沙门渡槽裂缝成因及处理方案

沙门渡槽裂缝成因及处理方案
lu#i;uBan}p;C I0陈　雯　李　敏　韩　峰
1sK r:[,N9a0s0浙江省水利水电勘测设计院　浙江杭州　310002
RS)P&`W0摘　要：根据沙门渡槽工程裂缝检测结果，从自然环境、工程建设标准、施工条件和主要结构部位等方面，讨论裂缝形成原因，并提出裂缝中国论文网hZ4m CS[0ih
处理方案中国论文网N'mR h C3X1xD
关键词：矩形渡槽；裂缝；支座中国论文网Xy6gQT"ks
工程概况中国论文网%PK-Y?Q$OR8Z
沙门渡槽是赵山渡引水工程输水渠系北干渠上的渠系建筑物之一，
2xT0w7p.qdg0位于娄园隧洞和乌岩脚隧洞之间。沙门渡槽属于输水渠系，为2级建筑
j.Z{;s({b*vCyQm)m0物，设计流量为23.40m3/s。沙门渡槽共有15个槽段，每个槽段顺水流
'x1Pi)r.D c;~$_:na$?Gk0方向长36m，为不等跨双悬臂结构，两侧悬臂均长8.00m，槽身材料为中国论文网/e1}0rm:wL
250#钢筋砼。渡槽槽身垂直水流方向为薄壁矩形箱式结构，截面尺寸为中国论文网,Y#h9Ki#Nz)EB
5.20m×4.00m（总宽×总高），侧墙、底板厚度为0.30m，顶板厚度为
;d(F%ma3q^n;c6z00.20m，底板顶高程高出侧墙底高程0.60。渡槽内侧顶板与侧墙交界处设中国论文网H5O@7[L%`8HH!a
0.20m×0.20m的贴脚，渡槽内部底板与侧墙交界处设0.25m×0.25m的贴
c3hhb`8{:v8{0脚。渡槽外侧侧墙底部宽0.60m，与底板交界处设0.30m×0.30m的贴脚。中国论文网-QuO.L(`:hP6}
1　裂缝分布中国论文网s ADf1[z
沙门渡槽从2000年投入运行以来，至今已有10余年，近几年来槽身
je2C1F:a0i;x&v0侧墙及底板陆续出现细小裂缝。2010年12月21日，对沙门渡槽的专项检
/?/U+CCI7F#B0查中，发现了261条代表性裂缝，裂缝总长470.8m中国论文网5n8@yl(Bk
沙门渡槽槽身出现的细小裂缝主要位于底板和侧墙。底板的细小裂
rOu$G3_ve9lT0缝主要位于渡槽顺水流方向的跨中位置，大部分位于底板的右侧支座处中国论文网n\*g_XZ#t
（部分位于底板左侧支座处），走向为垂直水流方向。侧墙的细小裂缝主
5a^N ~(rt0要位于渡槽顺水流方向的支座位置，大部分位于侧墙的中部，走向为垂
;C:g3z lP8uA"y)Ah0直水流方向。
%Q|V9R[ \02　结构复核
j~ JG)wjy-Q\*b.^2F/E0渡槽计算按双悬臂梁理论，根据现行规范对渡槽进行正截面受弯承中国论文网 A,t0RHL:`
载力、斜截面受剪承载力、正截面抗裂、正截面裂缝宽度控制进行复核
@KVi]4H0计算。
g t_)uMoK9T@0纵向结构复核中，除支座处的正截面抗裂外，沙门渡槽槽身纵向结
0P
EY5N*`\sq2n_
E0构的正截面承载力、斜截面承载力、正截面抗裂、挠度均满足规范《水中国论文网 T~zQ7KUFN?f
工钢筋混凝土结构设计规范》（SL191-2008）要求；支座正截面裂缝宽度
r8d3BM0NX?0控制满足《水工混凝土结构设计规范》（SL191-2008）要求。中国论文网 g2sthw l@B
横向结构复核中，除了加大水深工况下的底板跨中正截面承载力，中国论文网L[(s/df9UWC;y
^
设计水深工况下的顶板跨中、底板跨中正截面承载力，设计水深工况下
rP\[%k
A0的底板跨中抗裂外，其余部位正截面承载力、斜截面承载力、抗裂均满中国论文网%N/MsL4xm_
足现行规范《水工钢筋混凝土结构设计规范》（SL191-2008）的要求；底
ZR-ZY&t'd8Im/ui5h%e0板跨中的正截面裂缝宽度控制验算能满足现行规范《水工钢筋混凝土结
c%|XHD5b-w [2O0构设计规范》（SL191-2008）的要求。
&G6B(K%wt^\03　裂缝成因分析
KE^ a#P\,z0根据相关文献，从自然环境、工程建设标准、施工条件和主要结构
z q\^G(a(HI,AI7w0部位等方面，讨论裂缝形成原因。
6}2]%_H6m'@ y03.1自然环境
Au)[pue0混凝土槽身表面常年遭受自然状态下的曝晒、雨淋，流水的冲刷，
TI-U.P/_c(Cy-c w0水位升降的干湿交替，使得槽身处在一种恶劣的使用环境中。由于长期中国论文网x7ryWz;Q'Iv ^f-@
在露天、水位变化较大的情况下工作，混凝土受温度变化的影响，热胀
y
Y ^%M4bX~0冷缩必定会产生一定的收缩和温度变形。
},C$M/O0\)FU/^Q)d03.2建设标准低及施工技术方法不完善中国论文网4I$j1hW1w
受社会历史条件和经济条件的制约，建设工程建设标准比较低，对中国论文网 J?.Tn1i*pl6w
深梁结构配筋要求偏少。施工技术方面，施工时底模支撑不牢固，施工
Z_.t1Bg{0缝隙的处理技术不合理或者不适当，施工时振捣不密实，混凝土出现离
