□ 梁祥金 □ 郭曉萌 □ 陳秋紅（河南省水利勘測設(shè)計研究有限公司）

0 引言

南水北調(diào)中線工程渠道渡槽上跨交叉河流，工程量大，技術(shù)含量高，施工技術(shù)復(fù)雜，是總干渠的控制性工程。在總干渠進行全線通水之前，對渠道渡槽進行充水試驗，對工程安全性進行先期檢驗，及時排除安全隱患，為總干渠順利通水創(chuàng)造良好條件。下面就南水北調(diào)中線工程某大型預(yù)應(yīng)力渡槽充水試驗進行分析，并對工程的安全性進行一些探討。

1 工程概述

南水北調(diào)某渡槽建筑物總長325m，由進口漸變段、進口閘室段、梁式渡槽段、出口閘室段及出口漸變段組成。其中梁式渡槽段長150m，槽身橫向4孔，2孔1聯(lián)，共2聯(lián)，單孔凈寬7m、凈高7.80m，跨徑30m，共5跨。槽身采用三向預(yù)應(yīng)力混凝土矩形槽結(jié)構(gòu)型式，C50混凝土，設(shè)計流量305m3/s，設(shè)計水深6.48m，加大流量365m3/s，加大水深7.11m。下部支承采用鋼筋混凝土空心墩，空心墩高度根據(jù)地形設(shè)為6.40～7.90m。基礎(chǔ)為鉆孔灌注樁，樁徑1.80m。

2 監(jiān)測儀器布置情況

第1、3跨左聯(lián)槽身布置有監(jiān)測儀器，其中單榀槽身布設(shè)鋼筋計109支，單向應(yīng)變計92支，無應(yīng)力計12支，沉降標點6支，測縫計8支，豎向錨索測力計4支，橫向錨索測力計8支，縱向錨索測力計16支。

第1#、3#、4#槽墩及下部樁基左右聯(lián)均布置有監(jiān)測儀器，其中單個槽墩及其樁基共布設(shè)鋼筋計14支，單向應(yīng)變計14支，無應(yīng)力計6支，測斜儀1支，土壓力計1支，滲壓計4支。

同時，為監(jiān)控槽身的撓度情況，在渡槽左右聯(lián)每跨槽身頂部中墻中間及兩端各埋設(shè)一個沉降標點，用于計算槽身頂部撓度；每跨槽身底部中間跨中及兩端各埋設(shè)一個沉降標點，用于計算槽身底部撓度。左右聯(lián)槽墩每個槽墩中間部位埋設(shè)一個沉降標點，用于監(jiān)測槽墩的沉降。

3 充水試驗?zāi)康?/h2>

渡槽充水試驗的主要目的是:一是檢查渡槽各部分止水縫施工質(zhì)量，并在全線通水前對出現(xiàn)的質(zhì)量缺陷進行處理；二是檢查渡槽結(jié)構(gòu)實體混凝土質(zhì)量及結(jié)構(gòu)應(yīng)力分布狀態(tài)；三是觀測渡槽在充水條件下的變形情況；四是根據(jù)充水試驗成果評估渡槽結(jié)構(gòu)的安全性及可靠性；五是為南水北調(diào)總干渠全線順利通水運行提供技術(shù)保障。

4 充水試驗總體方案

渡槽充水試驗采用在進出口漸變段以外總干渠渠道內(nèi)堆碼土袋圍堰作為堵頭，試驗段總長345m，總充水水量約為12.23萬m3。根據(jù)充水水位要求，充水試驗圍堰高8.10m，頂寬3m，迎水面和背水面邊坡均為1:3，迎水面鋪設(shè)復(fù)合土工膜（150g/m2-0.50mm-150g/m2），土工膜下端粘在總干渠渠道襯砌底板上，兩側(cè)粘在總干渠邊坡襯砌板上，所有粘接處粘接長度≥1m。

5 充水試驗觀測、監(jiān)測要求

為保證充水試驗取得預(yù)期效果，對充水試驗的觀測、監(jiān)測要求如下:一是充水試驗應(yīng)對全部梁式渡槽進行撓度監(jiān)測；二是現(xiàn)場土建單位對滲水、裂縫等充水引起的外部特征進行記錄、標示，監(jiān)測單位對監(jiān)測儀器進行數(shù)據(jù)采集測算；三是充水試驗段內(nèi)所埋監(jiān)測設(shè)備在試驗期間全部進行觀測，觀測次數(shù)應(yīng)根據(jù)試驗進展使監(jiān)測數(shù)據(jù)能反應(yīng)試驗現(xiàn)場所發(fā)生的情況；四是與渡槽撓度有關(guān)的監(jiān)測應(yīng)在充水前、滿槽水位及放空后至少各監(jiān)測一次；五是充水試驗各責(zé)任單位應(yīng)編制應(yīng)急處理預(yù)案，并提出充水試驗期間的安全保證措施，保證試驗過程中的人員、工程安全。

