兰州市城市建设设计院 甘肃兰州 730050
摘要：分析了引大入秦工程（YD Works）邓家嘴干渠2节渡槽发生倾斜及偏移的原因，应用截断顶升纠倾技术和平移纠偏技术，对渡槽进行了纠倾纠偏处理，同时对渡槽裂缝采用壁克法技术进行了灌缝。借助于ANSYS分析软件，对渡槽进行了模拟计算，把计算结果作为技术指导文件应用于纠倾纠偏方案设计和施工组织方案设计的全过程。工程实践证明，本文提出的纠倾纠偏技术及采用的裂缝措施有效可行，可供相关工程参考。
关键词：水利工程；顶升；纠倾；纠偏；加固
Abstract：The accident causes of the slope and horizontal displacement of the No.13 and No.14 ferry-troughs in the Dengjiazui pilot trenchs of YD Works were analyzed. Based on the simulation analysis by ANSYS finite element calculation software，the effective methods were applied in the entire process of the rectification design and the construction organization. The practices proved that the Rectification method of Slope and Horizontal Displacement and the crack disposal technique presented in this paper were feasible and effective. The suggestions listed in the paper are worth of reference for relevant engineers.
Key words：irrigation works，uplift，slope rectification，horizontal displace rectification，structure strengthening.
一、工程概况
引大入秦工程（YD Works）是一项大型跨流域引水工程。全部工程包括渠首引水枢纽、总干渠、干渠、分干渠、支渠以及斗渠等。主体工程包括隧洞142座，倒虹吸3座，渡槽44座。1976年施工，1995年建成供水。是甘肃省境内最大的水利工程。
工程的东二干渠邓家嘴渡槽共计28跨，2005年5月初，指挥部工程处发现13#、14#两跨渡槽发生了显著的倾斜与偏移。第14#基础位置的倾斜量与偏移量最大。经过测量，该基础南侧下沉约120mm，北侧下沉约15mm。14#基础正上方渡槽护栏水平位移量最大，达229mm。见图1a）所示。由于基础的不均匀沉降，造成两渡槽槽体受扭，两跨渡槽的北侧支座正上方的立柱有水平裂缝，最大裂缝宽度达0.36mm，渡槽槽体有数条斜裂缝，最大达0.22mm。渡槽槽口拉杆的两端头产生垂直裂缝，靠北侧裂缝走向是由西向东，靠南侧裂缝走向是由东向西，裂缝宽度达1.5mm，漏水现象严重。渡槽长14.96m，宽4.92m，高4.63m，渡槽由槽体、立柱、支座、护栏等组成，支座与基础之间设置了厚350mm的叠层橡胶隔振垫层。槽体采用C30混凝土，壁厚300mm。
二、沉降原因分析
（1）渡槽地基承载能力不足。13#、14#槽体高度在14#基础位置两侧高度不等，南高北低。说明基础浇注后，槽体浇注前，地基就存在不均匀下沉。
（2）13#、14#渡槽槽体（渡槽自重1520kN）浇注后，地基土体应力增加，过水阶段（过水自重达4000kN），地基土体应力剧增，使地基不均匀下沉继续。下沉侧两节渡槽间的构造缝隙增大，塞缝板脱落、止水带外露。
（3）2004年冬灌时，渡槽外露的止水带被硬物刺破，灌溉水外泄，浸湿了的地基土，基础不均匀沉降加剧，产生大量变形。在地基加固处理时发现，基础南侧基础底面与地基土脱离，即南侧地基土退出工作。
三、纠倾纠偏方案
渡槽纠倾纠偏前，必须对基础进行加固，防止再次沉降。基础倾斜使槽体产生的旋转是渡槽产生水平位移的主要原因。由于对基础只进行加固不进行纠倾，使渡槽槽体既有竖向位移，又有水平位移。所以，对渡槽既要进行纠倾，又要进行纠偏。
1．基础加固方案【1，6】
14#基础是1个台阶的阶梯形素混凝土墩子，台阶高1000mm，基础顶面尺寸5000mm×5000mm，底面尺寸6000mm×6000mm。墩子南侧地基是填方区，北侧是挖方区。
进行浅层开挖时发现，①渡槽南侧基础底部地基土与基础脱开100mm左右，地基土已经退出工作。②在基础底面中心位置有一根混凝土桩。经调查，该混凝土桩是地质勘测时的探井用素混凝土回填后形成，见图2。
鉴于14#基础的实际受力情况，基础加固采用以下方法，在原基础南北两侧的下方设计两道坐落在砾石层上的素混凝土墙，托换原有地基（图2）。素混凝土墙与原基础之间的水平缝用干硬性细石混凝土人工锤实施工。
2．渡槽纠倾纠偏受力分析
在渡槽纠倾纠偏前，对纠倾纠偏方案利用ANSYS有限元程序进行模拟。在模拟分析时，对渡槽采用SOLID65单元【2】。实际纠偏时，为了防止混凝土局部压碎，在千斤顶上部垫钢板分散集中应力，在ANSYS建立模型时，对荷载面局部采用SOLID45单元。分析支座反力分布状况，在槽体的任意一个支座处一次顶升10mm，15mm和20mm时。
