新疆排洪涵洞结构加固设计

［摘要］ 以新疆某水电站引水渠道排洪涵洞的结构加固为例，介绍了涵洞结构复核计算、加 固方案的选择，并给出具体的实施方案。通过加固后的运行及监测情况可以看出，涵洞的结构 加固取得了良好的效果。

［关键词］ 排洪涵洞; 裂缝; 配筋不足; 加固方案

1 工程概况

新疆某III 等中型引水式电站位于新疆伊犁哈萨克自 治州巩留县境内，电站总装机容量为132 MW，其中引水渠 长6. 2 km，设计引水流量100 m3 /s。由于渠线所在区域洪 沟众多，因此渠道沿线都布置了导洪堤，并设置了8 个排 洪涵洞。 该电站排洪涵洞，均为箱涵形式，洞身段采用钢筋混 凝土矩形断面，顶板、底板及边墙厚度大都为0. 5 m，每段 长10. 0 m，缝间设止水填缝材料，洞身段纵坡i = 1 /200。除 1#涵洞断面为3 m × 3. 5 m( 宽× 高) 的4 孔箱涵; 其余均 为2 m × 2 m( 宽× 高) 1 孔箱涵。 该水电站投入使用后，有多个涵洞出现了变形及裂 缝的情况，已影响到工程的运行。涵洞内裂缝具有一定 的规律性，均是进出口首节无裂缝，从第2 节开始，在顶 板、底板中间出现3 ～ 4 条裂缝，裂缝沿涵洞轴线呈现连续 状。而且所有涵洞均出现了不同程度的渗水现象，在伸缩缝处越加明显。

2 涵洞结构复核计算

在对该电站排洪涵洞进行加固设计前，首先对排洪 涵洞进行了结构计算复核，计算内容如下:

1) 计算箱涵各部位在承载力极限状态下，正截面受 弯和斜截面的承载能力。

2) 计算箱涵各部位在正常使用极限状态下的截面 配筋是否满足抗裂要求，并验算裂缝宽度在荷载效应组 合状况下是否满足规范要求。 结构复核计算时，严格遵循现行水工建筑物荷载、结 构设计规范，内力计算方法采用PC1500 － G － 14“带斜杆 带弹性地基梁的平面框架内力及配筋计算”程序进行计 算。

3 涵洞结构复核计算结果

涵洞配筋计算成果见表1，表2。

通过计算可以看出，除8 号涵洞外，其余涵洞的顶板 和底板配筋不足，正截面受弯承载力和斜截面受剪承载 力不够，将导致箱涵顶板和底板在跨中位置出现受弯和 受剪裂缝，结构复核结果与现场勘查情况相吻合。

4 涵洞加固方案

通过计算可知，目前涵洞的主要问题集中在顶板和 底板跨中弯矩过大、配筋不足上。在涵洞中增加支撑可 大大改善涵洞的受力条件。通过在涵洞内增加隔墙、支 撑柱，加大涵洞壁厚等方案的比较，认为在涵洞中增加隔 墙最为有效、可行。 涵洞中间增加宽300 mm的混凝土墙后，组成类似单箱双室的结构，减小了结构计算跨度，可以达到减小结构 内力和提高承载力的目的，确保结构安全性。 对涵洞内出现的0. 2 ～ 0. 3 mm的裂缝采用开槽法修 补，进行裂缝封闭处理。对涵洞顶板和底板出现的宽度 大于0. 3 mm的裂缝采用灌浆法修补，解决钢筋混凝土结 构耐久性问题。另外，对于所有出现漏水现象的裂缝，无 论裂缝宽度多少，均采用灌浆法进行修补。

4. 1 隔墙方案结构计算 初拟在涵洞中线增设30 cm厚的隔墙在对原涵洞进行 结构配筋计算，计算结果见表3。

通过计算结果可以看出，采用在涵洞中线增加隔墙 加固后，箱涵内外侧结构配筋均可以满足要求。 隔墙截面配筋计算: 隔墙厚度为300 mm时，隔墙荷载以轴向力为主，配筋 满足最小配筋率即可。 Asρmin = 450 mm2 隔墙设计断面尺寸b × h = 1 000 mm × 300 mm，设计 配置3 根Ф16 三级钢筋( As = 603 mm2 ) 截面受压承载力 即可满足要求。