6 充水試驗過程

渡槽充水試驗由空槽至滿槽共歷時16d，靜置19d后開始放水，全試驗過程共歷時50d。

7 槽身混凝土實體質(zhì)量評價

本渡槽充水試驗過程中，經(jīng)現(xiàn)場巡視檢查，共發(fā)現(xiàn)槽身滲水部位6處，均為窨水點（可見明顯水印，但無水滴或者水流）。槽身后澆帶施工縫有1處窨水，槽身后澆帶滲水存在兩種情況:后澆帶與前期施工的槽身結(jié)合處施工縫處理不徹底，產(chǎn)生滲漏水；后澆帶中間結(jié)構(gòu)縫（收縮縫）的止水周邊澆筑不密實、存在縫隙水沿著結(jié)構(gòu)縫繞過止水沿縫面滲漏水。

槽身側(cè)墻底板與側(cè)墻施工縫有1處窨水，主要原因是由于局部存在積渣，乳皮清理不徹底；混凝土拌和物入倉方式為泵送，通過每隔4m的串筒入到倉底，混凝土塌落度偏大時，存在趕料、骨料分離或振搗不到位的情況，存在縫隙，導(dǎo)致出現(xiàn)窨水。出口段閘室邊墻外側(cè)有1處窨水，主要原因是混凝土在施工過程中振搗不到位、存在漏振現(xiàn)象，導(dǎo)致混凝土不密實，出現(xiàn)窨水現(xiàn)象。其他3處窨水位置均為螺栓孔處窨水，主要原因是施工過程中混凝土振搗不到位使混凝土包裹的對拉螺栓存在縫隙，且螺栓孔封堵不嚴實造成的窨水現(xiàn)象。

經(jīng)充水試驗驗證，渡槽混凝土施工質(zhì)量與止水安裝總體較好，渡槽質(zhì)量缺陷均為窨水點，發(fā)現(xiàn)的質(zhì)量缺陷不影響工程結(jié)構(gòu)安全，對出現(xiàn)的質(zhì)量缺陷處理合格并經(jīng)檢驗不再滲水后，渡槽結(jié)構(gòu)能滿足正常運行及結(jié)構(gòu)耐久性要求。

8 安全監(jiān)測成果及分析

一是監(jiān)測數(shù)據(jù):由于監(jiān)測數(shù)據(jù)量龐大，囿于篇幅限制，文中不再列示，從略。二是梁式渡槽撓度監(jiān)測分析:根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)，梁式渡槽槽身撓度隨著水位的加大逐漸加大，在滿槽水位時撓度值達到最大值。槽身撓度最大測值為-1.03mm。三是梁式渡槽沉降變形監(jiān)測:監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，梁式渡槽槽頂?shù)某两盗侩S水位的加大逐漸的加大，在滿槽水位時，沉降量達到最大值。槽頂最大沉降量為-11.02mm。在滿槽水位下，槽墩頂最大沉降量為-3.62mm，相鄰槽墩最大沉降差為3.07mm。監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，梁式渡槽跨間測縫計測值最大張開值為-4.88mm,最大閉合值為1.36mm。測斜儀監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，測斜儀埋設(shè)位置（1/2墩高）水平位移最大值為6.36mm，相應(yīng)墩頂最大水平位移為12.72mm。四是梁式渡槽應(yīng)力、應(yīng)變監(jiān)測:混凝土、鋼筋的應(yīng)力應(yīng)變除受荷載影響外，氣溫、濕度、結(jié)構(gòu)自身體積脹縮等變化對應(yīng)力應(yīng)變影響也比較大。通過空槽以及水荷載施加后應(yīng)力應(yīng)變情況，監(jiān)測結(jié)構(gòu)受力變化規(guī)律，同時結(jié)合結(jié)構(gòu)沉降變形撓度等監(jiān)測、裂縫檢查以及直觀檢查，綜合分析判斷結(jié)構(gòu)狀態(tài)。梁式渡槽監(jiān)測斷面充水前各部位鋼筋計測值表現(xiàn)為壓應(yīng)力，最小壓應(yīng)力為-0.51MPa。各部位混凝土的應(yīng)變量測值顯示，槽體各部位絕大部分為壓應(yīng)變，這與鋼筋計的測值協(xié)調(diào)一致。槽身混凝土拉應(yīng)變僅在槽身豎墻頂部出現(xiàn)，但該部位鋼筋計測值顯示為壓應(yīng)力，理論計算該部位應(yīng)為壓應(yīng)力，應(yīng)變計測值與鋼筋計不完全協(xié)調(diào)一致，且與理論計算不一致。充水至滿槽，各部位鋼筋計測值表現(xiàn)為壓應(yīng)力，最小壓應(yīng)力為-0.72MPa。各部位混凝土的應(yīng)變量變化顯示，槽體各部位絕大部分為壓應(yīng)變，這與鋼筋計的測值協(xié)調(diào)一致。槽身混凝土拉應(yīng)變僅在槽身豎墻頂部出現(xiàn)，但該部位鋼筋計測值顯示為壓應(yīng)力，理論計算該部位應(yīng)為壓應(yīng)力，應(yīng)變計測值與鋼筋計不完全協(xié)調(diào)一致，且與理論計算不一致。墩身鋼筋計測值-38.02～34.19MPa，樁基鋼筋計測值-22.54～7.22MPa。

