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1、某渡槽槽身安全性检测及结果分析湖北省建筑科学研究设计院 雷珺 李军一、工程概况1、概况某渡槽是宜昌东风渠总干渠上的一座主要建筑物之一，该渡槽已使用20多年。1997年1998年由于原槽身断裂严重及钢筋锈蚀厉害，为保证安全，对原有渡槽进行了一次全面的整治和加固，更换了全部渡槽槽身，将原有24节双悬臂连续梁槽身全部改成了简支梁槽身，并对相应的支座排架及其基础进行了加固，1998年5月通水以来，新槽身先后出现大量裂缝，为此近几年又针对新槽身裂缝、漏水进行了部分加固。2、渡槽槽身结构现状槽身横向截面采用带拉杆的内空矩形断面，内空净宽2.8m，净高2.35m，槽两侧壁厚0.2m，槽底板厚0.25m，拉杆
2、为矩形截面(0.150.15m2) ，拉杆间距1.5m，拉杆内配上下各214钢筋，箍筋6250，拉杆上面现浇宽1.0m，厚1.0m的混凝土人行面板，槽身设计标号为C25，槽身纵向采用简支梁结构，跨度有6m、9m、9.9m、11.0m、12.0m、12.8m、14.4m等七种形式，每节渡槽槽身均为四点支撑。3、渡槽的技术参数渡槽实际长度455.85m，上游进口槽底高212.48m，出口槽底高211.57m，坡降为1/500，设计流量为15m3/S，相应水深为2.04m，加大流量18m3/S，相应水深为2.35m，槽身净宽2.8m，渡槽采用钢筋混凝土排架支承，排架最大高度20余米，最小高度约5米。
3、二、检测目的及内容目前渡槽尚未加固的槽身多处出现横向和纵向裂缝，尤其是部分槽身中间出现多处贯穿性裂缝，给其安全使用带来了严重的隐患。本次检测针对四节渡槽槽身进行了载荷试验，并用水准仪对构件挠度变化进行了全过程测量，了解渡槽槽身的刚度情况；对所试验中的一节渡槽槽身进行详细的裂缝检测，用读数显微镜对裂缝进行测量，并记录槽身裂缝的实际状况；对所试验中的一节渡槽槽身的施工缝进行浅层抽芯，观察施工缝处混凝土的内质状况。三、检测结果及分析1、槽身载荷试验试验结果对未加固渡槽槽身三节、已加固渡槽槽身一节进行载荷试验，试验分槽身空载，槽身不同受荷等四种情况进行。测试时间及载荷情况、槽身挠度值见下一览表。测试时
4、各槽荷载情况一览表 荷载与槽号测试时间2号槽荷载9号槽荷载 10号槽荷载18号槽荷载10时12时水深1.45m约13m3/s水深1.40m约13m3/s水深1.40m约13m3/s水深1.35m约13m3/s14时15时空 槽空 槽空 槽空 槽16时17时空槽槽底空槽槽底空槽槽底空槽槽底20时21.3时水深1.40m水深1.86m水深1.86m水深1.86m9.3时10.3时（第二日）水深1.0m约5m3/s水深1.0m约5m3/s水深1.0m约5m3/s水深1.0m约5m3/s测试槽身挠度值一览表槽身编号槽身实际计算跨度（m）实测最大挠度值规范允许挠度值（mm）空载时（mm）最大试验荷载时（
5、mm）29.513.018.021.111810.722.534.019.45911.511.021.520.911011.510.514.020.91测试结果：所抽测的四节渡槽槽身二节能满足规范要求的允许挠度值；9、18号槽身不能满足规范要求。9号和18号构件挠曲线图见下表。分析载荷试验选择了目前裂缝多且未加固的槽身中跨度大的2号、18号槽，同时为了对已加固的槽身和未加固的槽身作出比对，选择了9号、10号槽进行载荷试验。在试验载荷大小上，采用了半槽水(实际流量约13m3/S)、大半槽水水深1.86m (超过历史最高槽身水位0.3m)，和小半槽水水深1.0m，三种载荷情况进行槽身的挠度变化检测
6、，而且左、右侧墙均进行了测量，为了找出空载时结构自重所产生的挠度，对左右侧墙、槽底均进行了检测，反复测量，以减少测量误差。所有载荷测试结果表明：载荷变形曲线基本呈线性关系；2号、10号槽身回弹较好，减少载荷后的变形值均未超过最大变形值的10%。9号、18号槽身回弹较差，减少载荷后的变形值超过最大变形值的10%以上。试验结果比对了加固与未加固槽身的明显区别，已加固的槽身在载荷作用下结构刚度明显大于未加固构件，承载能力明显提高。试验结果与构件的裂缝多少，尤其是跨中底板横向裂缝多少有着直接的联系，18号槽身侧墙上水平缝隙二通条，竖向近10条，板底四条(其中中间一条从板底伸通到两侧的梁上)，试水后裂缝
