1、玉溪河灌区“4.20”地震团结渡槽震损应急修复浅析【摘要】：“4.20”芦山地震给玉溪河灌区主干渠造成了严重的破坏，其中团结渡槽在应急修复加固为控制性工程。本文分析了团结渡槽在地震中受损情况，介绍了应急修复加固施工方案和修复的效果。 【关键词】：团结渡槽；震损；应急修复 中图分类号： P315 文献标识码： A 1、概况 玉溪河灌区位于成都平原西南边缘岷江、青衣江之间的浅丘台地上，工程修建于 20 世纪 70 代年末期，设计灌溉面积 86.64 万亩，现有效灌面为 62 万亩，为水利厅直属大型灌区。经过近 40 年的改扩建，现灌区已发展成为跨雅安、成都两市，灌溉芦山、名山、蒲江和邛崃共 60
2、个乡镇，对四川经济发展起到了十分重要的作用。 团结渡槽位于玉溪河灌区主干渠桩号 6+613 处。该渡槽槽身为双悬臂钢筋砼 U 型结构，设计过流能力为 30m3/s，纵坡比 1/800，槽壳厚0.22m，内弧半径 2m。渡槽总长 102m，分为三跨，每跨长 34m，每跨 2 个支撑墩，基础为直径 2.6m 的挖孔灌注桩，最大桩基深度 17.3m。桩基上部桩帽为“T”型牛腿结构，支承面为长 4.6m，宽 1.4m，高 0.6m 的方形平台,中部为方形承台与圆形桩基的连接渐变段，高度 0.7m。渡槽槽身为300 号钢筋砼，灌注桩桩身和桩帽为 150 号钢筋砼。 “4.20”芦山 7.0 级强烈地震，
3、给玉溪河灌区工程造成了较严重的震损。由于团结渡槽紧邻“4.20”芦山地震震中，位于这次地震度区，超过渡槽自身抗震设计烈度，渡槽受到的破坏程度很大。渡槽2、3、4、5 号桩帽两侧支撑点处砼被剪坏，出现明显裂缝，裂缝沿渡槽纵向贯通并垂直延伸至桩帽牛腿下部。支撑摇轴下部砼被压破、开裂。 2、工程受损分析 2.1 桩帽破坏 渡槽桩帽牛腿悬臂端根部已发生砼开裂，裂缝自上而下垂直贯通，且左右对称，裂缝开展宽度为上宽下窄，最大可见缝宽 1mm。由于团结渡槽距地震震中很近，渡槽轴线与地震力传播方向大致呈 90 度交角，横向破坏力度大，在地震力传播方向上，水平分力与地震波共同作用下槽体发生侧倾，槽内水流发生横向
4、震荡，由此产生对“T”形桩帽支撑台的偏心压力和水锤压力（震荡压力）超过支撑桩帽砼的承载极限，致使桩帽发生剪切破坏。从裂缝上下贯通，裂缝开展宽度上大下小来看，剪切破坏的特征十分明确。 2.2 基础变形 支撑桩帽“T”型两端悬臂部分(牛腿)裂缝位置大致对称，且两侧开展宽度也基本一致，这说明渡槽在抵御由地震造成的偏心压力后回位明显。通过对震后桩基的测量数据分析, 也证明了基础部分未发生横向变形。 2.3 承载能力 通过对原设计的桩帽钢筋砼结构进行复核，砼承载截面尺寸符合要求，只有水平箍筋和弯起筋设置达不到现行规范要求。由于桩帽 C15 砼强度偏低，以及当时的施工条件又使质量难以保证，故这次地震中，在
5、强大的剪力作用下，桩帽两侧砼出现裂缝。 从震后现场观测来看，裂缝没有上下错位的现象，且裂缝开展宽度不大，可以认定该悬壁体并未彻底破坏，是钢筋在承担大部分的剪力。在地震当时过流量为 28m3/s 左右，加上槽身砼自重，每个支座的净承重在 170t 左右，再加上地震产生的荷载，都没有使桩帽错动，说明桩帽截面的钢筋抗剪能力是足够的，否则已经发生错动或断裂。 2.4 局部砼压破 支撑摇轴下部砼被压破、开裂，是因为摇轴下部接触面砼为长 1m，宽 0.6m，高 12cm 的一个小台，在正常使用状态下，这块小面积砼上原本就产生应力集中现象，但还是能满足承载要求。4.20 地震时摇轴传来的竖向力和地震力的叠加
