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有本渡槽除险加固工程槽身设计方案对比
2023-05-07 12:35:09 ℃陈海牛
(张掖市甘州区大满水利电力管理处,甘肃 张掖 734000)
跨越山丹河主河道的输水建筑物有本渡槽,距山丹河出口2 km,张掖市城北10 km。负担靖安乡的灌溉任务,控制的有效灌溉面积为0.09 万hm2,属黑河盈科灌区,乌江水管所管理。有本渡槽建成于1983 年,渡槽主跨共7 跨,每跨10 m,为简支梁式渡槽。渡槽槽身总长为86 m,主跨长70 m,进出口连接段槽身各8 m,其中渡槽进出口渐变段均为5 m长混凝土结构,两端分别有一个混凝土重力式边墩。主跨段支撑为单排架结构,共有6排,排架基础为桩基混凝土承台,承台为钢筋混凝土结构,渡槽槽身为简支梁式,7 跨,每跨10 m,纵坡1/500,可通过流量1.50 m3/s,槽壳为U 形薄壳槽身,为C20 钢筋混凝土结构,顶部设有混凝土拉杆。
有本渡槽工程经主要结构安全检测和复核计算,复核结论如下,①渡槽身两端接缝处因冻融风化等作用下,混凝土碳化,混凝土剥蚀开裂,钢筋外露,已无法加固安装止水,漏水严重,基本无法使用。②6幅排架墩帽因冻融风化等作用下,不同程度混凝土碳化,混凝土剥蚀开裂,钢筋外露,特别是5号和6号排架墩帽冻融风化、混凝土碳化剥蚀脱落,钢筋外露,结构破坏相对严重。③1号至6号排架柱均有缝宽1 cm竖向裂缝,裂缝随着逐年冻融有扩大趋势,环向箍筋断裂,严重威胁渡槽的安全。④下部排架承台结构完好,未发现沉降等现象,功能完好。⑤渡槽上下游渐变段及部分有本干渠渠底裂缝漏水,渠道止水脱落,漏水严重,渠道下渗水冻融等侵蚀作用严重威胁渡槽槽身及边墩的安全。⑥两边墩浆砌石护坡脱浆开裂,砌石松动脱落,基本失去防护作用。⑦渡槽槽身拉杆局部混凝土碳化剥蚀,钢筋外露,基本失去作用,槽顶的人行便桥盖板破损缺失。⑧渡槽下漫水桥砌石坍塌,路面破损,且漫水桥四季有径流,行人难以通过,路面失去作用。
根据安全复核结论及主要存在的问题,需对渡槽进行加固处理。除险加固措施为:①拆除渡槽槽身,更换渡槽槽身。②对排架进行拆除重建。③对渡槽两边墩浆砌石护坡拆除重新砌筑。④对渡槽上游长100 m,下游长60 m的有本干渠的混凝土渠及垫层拆除,重新衬砌加固。⑤对渡槽下漫水桥进行加固。
根据工程现状及工作内容,渡槽槽身存在的主要问题是渡槽止水年久失修,渡槽无止水,漏水严重。渡槽身两端接缝处因冻融风化等作用下,混凝土碳化,混凝土剥蚀开裂,钢筋外露,强度不满足承载力要求,已无法加固安装止水,漏水严重,基本无法使用;
渡槽槽身拉杆局部混凝土碳化剥蚀,钢筋外露,基本失去作用,槽顶的人行便桥盖板破损缺失,槽身基本报废。现主要对槽身加固方案进行对比:
方案一:拆除原槽身,按原槽身断面重新浇筑C30 钢筋混凝土薄壳槽身。渡槽槽身为简支梁式,槽壳为U 形薄壳槽身,设计纵坡为1/500,槽净高1.30 m,底弧半径0.80 m,直墙段高0.50 m。渡槽身总长为86 m,其中主跨为7 跨,单节槽身长10.00 m,两端各8 m 长的连接段槽身。槽身断面采用原设计断面,槽壳为U 形薄壳槽身,槽净高1.30 m,底弧半径0.80 m,直墙段高0.50 m,槽壳厚10 cm,口宽1.60 m,槽身整体用现浇C30 钢筋混凝土结构,抗渗标号W8、抗冻标号F200,采用抗硫酸盐水泥。顶部设有混凝土拉杆(截面为10 cm×10 cm),间距2 m,拉杆间盖有厚6 cm的钢筋混凝土板,作为人行便桥,两侧顶部设有1.20 m高的钢管护栏,见图1。
图1 方案一排架及槽身图