梁式渡槽預(yù)應(yīng)力為有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力，張拉后孔道灌漿。灌漿后，在漿體達到設(shè)計強度，錨索與槽身混凝土之間不再具有相對變形，測力計讀數(shù)變化一般反映的是儀器本身隨氣溫的變化，而非結(jié)構(gòu)受力變化，因此充水試驗期間測力計讀數(shù)變化并不反映結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)，一般情況，測力計隨氣溫變化的讀數(shù)，不再具有判斷結(jié)構(gòu)安全性的價值，但鋼絞線在端部斷掉、夾片失效等情況，測力計還是能夠反映的。錨索測力計在充水前與滿槽水位時測值有增有減，該變化應(yīng)該是外界環(huán)境變化導(dǎo)致，不是結(jié)構(gòu)加載引起的。渡槽放完水后，與充水前相比，錨索測力計讀數(shù)基本一致，與理論分析是一致的。同時，監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，充水試驗過程中測力計測值是連續(xù)變化的，表明預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)處于正常工作狀態(tài)。通過對比梁式渡槽撓度、變形、應(yīng)力應(yīng)變等實測數(shù)據(jù)與設(shè)計值、允許值，渡槽實測最大值均未超過允許值、設(shè)計值及警戒值指標，梁式渡槽撓度、應(yīng)力、變形滿足要求，結(jié)構(gòu)安全穩(wěn)定。

9 結(jié)構(gòu)安全分析

9.1 結(jié)構(gòu)受荷下直觀檢驗

本次充水試驗全線一次充水，充水周期達50d。對結(jié)構(gòu)受力、變形有了較全面的掌握。試驗過程中發(fā)現(xiàn)6處窨水點，未發(fā)現(xiàn)較明顯的漏水點以及結(jié)構(gòu)裂縫的張開或閉合現(xiàn)象。渡槽整體結(jié)構(gòu)在各工況下處于安全運行狀態(tài)。

9.2 結(jié)構(gòu)撓度、沉降、變形分析

通過充水試驗對所有梁式渡槽結(jié)構(gòu)撓度、沉降進行了監(jiān)測，對監(jiān)測成果分析可知，梁式渡槽的撓度最大值為1.025mm，墩身最大沉降3.62mm，最大沉降差3.07mm，跨間結(jié)構(gòu)縫寬度變化最大值為-4.88/1.36mm，墩臺水平位移最大值為12.72mm，渡槽撓度及墩身沉降、位移均未超過設(shè)計值、允許值及警戒值。結(jié)構(gòu)受力變形符合規(guī)律。結(jié)構(gòu)整體處于安全運行狀態(tài)。

9.3 結(jié)構(gòu)應(yīng)力、應(yīng)變分析

充水試驗期間渡槽結(jié)構(gòu)應(yīng)力、應(yīng)變等內(nèi)觀監(jiān)測儀器監(jiān)測成果表明:一是梁式渡槽槽身內(nèi)壁處于受壓狀態(tài)，外壁混凝土也處于受壓狀態(tài)；二是渡槽槽墩及樁基在各工況下應(yīng)力、應(yīng)變符合規(guī)律，鋼筋最大拉應(yīng)力<135MPa?；炷?、鋼筋的應(yīng)力應(yīng)變除受荷載影響外，氣溫、濕度、結(jié)構(gòu)自身體積收縮等變化對應(yīng)力應(yīng)變影響也比較大，綜合結(jié)構(gòu)沉降、變形監(jiān)測結(jié)果，結(jié)構(gòu)整體處于安全狀態(tài)。

10 結(jié)論

一是渡槽結(jié)構(gòu)沉降、變形指標在警戒值以內(nèi)，應(yīng)力測值在警戒值以內(nèi)，變化符合受力規(guī)律?？傮w上工程處于安全運行狀態(tài)。二是渡槽各部位應(yīng)力、應(yīng)變變化符合規(guī)律，量值在警戒值以內(nèi)。但在槽身豎墻頂部出現(xiàn)混凝土拉應(yīng)變，槽身豎墻頂部鋼筋計測值顯示為壓應(yīng)力，鋼筋計與應(yīng)變計測值不完全協(xié)調(diào)一致，也與理論計算不一致。三是對于該異常問題應(yīng)由現(xiàn)場施工、監(jiān)理單位仔細核對監(jiān)測成果并結(jié)合監(jiān)測設(shè)備本身受施工、環(huán)境等因素分析查找出現(xiàn)異常的原因,同時后續(xù)應(yīng)持續(xù)跟蹤，加強監(jiān)測。四是充水試驗表明，渡槽施工質(zhì)量總體較好，發(fā)現(xiàn)的質(zhì)量缺陷均為一般質(zhì)量缺陷，不影響工程承載安全，但影響結(jié)構(gòu)耐久性。在所有缺陷經(jīng)處理并經(jīng)充水驗證合格后，結(jié)構(gòu)滿足正常使用要求。