7、漏水严重，结构变形大。、2号槽身检测裂缝检测对2号槽身进行详细的裂缝观测，裂缝宽度为0.1mm0.2mm之间，详细结果如下图示。号槽身施工缝浅层抽芯结果共抽取芯样7个，其中4个芯样观察后做混凝土抗压强度试验。通过对芯样的观察发现：施工缝接头处均存在明显的裂缝，而且贯穿整个芯样长度(30150mm之间)，裂缝宽度在0.10.15mm之间，裂缝中有白色反碱物质。施工缝接头处的上下两接触面明显，断面细骨料偏多，有的甚至大部分为砂浆，混凝土级配不合理。施工缝接头处混凝土不够密实，芯样中发现明显的小气孔，振捣不够密实。 四、槽身裂缝成因分析造成渡槽槽身目前的这种现象，可以认为是下列几个方面原因造成的：1
8、、使用环境的原因渡槽处在两山的山冲中，槽身两侧墙板大致一边东晒、一边西晒，流水向南，自然环境气候对其影响较大。混凝土槽身表面常年遭受自然状态下的曝晒、雨淋，偶然的冻融，流水时的冲刷，水位升降的干湿交替，夏日水下与水上混凝土的温差，板底板上、墙内墙外的差别，使得槽身处在一种恶劣的使用环境中。由于长期在露天、水位变化较大的情况下工作，混凝土受温度变化的影响，热胀冷缩必定会产生一定的收缩和温度变形，从现场观察到的裂缝看：墙梁产生的裂缝沿梁长度方向垂直于地面，而且裂缝之间大体等间距，这种现象基本符合收缩和温度变形的特征。槽底板的裂缝沿板的长度方向与跨度方向一致并大体是等距离的平行裂缝，这种现象也基本符
9、合收缩和温度变形的特征。因此环境的影响是槽身裂缝的原因之一。2、施工及施工技术方法的原因渡槽完工后不久就发现有的槽身出现多条反白灰质样的裂缝，这说明可能施工时槽身混凝土就出现了很小的裂缝，这从2号槽身施工缝处的芯样就清楚的发现。由于有很细小的裂缝存在，渡槽通水后在水的作用下 (水分子直径只有0.310-6毫米，因此极小的裂缝水分子就能进入)，根据混凝土的特征，混凝土能在微细裂缝中析出石灰，而且自动起到堵水作用。这些细小的裂缝在现浇构件时经常会产生，有些可能是施工时底模支撑不牢固产生位移引起，早期混凝土在尚未凝固时的敏感时期内，模板稍有位移混凝土内部就会产生细小裂缝。也有可能是板厚偏大时，养护不
10、到位，混凝土收缩时内外不一致所产生的裂缝。施工时施工缝隙的处理技术不合理或者不适当，使上下两段混凝土出现明显的施工缝隙，从现场的情况看，多数槽身垂直上下的接头均存在一定的缝隙。从抽取的芯样看，混凝土级配不太合理，混凝土不够密实。由于施工缝处密实度较差，渡槽中的水很容易渗入缝中，渗入水中的有害物质就有可能对砼产生化学侵蚀作用，在严寒的冬季还会因缝中的渗水反复冻融、导致混凝土的微小裂缝越来越大。另外，大面积的墙、板，在设计时会使用钢筋网，在施工中，有可能会受钢筋的影响，振捣不合理，使混凝土出现离析，使钢筋网的上下，或者左右的混凝土产生不均匀，从而留下日后开裂的隐患，故施工及施工技术欠合理是槽身裂缝
11、的原因之一。3、结构构造措施不足的原因结构构造措施不足或不当，也会使混凝土构件产生开裂。渡槽槽身为梁和板合一的结构，这种梁板结构在现实中产生裂缝的现象比较普遍，裂缝出现在板上的时常为贯穿性裂缝，出现在梁上的时常为浅表裂缝，当板的平面为矩形时，裂缝方向与较长方向垂直，这种裂缝是由温度变化及收缩引起，当结构周围的气温及湿度变化时，梁板都要产生变形温度变形及收缩变形，由于板的刚度和配筋一般远远小于梁，所以板截面紧随气温变化而变化，水分蒸发较快，收缩变化较大，但是梁的刚度和配筋较大，故其温度变化相对滞后，特别是本渡槽槽下暗梁与水平方向的厚底板连在一起，厚底板上表与梁常年处于水下，其上侧墙和厚底板处在自
12、然的露天下，忽冷忽热的变化就会更为明显，由此产生板、梁的温差与收缩的变形。这种裂缝方向一般是垂直于约束较大和垂直于抗拉能力较弱的方向。为了防止和减轻这类的混凝土裂缝，在结构构造上对于厚度大于200mm的现浇单向板的分布钢筋直径宜适当加大，间距加密，以抵抗板内因温差与收缩引起的拉应力，本工程渡槽的槽身侧墙(200mm)底板(250mm)，构造分布钢筋均选用6250，钢筋直径偏小，间距偏大，按水工混凝土结构设计规范SL/T 191-96和混凝土结构设计规范GB 50010-2002的要求，本工程渡槽槽身采用的是四点支撑，即每一侧的侧墙应视为深弯构件，按深弯梁的要求，板内分布钢筋的直径不应小于8mm
13、，间距不应大于200mm。结构构造措施不足是槽身裂缝的原因之一。五、结语1、载荷试验表明：在跨度一样，其它相关条件基本一致时，加固后的渡槽槽身比未加固的渡槽槽身的结构刚度明显增大，在相同荷载作用时，两者间跨中最大挠度比为1:1.21.4左右，承载能力明显提高。加固后的渡槽比未加固的渡槽槽身承载能力可提高30%左右。2、渡槽槽身存在大量的贯穿性裂缝，通水时渗漏水会对混凝土内的钢筋产生锈蚀，钢筋的锈蚀减少钢筋的有效截面面积，降低渡槽槽身的承载能力，影响正常使用。尤其是渡槽槽身受载荷情况不断变化，反复交替，使变形逐渐增大，变形增大裂缝也进一步加大，当变形达到一定程度时槽身内的受力钢筋达到极限，就会使槽身开裂。3、实际检测工作内容多，数据量大，限于文章的篇幅，本文未能进行详细的分析。
