论文部分内容阅读
电白县水利水电勘测设计室 广东茂名 525000
摘要：水库坝下的涵管施工质量是水库性能和安全的保证，采取合适的方案能有效治理涵管的质量问题。本文结合某水库坝下涵管存在的几个严重病险问题，综合涵管的实际情况和混凝土的安全性分析等计算结果，细致地检验了涵管的安全性，并依此提出了取消初设涵管内衬钢管的方案，对涵管进行加固的处理和改造，经改造后经过多次大流量泄水考验，涵管运行状况良好。
关键词：坝下涵管;修补处理;环氧砂浆;丙乳砂浆;充填灌浆
0 引言
随着我国经济的不断增长，生活和生产对能源的需求也在不断提高，水库大坝的建设施工项目因此越来越多。但是由于施工质量不高、材料不符合要求和使用时间过久等原因，水库坝下的涵管质量得不到保证，直接影响了水库的运行和安全，如何对涵管进行加固处理来确保水库能正常运行是工作人员需要解决的问题。下面就此进行讨论分析。
1 工程概况
某水库是一座以灌溉为主，防洪、发电、养殖等为辅综合利用的中型水库。工程枢纽主要组成部分主坝、主坝输水涵管、副坝、副坝输水涵管、溢洪道和电站。主副坝均为黏土心墙坝，主坝长526.5m，最大坝高23.3m，坝顶高程55.5m。主坝涵管为放空、灌溉和发电输水涵管，位于主坝左端坝体内，是圆形钢筋混凝土管，管径1.5m，总长87.75m，壁厚0.4m涵管底座为混凝土刚性底座（其包角为180°），坐落在砂质板岩上;沿管长设有5道伸缩缝，用紫铜片塞沥青麻丝止水，分段长度依次为5.0～18.0m。涵管经过一次改造，即在管外壁包了1层厚0.15m的钢筋混凝土，管壁厚度增加至0.55m。
2 初设阶段涵管安全鉴定及加固方案
主坝输水涵管基础坐落在风化砂质板岩之上，涵管周围为坝体填土。已建大坝填土成分复杂，坝体上部及上、下部边坡均由风化板岩、砂砾卵石等料填筑;坝体内部黏土心墙和冲抓防渗墙主要由粉质黏土、含砾粉质黏土夹黏土、含砾粉质壤土组成，局部为灰黑色淤泥质黏土，黏土心墙和冲抓防渗墙填土中多含小砾，且为坝附近阶地冲积土，防渗性尚好，但由于局部填筑质量较差，存在渗漏隐患。
根据水库大坝的安全鉴定结论，主坝输水涵管存在的主要问题：涵管内壁表面有多处蜂窝、麻面及露筋现象，局部存在裂缝;伸缩缝破坏严重;涵管进口闸门止水损坏严重。经复核计算，涵管结构不满足抗裂要求，故初步设计阶段经比选，推荐采用以下方案对涵管进行加固处理：将涵管内壁表面的蜂窝、麻面、露筋现象和已损坏的伸缩缝进行修复处理，并内衬钢管。钢管内径1.4m，厚度10mm;钢管与混凝土管之间空隙回填砂浆，为确保钢管与混凝土管紧密结合，对钢管与混凝土管之间进行接触灌浆。对涵管周围大坝土体（空隙）进行充填灌浆，以防止混凝土涵管漏（渗）水和沿管外壁发生集中渗流而影响坝体安全。
3 施工阶段涵管加固计算分析
为进一步查清涵管存在的问题，为采取合理可行的加固处理方案提供可靠依据，对涵管进行了现状情况调查、混凝土强度检测试验、结构安全性分析等项的计算分析。
3.1 涵管现状调查
为满足施工需要，水库开始放空，为对涵管进行认真、仔细的现状调查创造有利条件，参建各方一道先后两次对涵管进行现状调查。在第一次调查后，对涵管表面污物进行清洗，并对涵管进行第二次仔细检查。经检查发现：涵管管身混凝土基本完好;进口闸有闸门锈蚀、止水老化且漏水严重;涵管混凝土表面顶部多处分布有蜂窝麻面，少数几处有剥落露筋且钢筋锈蚀的现象;伸缩缝破坏严重，多处填缝材料已被掏空;未发现涵管裂缝及管身渗水现象。通过对涵管内表面的凿槽检查，发现涵管内表面有厚3mm左右的褐色疏松层，表面约1mm厚层可轻易刮除，内侧约2mm厚需用凿子才能凿除。松散层以内混凝土较坚硬，用铁锤敲打发出清脆的响声。
经初步分析认为：
①涵管混凝土表面蜂窝麻面、剥落露筋现象基本分布于涵管顶部，涵管顶拱施工难度大，混凝土振捣不充分，施工质量较差，是造成涵管混凝土表面损坏的主要原因。
②只有顶部少数几处有混凝土剥落，露筋锈蚀的现象，露筋范围小且钢筋未遭受严重锈蚀损坏。
③涵管已运行40多年，其内表面的疏松层产生主要原因：其一，表面可能有一部分为水流所带来的附着物;其二，由于工程环境水对混凝土具中等溶出型腐蚀，是水流对混凝土的侵蚀作用所致;其三，在干湿交替循环作用下，混凝土发生碳化所致。