由ANSYS分析结果可以看出，单个支座顶升10mm，15mm和20mm时，槽体最大应力分别为2.28 MPa，3.19 MPa和4.10MPa。参考C30混凝土28天抗拉强度值3.25 MPa，如果一次顶升15mm，槽身混凝土不会产生新裂纹。
3．渡槽纠倾纠偏施工方案设计【3～8】
（1）渡槽纠倾纠偏时槽内没有水流通过，荷载只考虑槽体自重，经计算，槽体自重为1600kN。按平均量计算，每个支座支撑400kN。一个支座用2只500kN的千斤顶顶升，每台千斤顶平均支撑200kN。为了纠偏，竖向千斤顶的底座下面依次为10厚200×300的钢板、Φ30滚轴、10厚200×500的钢板。竖向千斤顶的布置见图1-b）所示。
（2）纠偏工作用水平千斤顶完成。原阶梯形基础的素混凝土墩子作为水平反力支座。实施时注意千斤顶的合力中心与水平拉杆的合力中心同轴。水平千斤顶的布置见图1-c）所示。
（3）竖向荷载架的设计。竖向荷载架由1根“U”形钢筋和1根上开口的梯形钢筋组成的拉杆与压梁组成，2榀为1付，2榀竖向荷载架中间设置竖向千斤顶，千斤顶的竖向力通过分配梁传递给荷载架的压梁，由压梁传递给钢筋，由钢筋传递给渡槽。渡槽立柱、千斤顶、竖向荷载架以及分配梁之间的关系见图3。
每根钢筋的平均拉力为56kN，不均匀受力与使用安全综合以系数的方式按3.0进行计算，则钢筋设计荷载为168kN，取直径为25的Ⅱ螺纹钢筋。压梁计算跨度为150mm，“日”字形截面，用70×6的等边角钢焊接成截面形状为两个“口”字形箱梁竖向排列而成。压梁与钢筋焊接成为整体。
（4）分配梁。分配梁为一根计算跨度为200mm受力状态倒置的简支梁，其跨中承受200kN的集中荷载，则支座反力为100 kN，用4根70×6的等边角钢焊接成截面形状为“工”字形，采用3Φ25钢筋段加肋。
（5）顶升位移控制技术。纠倾分10级完成，每级顶升最大支座顶升要求小于15mm时，并且保证相邻支座竖向位移差小于15×70％＝10mm。每级顶升完成后，用水平千斤顶推动槽体，消除支座处的应力集中。各级顶升之间要有时间间隔，间隔最小2小时，有利于已开裂的裂缝吸收顶升产生的应变能，重新分布槽体应力。
（6）纠倾纠偏位移量。13#渡槽在14#基础的南侧竖向顶升115mm，北侧竖向顶升10mm。13#渡槽在14#基础的一端水平向北水平位移100mm，在13#基础的南侧顶升2mm。14#渡槽在14#基础的南侧竖向顶升115mm，北侧竖向顶升10mm。14#渡槽在14#基础的一端水平向北水平位移100mm，在15#基础的北侧顶升2mm。
（7）垫层垫块。在顶升量为2mm和10mm的位置，橡胶支座的下面直接垫整块钢板。在顶升量为115mm的位置，先用1∶1.5的水泥砂浆找平，找平层最大厚度为15mm，然后垫五块20mm的钢板。1∶1.5的水泥砂浆抗拉强度不小于20MPa，按渡槽最大负荷计算。找平层砂浆的最大压力不超过8MPa，砂浆强度能够满足使用要求。钢板上面为橡胶支座，再把5块钢板焊接成整体。
（8）裂缝处理。裂缝处理采用壁克法灌缝技术。施工工艺分为清洁、封闭、埋嘴、灌浆等四个过程。清洁就是把裂缝表面污垢尘土清理干净；封闭就是将裂缝表面进行封闭，不让裂缝内的浆体外流；埋嘴就是每隔一定间距把灌浆的专用嘴子粘贴在裂缝上；灌浆就是用专用的灌浆设备依靠浆体的压力差和自重以及浆体极高的渗透能力将浆体灌入裂缝。浆体凝固前具有良好的附着能力，凝固后具有良好的强度。
四、方案实施效果
1．纠倾纠偏效果
渡槽槽口的护栏竖向位移恢复。水平位移恢复量为205mm，剩余量为24mm，与原始量的229mm相比，恢复率达90%。
2．裂缝愈合情况
纠倾纠偏之前，倾斜的每节渡槽每侧在槽体有3条明显的斜裂缝，裂缝宽度在0.22～0.1之间，均为裂透。渡槽立柱上有2～4条水平裂缝，裂缝宽度在0.36～0.1之间，裂缝长度约100mm～400mm。槽体也有小于0.1的微小裂缝。纠倾纠偏之后，裂缝跨度有所变化，北侧裂缝宽度减少，其中有一条原宽度0.36的裂缝减少至0.14，减少量为0.22；南侧裂缝略有增加，其中有一条原宽度0.20的裂缝增加至0.24。槽口钢筋混凝土拉杆的原有裂缝有延长迹象。
3．裂缝处理效果
采用壁克法灌缝技术修补裂缝后，进行了冬灌，未发生渗漏现象，实践证明，壁克法灌缝技术是成功的。
五、小结
1）对倾斜下沉的第14#基础进行地基托换处理，方法正确，技术可靠，不留隐患，一次性彻底解决原地基承载能力不足的技术问题。
2）对13#、14#渡槽采用千斤顶截断技术进行顶升纠倾和采用平移技术进行纠偏，进程顺利，施工周期短，成本最低，未见任何不良现象。
3）2节渡槽槽体有数十条内外连通的裂缝，经过壁克法灌缝技术处理，冬灌中未见渗漏现象，即，壁克法灌缝技术对水利工程有显著优势。
4）技术处理成功，取得了良好的经济效益和社会效益。
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论文作者:张惠兰
论文发表刊物:《基层建设》2017年第25期
论文发表时间:2017/12/11
标签：渡槽论文; 裂缝论文; 基础论文; 支座论文; 地基论文; 千斤顶论文; 荷载论文; 《基层建设》2017年第25期论文;