4. 2 加固后过流能力复核 采用无压流长洞过流能力公式计算: Q = ωC 槡Ｒi 式中: Ｒ 为隧洞过水断面的水力半径; ω 为隧洞过水断面 面积; i 为隧洞底坡，为1 /200; C 为谢才系数，n 为粗糙系 数，混凝土护面，糙率系数取0. 014。 根据计算，结果见表4。

2-4

涵洞水力学计算时，不能只计算涵洞洞身的过流能 力，还需要使用宽顶堰堰流公式，计算进口的过流能力。 见表5。

2-5

由上可以看出，涵洞加固后，洞身均满足过流要求。 但1#涵、4#涵、5#涵、6# 涵洞在涵洞加固前，进口已不能满 足涵洞净空要求，将会导致澭水现象。

5 涵洞加固措施

5. 1 钢筋混凝土隔墙方案 隔墙施工包括顶、底板处植筋和混凝土浇筑工作。

5. 2 植筋 新增混凝土隔墙与原顶板和底板用钢筋连接，将支 承结构与顶板和底板连为一体。植筋间距为300 mm。植 筋直径为16 mm，植入混凝土深度为25 cm。植筋之前，在 节点连接部位的顶板和底板其周围的保护层应全部表面 凿毛，清除浮渣。

5. 3 浇筑 新增结构施工除了钢筋连接之外，另一重点工作就是 混凝土浇筑，混凝土选用C25 二级配F200 混凝土。施工过程中应注意以下几点: ①浇筑之前凿毛，清除浮渣; ②将浇 筑表面清洗干净，在浇筑新混凝土之前，对老混凝土表面净 浆铺盖厚度以10 mm为宜，增强新老混凝土粘结; ③墙顶与 顶板间形成的收缩缝或局部不密实部位，采用化学灌浆法 完成处理，灌浆时其化灌材料应具有一定的膨胀性;④隔墙 每10 m设一道伸缩缝，缝宽2 cm，填缝材料为高压闭孔塑料 板，闭缝材料采用聚氨酯。见图1，图2。

5. 4 涵洞裂缝修补 在修补混凝土裂缝之前应全面考虑各种影响因素， 包括施工安全等，确定裂缝修补方案。 化学灌浆是对混凝土裂缝进行修补的重要手段，已 在裂缝修补中得到了广泛的应用，主要用于深层及贯穿 裂缝的修补。灌浆是将一定材料配制成浆液，用压力设 备将其灌入缝隙或空洞中，使其充填、扩散、胶凝、凝固，从 而达到防渗、补强的目的。灌浆材料的性能对裂缝的修 补效果有决定性的影响。

对涵洞出现的0. 2 ～ 0. 3 mm的裂缝采用裂缝封闭处 理。对涵洞出现的宽度大于0. 3 mm的裂缝采用灌浆法修 补。涵洞内裂缝宽度小于0. 2 mm的裂缝不做处理。对于 涵洞内出现漏水现象的裂缝，无论裂缝宽度多少，均采用 灌浆法修补。 5. 5 涵洞伸缩缝处理 涵洞伸缩缝处理时，先采用遇水膨胀的水溶性聚氨 脂进行缝内灌浆，灌浆完成后在伸缩缝表面填充柔性封 闭材料进行闭缝处理，再用聚合物水泥砂浆找平，最后在 砂浆表面设置柔性涂膜防水层，对涵洞伸缩缝形成双重 防护。

6 结语 该电站排洪涵洞结构加固工作于2013 年3 月正式实 施， 2013 年9 月完工，施工期间有数个涵洞经历了过洪考 验。从目前的运行监测结果上看，涵洞加固后运行良好，未 发现新增裂缝，说明本次涵洞加固方案是正确和有效的。

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