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
陈　雯　李　敏　韩　峰
浙江省水利水电勘测设计院　浙江杭州　310002
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
处理方案
关键词：矩形渡槽；裂缝；支座
工程概况
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，
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
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
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
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
5.20m×4.00m（总宽×总高），侧墙、底板厚度为0.30m，顶板厚度为
0.20m，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
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
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。
1　裂缝分布
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
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
查中，发现了261条代表性裂缝，裂缝总长470.8m
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
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
（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
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
直水流方向。
2　结构复核
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
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
计算。
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
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
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
控制满足《水工混凝土结构设计规范》（SL191-2008）要求。
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，
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
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
足现行规范《水工钢筋混凝土结构设计规范》（SL191-2008）的要求；底
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
构设计规范》（SL191-2008）的要求。
3　裂缝成因分析
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
部位等方面，讨论裂缝形成原因。
3.1自然环境
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，
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
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。
3.2建设标准低及施工技术方法不完善
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
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
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
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
合理是槽身裂缝的原因之一。
3.3渡槽主要结构部位的裂缝
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
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
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
（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
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
结构）。
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
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
缝有发展趋势，应及时上报并进行处理。
4　裂缝处理方案
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
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，
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。
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
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、
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
会的生活、生产有较大影响。因此减轻荷载方案很难实施。
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
强和增设支座。
1）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
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
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
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
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
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。
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
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
混凝土灌注桩和墩帽，并加一定的顶托。
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
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，
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
术比较，最后推荐方案二。
2012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，
跨中位移1mm，顶托力660kN。
5　结论
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
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
案已实施，效果良好。
参考文献：
[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].
中国农村水利水电，2011，12（1）：111-113
[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）：
35-38.
[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].
人民黄河，2010，4（32）：126-127.
[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，
2008.
作者简介：陈雯，硕士，工程师