每次測試記錄觀測時間、寬度的變化量，如圖5所示。同時，對分縫處是否滲水進(jìn)行觀察。

圖5 分縫開合度測點布置示意圖(單位：mm)

2.6 槽身及槽體支撐結(jié)構(gòu)裂縫及滲漏水觀測

裂縫滲漏水以人工目測觀察結(jié)合儀器測量、判定。

3 試驗檢測分析和評定

3.1 支撐結(jié)構(gòu)擾度

通過對各級加載及排水工況數(shù)據(jù)測量，支撐結(jié)構(gòu)各級加載實測數(shù)據(jù)與理論數(shù)據(jù)變化趨勢一致。其中兩邊跨從跨中至墩頂位置各級變形趨勢向上，且位移值較小。本文僅以三級加載(水位2.4m)工況下(下文同)，對中跨進(jìn)行支撐結(jié)構(gòu)加載撓度值及數(shù)據(jù)分析評定。根據(jù)支撐結(jié)構(gòu)中跨測點加載撓度值及數(shù)據(jù)，見表1。支撐結(jié)構(gòu)中跨各測點校驗系數(shù)曲線圖，支撐結(jié)構(gòu)中跨各測點相對殘余變形曲線圖如圖6—7所示。

表1 支撐結(jié)構(gòu)第二跨測點三級加載撓度值及數(shù)據(jù)評定表

圖6 支撐結(jié)構(gòu)中跨各測點校驗系數(shù)曲線

圖7 支撐結(jié)構(gòu)中跨各測點相對殘余變形曲線

(1)加載實測數(shù)據(jù)與理論數(shù)據(jù)變化趨勢一致，支撐結(jié)構(gòu)實測均小于理論值。

(2)支撐結(jié)構(gòu)位移校驗系數(shù)介于0.66～0.81之間，相對殘余變形在20%以下，未超計算值，表明試驗跨段結(jié)構(gòu)剛度滿足要求且具有較好的彈性工作性能，滿足規(guī)范中要求。

3.2 槽體豎向位移

根據(jù)槽體中跨左側(cè)測點各級加載位移值及數(shù)據(jù)，見表2，槽體中跨左側(cè)各測點校驗系數(shù)曲線圖和槽體中跨左側(cè)測點相對殘余變形曲線圖如圖8—9所示。

表2 槽體左側(cè)測點三級加載及排水工況數(shù)據(jù)

圖8 槽體中跨左側(cè)測點校驗系數(shù)曲線

圖9 槽體中跨左側(cè)測點相對殘余變形曲線

(1)加載實測數(shù)據(jù)與理論數(shù)據(jù)變化趨勢一致。槽體邊跨受力狀態(tài)與理論略有差異，實測值與理論值均較小，且受力趨勢與變形趨勢一致。

(2)槽體位移校驗系數(shù)介于0.60～0.88之間(右側(cè)槽體位移校驗系數(shù)介于0.61～0.90之間)，相對殘余變形在20%以下，未超過計算值，表明試驗跨段結(jié)構(gòu)剛度滿足要求且具有較好的彈性工作性能，滿足規(guī)范中要求。

3.3 槽體及連接段水平位移

通過對各級加載及排水工況數(shù)據(jù)，結(jié)合槽體及連接段各級工況下測點水平位移實測值圖如圖10—11所示，槽體與連接段在各級加載工況下水平位移量較小，最大水平相對位移為2.34mm。

圖10 槽體及連接段各級工況下左側(cè)測點水平位移實測值對比圖

圖11 槽體及連接段各級工況下右側(cè)測點水平位移實測值圖

3.4 支撐結(jié)構(gòu)應(yīng)變

通過3級加載及排水工況數(shù)據(jù)，結(jié)合支撐結(jié)構(gòu)計算值與實測圖對比圖、支撐結(jié)構(gòu)中跨各測點校驗系數(shù)曲線圖和支撐結(jié)構(gòu)中跨各測點相對殘余曲線圖如圖12—14所示。

圖13 中跨各測點校驗系數(shù)曲線

圖14 中跨各測點相對殘余曲線

(1)加載實測數(shù)據(jù)與理論數(shù)據(jù)變化趨勢一致。支撐結(jié)構(gòu)實測均小于理論值。

(2)支撐結(jié)構(gòu)應(yīng)變校驗系數(shù)介于0.61～0.91之間；相對殘余應(yīng)變小于20.00%，未超過計算值，表明試驗跨段結(jié)構(gòu)剛度滿足要求且具有較好的彈性工作性能，滿足規(guī)范中要求。

3.5 槽體應(yīng)變

通過三級加載及排水工況數(shù)據(jù)，結(jié)合槽體計算值與實測圖對比圖、槽體中跨各測點校驗系數(shù)曲線圖和槽體中跨各測點相對殘余曲線圖如圖15—17所示。

圖15 H截面應(yīng)變計算值與實測值對比圖

圖16 中跨各測點校驗系數(shù)曲線

圖17 中跨各測點相對殘余曲線

(1)加載實測數(shù)據(jù)與理論數(shù)據(jù)變化趨勢一致。支撐結(jié)構(gòu)實測均小于理論值。

(2)槽體應(yīng)變校驗系數(shù)介于0.61～0.85之間，相對殘余應(yīng)變小于20.00%，說明結(jié)構(gòu)處于彈性工作狀態(tài)未超過計算值，表明試驗跨段結(jié)構(gòu)剛度滿足要求且具有較好的彈性工作性能，滿足規(guī)范中的要求。

3.6 分縫開合度評價

根據(jù)現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)，分縫開合度變化值，兩邊跨從跨中至墩頂位置槽身分縫有拉開趨勢，且變化幅度很小，中跨有收縮趨勢如圖18所示，最大收縮量2.68mm，見表3，與槽身變形理論計算相一致；上、下游落地槽身接縫，隨著水位升高有收縮趨勢，最大收縮分別為4.87mm、2.87mm；在2.40m卸荷以后，開合度具有明顯收斂趨勢。

表3 中跨分縫開合度變化值匯總表

圖18 中跨槽身開合度時程曲線圖

3.7 滲漏觀測

(1)充水實驗前，渡槽主體工程已全部完工，分縫、槽身防水涂層均已施工完成，經(jīng)現(xiàn)場檢查，渡槽及支撐結(jié)構(gòu)未發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)性裂縫。

(2)充水試驗期間，現(xiàn)場巡查共發(fā)現(xiàn)渡槽滲水共4處，包括落地槽處有1處滲水。

4 結(jié)論

(1)本次充、排水工況下各類監(jiān)測數(shù)值顯示廬南渡槽支撐結(jié)構(gòu)和槽體變形及應(yīng)變數(shù)據(jù)滿足規(guī)范要求；分縫開合度變化幅度小且收斂。

(2)充水試驗后，對渡槽滲水處進(jìn)行了化學(xué)灌漿等堵漏處理[9-10]，再次觀測無滲漏現(xiàn)象。

(3)結(jié)合本次充水試驗，基本可以判定渡槽支撐結(jié)構(gòu)及槽體整體安全穩(wěn)定，支座滑動功能正常，伸縮縫伸縮功能正常；渡槽強度、剛度、承載能力滿足設(shè)計要求。