$L:i.~5\ n&Z0析，左右的混凝土不均匀等原因，留下日后开裂的隐患，故施工技术欠中国论文网:qDi$A
G)W3l
合理是槽身裂缝的原因之一。中国论文网O_,Pa/Wn5J$p
3.3渡槽主要结构部位的裂缝中国论文网"nY i-_Q(J(N
现根据结构复核和有限元计算成果，沙门渡槽裂缝不同部位产生的中国论文网w1Ga
^a?)T*TY
原因如下：纵向结构的底板跨中的细裂缝（垂直水流方向）主要是由于
2i
y ] C$t9A+E0橡胶支座老化而导致的支座摩擦力加大引起；侧墙支座的上部细裂缝中国论文网~cmG7I"G.}@#L.W#g
（垂直水流方向）主要由于沙门渡槽纵向结构的支座抗裂不满足要求引中国论文网9PH X2rUp#U9mS"o
起；侧墙支座处的斜裂缝主要由于支座斜裂缝不满足要求引起（按深梁中国论文网3r bl'LRyH P
结构）。中国论文网 t%t;Jm%I
发现裂缝后，运行和管理单位对沙门渡槽现有的细裂缝进行补强加
RP~O'Nv0\0固处理，同时，对沙门渡槽加强巡视观测，一旦发现新的裂缝或原有裂中国论文网"Of'd?3{|LQ"F]u
缝有发展趋势，应及时上报并进行处理。
&NV0`B}fE;_ y04　裂缝处理方案中国论文网zab5p(MH
根据裂缝成因分析和有限元计算，渡槽裂缝的主要原因是开裂部位中国论文网xY$y]u"]
i}O
的应力超过构件本身所承受的应力。因此，裂缝处理方案可分为两种，
{Vb,U
Fm1?bq0一是减轻荷载，降低应力水平；二是混凝土补强，提高结构承载能力。
6w_vw3V$S0本工程中，沙门渡槽向温州、瑞安、平阳等市县提供城镇居民生活用水中国论文网2r T#Z%n0Q&g
和工农业用水，年供水总量7.3亿m3，其中生活及工业供水6.53亿m3、中国论文网E3OQ`(W5zVr1b"N&K
农业供水0.77亿m3，改善农田灌溉98.63万亩，工程任务繁重，对当地社
J+P@ ZG(D|0会的生活、生产有较大影响。因此减轻荷载方案很难实施。中国论文网0ZH
Z|iR4i
混凝土结构补强方案有两种方式，分别是采用碳纤维布材料进行补中国论文网3Yc8{ X AB_7SC/f
强和增设支座。
-g1G9y"z]Y)g1cfJ}@01）碳纤维布补强方案：碳纤维布加固技术是采用高性能粘结剂将碳
w7rY'|)k)O2n0纤维布粘结于混凝土构件表而，使之形成具有整体性的复合截面，共同
8s5l zB+LI7yPs,v0受力，变形协调，以提高结构的承载力。它的优点强度高，与混凝土构中国论文网/xO3x/N$n7I&R4e!V
件粘结性能好，对现有构件结构影响小；重量轻；可塑性好，可用于曲中国论文网$c.{N`\O(u'?
面和不规则形状构件；造价低、施工简便、工期短；耐久性和耐腐蚀性
't!EU(H0PcmL'IC0较好，与聚脲等复合材料结合使用可达到较好的抗冲磨性能。中国论文网^U"oP2Mj1}N
2）增设支座方案：通过在跨中和悬臂端增设支座，改善结构受力条中国论文网:lrB0O6SK
件，降低跨中和原支座应力集中部位的应力水平。支座基础可采用钢筋中国论文网gC[,T,l*t7sr
混凝土灌注桩和墩帽，并加一定的顶托。
-rSv a4pE0方案一对现状结构影响小，工期短，投资省，但碳纤维布需长期浸
iN A7r:E{+E(~0泡在水中对其影响不利，可靠性不高。方案二直接改善了渡槽结构受力，
{4W6J Jc&kh0降低应力集中，可靠性高，但投资相对较大。对这两个方案进行经济技
LcY`(gb|![4W*E&q~0术比较，最后推荐方案二。
Zw G(@,s+F3R02012年4月，沙门渡槽实施了增加支座方案，并对槽身实施了顶托，中国论文网U4d:}#k7r
跨中位移1mm，顶托力660kN。
IBl O|p6|'_9Z05　结论中国论文网jJQ\ v IG
根据沙门渡槽裂缝分布特点，从自然环境、工程建设标准、施工条中国论文网}!u
^'Q5b_e$g
件、结构受力等方而分析裂缝成因，并提出增设支座的处理方案。该方
B@PC
BI0案已实施，效果良好。中国论文网{#D\H/}8Q
参考文献：
qhd1s1sHt0[1]任德记，张超，王刚等.预应力矩形渡槽温度应力有限元分析[J].中国论文网,gZq{(l
中国农村水利水电，2011，12（1）：111-113
4pV9X1U#oB0[2]胡明.将军山渡槽裂缝现状及成因分析[J].吉林水利，2010，10（1）：中国论文网 C@Ok)o:s.q6]V
35-38.中国论文网3@1\$q @$g{
[3]赵山，赵湘育，吴泽玉.矩形渡槽在寒潮作用下温度应力分析[J].
*t$R/Y c%c8gV9aX a0人民黄河，2010，4（32）：126-127.中国论文网"_P|)A\ d
[4]SL191-2008水工混凝土结构设计规范[s].中华人民共和国水利部，中国论文网Cldwx9S)u
2008.中国论文网 l\8WW#G0jz*c
作者简介：陈雯，硕士，工程师