方案二:拆除原槽身,采用焊接无压钢管槽身。渡槽槽身设计纵坡为1/500,槽身总长为86 m,为Φ1200钢管,壁厚12 mm,其中主跨为7 跨,每跨10 m,两端各8 m 长的连接段槽身。输水设计流量为2.00 m3/s。在上游端的边墩外连接段上设1 套Φ1200 伸缩节,钢材选用Q235B 级钢。管道顶部焊接工作便桥,其桥宽1.20 m,桥踏板为厚10 mm宽1.20 m钢板,两侧每隔1 m设一角钢∠40×4 mm焊接在钢管上,中部支撑管顶,顶部两侧设有钢管护栏,护栏高1.20 m,见图2。
图2 方案二排架及槽身图
渡槽水力计算:渡槽槽身为简支梁式,槽身为Φ1200钢管,壁厚12 mm,设计纵坡为1/500。
根据《灌溉与排水渠系建筑物设计规范》,该渡槽长度86 m,上游渠道水深为1 m,渡槽长度与上游渠道水深之比大于15倍,应按明渠均匀流公式计算。
式中:Q-渡槽过水流量,m3/s;
n-糙率系数,取0.011;
A-槽身过水断面面积,m2;
R-水力半径,m;
i-槽身比降,1/500。
通过计算,渡槽过水流量为2 00 m3/s,大于有本干渠的现有流量1.50 m3/s,这充分考虑了灌区现状输水量的要求,与灌区今后的发展,输水流量的增加,水力计算按无压管计算,管内净空面积按15%考虑,所以当管径为Φ1 200时,渡槽过水流量完全满足要求,见表1。
表1 渡槽过水流量复核成果表
渡槽槽身结构设计。渡槽槽身设计纵坡为1/500,槽身总长为86 m,为Φ1 200钢管,壁厚12 mm,其中主跨为7跨,每跨10.00 m,两端各8 m长的连接段槽身。输水设计流量为2.00 m3/s。在上游端边墩外连接段上设1 套Φ1200 伸缩节,钢材选用Q235B级钢。管道顶部焊接工作便桥,其桥宽1.2 m,桥踏板为厚10 mm宽1.20 m钢板,两侧每隔1 m设一角钢∠40×4 mm焊接在钢管上,中部支撑管顶,顶部两侧设有钢管护栏,护栏高1.20 m。
钢管的防腐设计。槽身钢管选用Q235B 级钢材。采用喷射方法对钢管表面除锈预处理,喷射处理的磨料必须干燥、清洁。金属磨料应附合(GB6468~6487)规定,磨料粒径范围应在0.50~1.50 mm 内。其它要求按《水工金属结构防腐蚀规范》执行。表面清洁度、粗糙度的评定,应在光照充足的条件下进行。钢管的防腐采用涂料保护。压力钢管内涂层为两层,底层采用125 um环氧沥青厚浆型防锈底漆;
面层采用厚125 um环氧沥青厚浆型防锈面漆。钢管外涂层为三层,底层涂环氧富锌,厚50 um;
中间层涂环氧云铁,厚100 um;
面层涂氯化橡胶,厚100 um,见表3。
表3 方案投资比较表
方案比较:根据两个方案设计的特点,现浇混凝土薄壳槽身与钢管槽身的优缺点有如下几点:①用钢筋混凝土槽身,仅槽身部分工程投资为59.86万元,而用钢管槽身,槽身部分投资为58.52万元,相比之下钢筋混凝土槽身投资相对较大。②混凝土槽身施工工期长,有限的停水期短,短期内难以完成,影响灌溉;
钢管槽身定制好后现场安装,施工期短。③混凝土槽身浇筑施工使用满堂脚手架及模板,施工难度大;
钢管槽身现场吊装,施工简单。④混凝土槽身浇筑需要河床导流,费用增加;
钢管槽身现场吊装不需要导流,费用小。⑤混凝土槽身浇筑工期长施工范围大临时占地面积大,对环境影响大,水土保持投资大。钢管槽身施工期短,临时占地小,对环境的影响小,水土保持基本不需费用。
综上所述,钢管槽身较优,所以此次有本渡槽槽身加固推荐方案二钢管槽身加固方案。
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