6、超过了这块小面积砼的承压能力，并且由于地震力的持续作用，渡槽槽身摆动幅度过大，摇轴又具有约束作用，多余的力使得这块起支撑作用的砼体边缘产生破裂。 3 应急修复措施 为保证下游灌区灌溉用水，必须尽快采取加固措施，确保渡槽安全输水。通过工程技术人员的会商与研究，拟订了多种加固方案，在比较了各方案的优点后，确定采用捆绑加固方案。该方案分为型钢抱箍加固和钢筋砼包裹加固两大步，既提高原桩帽砼内摩擦力又增强桩帽抵抗剪切应力的能力，每一步都起到至关重要的作用。 3.1 型钢抱箍加固 根据桩帽裂缝开裂程度和对称性，采用在桩帽两侧（沿渡槽轴线方向）60cm 高的区域采用 25 号槽钢紧贴桩帽纵壁，每侧两根，上下
7、排列，每个桩帽为四根槽钢，每根槽钢的长度超出桩帽帽缘 15cm，在槽钢超出帽缘部分紧贴帽壁打孔，每根槽钢打四个孔，上下左右对称，孔径32mm。在桩帽横向上（垂直于渡槽轴线）用 28mm 的光面钢筋，作为两侧槽钢的拉杆，拉杆加工成“L”型，单根长度 5.38m，长方向端部加工 15cm 长粗牙螺纹丝口。对应槽钢开出的孔，每孔穿一根加工好的拉杆，穿过槽钢的拉杆上下两层应对称交替进行， “L”型拉杆长方向螺纹部位采用螺栓连接， “L”型拉杆短边相接处采用焊接。焊接完成并达到要求后再对另一端螺母进行加力拧紧。该方法相当于在桩帽上加两道箍，增加水平箍筋作用，以提高桩帽牛腿处砼内摩擦力和抗剪能力，使桩帽在
8、承受竖向和水平荷载时，原来的裂缝不至于再增大。该步骤实施是在渡槽空载的状态下进行，实施后对原裂缝做好观测标志，并按时进行裂缝观测，掌握裂缝变化情况。 型钢抱箍加固照片 钢筋砼包裹加固钢筋布置照片 3.2 钢筋砼包裹加固 在型钢加固完成后，即对桩帽进行钢筋砼包裹加固。针对牛腿型桩帽，采用每个桩帽上部（沿渡槽垂直方向）布置 16 根 20 钢筋，每根钢筋间距为 60mm，钢筋长度 9m 左右，顶部 4.9m 为直线，两侧对称下弯与牛腿形式保持一致，垂直于该排钢筋方向按结构要求配置 12 钢筋，间距 200mm。该牛腿平面的这一排钢筋主要作用是帮助分担原砼内的面层受拉钢筋的负荷，以减少原砼桩帽内受拉
9、钢筋拉伸量，避免裂缝增大。 在桩帽两个牛腿的根部沿桩帽平面 45 度左右分别设置 7 根 20 钢筋，间距 60mm，每根长度 5.9m。该钢筋为骑马筋形式，上部 1.7m 与桩帽同宽，两侧沿伸致牛腿根部，并下弯致牛腿下部，与平面布置（沿渡槽垂直方向）的下弯钢筋连接。该钢筋的作用就是要增强两个牛腿的斜截面的抗剪能力。 钢筋绑扎与先实施的型钢抱箍结构可以交叉但不能硬连（焊接、绑扎等）在一起，保证其各自的变形自由度，让其各自作用协同受力。钢筋保护层厚度取 3-5cm，砼采用 C25 二级配，浇筑厚度为 20-30cm（牛腿侧厚） 。考虑到支撑摇轴下部砼被压破、开裂，该表面的砼浇筑应高于原被压破开裂
10、的砼高度，以形成整体受力状态，改善以前的应力集中局面，但浇筑的新砼不应高过支撑摇轴的活动部位，以免影响摇轴的自由度。每个墩的砼浇筑必须一次性完成，不得分期和留施工缝，以确保砼的整体性，提高其整体受力条件。 4、发挥作用与效果 两种加固措施先后实施，作用相同，但作用侧重点有所区别。型钢加固是第一道防线，既直接参与抵抗渡槽支座传来的剪切应力，增强砼的内摩擦力。钢筋砼加固是第二道防线，虽然作用大致相同，但该加固是在 “T”型牛腿桩帽的裂缝在上部荷载的作用下再发生变形（即便是很微小的变形）后，才能发挥其主要作用。 通过对渡槽桩帽的加固，最大限度的控制了桩帽的再变形而引起的灾难性的后果，确保了灌区春灌工作的有序开展，及时缓解灌区用水紧张的局面。从渡槽试通水到渡槽满负荷运行后的很长一段时间里，我们对加固后的桩帽加强进行观测，到目前为止，桩帽内原来的裂缝都没有反射到外层砼，说明两种加固措施起到了良好的作用，控制了原裂缝的开展，分担了原桩帽所受的荷载。 作者简介：郭毅（1977.02.）姓别：男 籍贯：四川省蒲江县 学历：本科 职称：工程师 研究方向：灌区水利工程建设