3.2 涵管混凝土强度检测试验
为对涵管混凝土质量做进一步的分析判断，对涵管管身混凝土进行钻取芯样，进行了强度检测。根据9组试样检测试验结果，混凝土抗压强度标准值为：最小值24.1MPa，最大值55.8MPa，最小平均值25.4MPa，最大平均值50.2MPa。
根据原设计资料，输水涵管混凝土标号采用150号，根据SL/T191-2008《水工混凝土结构设计规范》，标号为150号的混凝土相当于强度等级为C14的混凝土。涵管混凝土实际抗压强度高于原设计值。从钻取的芯样外观看，涵管混凝土完好新鲜。
3.3 涵管结构安全性分析
（1）计算条件
根据涵管混凝土实际检测结果，混凝土抗压强度标准值采用最小平均值25.4MPa，根据规范，涵管混凝土强度等级采用C25。根据涵管布置情况，取出口处坝体填土较低的Ⅰ-Ⅰ断面及坝轴线附近下游处坝体填土较高的Ⅱ-Ⅱ断面进行结构安全复核计算。考虑以下7种不同水位工况，并按有关规范与其他荷载进行组合，荷载组合如下：
①运行期：涵管自重+填土重+填土压力+内（外）水压力（含水锤压力）;
②检修期：涵管自重+填土重+填土压力+外水压力。 （2）计算结果及分析
经计算，最不利荷载组合工况为校核洪水位+水锤压力工况，计算结果如表1、表2所列。
表1 涵管配筋计算结果
表2 涵管抗裂验算结果
计算结果表明，在最不利荷载组合情况下，涵管配筋均满足强度要求;在Ⅱ-Ⅱ断面处，当涵管管壁厚度按0.4m考虑时，不满足抗裂要求;其余条件下均满足抗裂要求。由于改建后的涵管管壁厚度已达0.55m，故认为整个涵管均满足抗裂要求。
（3）与初步设计结果不同的原因分析
初步设计阶段结构计算依据的是SDJ20-78《水工钢筋混凝土结构设计规范》，涵管混凝土标号采用原设计的150号，其混凝土强度等级为C14。本阶段结构计算依据的是SL/T191-2008《水工混凝土结构设计规范》，根据实际检测结果，涵管混凝土强度等级采用C25。因此，上述结果与初步设计结果不同的主要原因为：由于计算所依据的规范不同，且涵管混凝土强度等级采用值也不同，故造成两个阶段结构计算结果的差异。
3.4 计算分析结论
根据上述各项计算分析结果，得出以下结论：
①水库主坝输水涵管虽经四十多年的运行，但没有出现大的结构性安全问题。涵管结构强度及抗裂安全满足规范要求，未发现涵管裂缝及管身渗水现象，涵管处理应以修补加固为主。
②涵管漏水严重是由于进口闸有闸门锈蚀、止水老化所致，可通过更
换闸门及其止水设施解决。
4 施工阶段涵管加固处理方案
根据涵管现场检查发现的病危问题及结构安全复核结果，考虑到主坝输水涵管有3处转弯，涵管断面不规则、内径小，且有一处岔管，内衬钢管施工难度较大，施工质量难保证，故施工阶段拟变更初步方案，即取消输水涵管内衬钢管，仅对涵管管身采取补强加固措施。
4.1 涵管管身补强加固处理
考虑到涵管内壁混凝土表面蜂窝麻面、局部混凝土剥落露筋、钢筋锈蚀等缺陷，由此而造成涵管结构强度的削弱，对涵管管身内壁砼表层进行局部修补处理。对涵管表层有蜂窝麻面、空洞、已松动及碳化等损坏的砼进行清除，再对清除部位砼表面采用环氧砂浆进行填补，其加固方案如图1所示。
图1 管身补强加固方案
4.2 涵管伸缩缝及止水修补处理
清除伸缩缝内止水片至迎水面之间残留的已损坏嵌缝材料，用沥青麻绳及沥青砂浆嵌缝;当止水片已拉裂时，在管壁凿槽加镶止水片（图2）。
图2 伸缩缝及止水修补处理方案
4.3 管身内壁丙乳砂浆涂抹处理
为了减缓涵管砼老化、腐蚀、碳化并起抗冲耐磨的作用，以提高涵管结构的安全性及使用寿命，对涵管管身内壁进行全表面涂抹处理。根据国内目前类似工程成功经验，涂抹材料采用丙乳砂浆。对丙乳砂浆的设计要求为：丙乳砂浆防护层厚度为2.0cm，抗压强度不小于30MPa，抗折强度不小于10MPa，抗渗等级不小于W10。
4.4 充填灌浆
对涵管周围大坝土体（空隙）进行充填灌浆，灌浆长度约770.0m，以防止砼涵管漏（渗）水和沿管外壁发生集中渗流而影响坝体安全。
5 结语
总的来说，该水库的涵管原本已有一定的抗腐蚀和抗碳化的能力，加固处理可以加强管身的强度。施工制定的施工方案不但可以保证施工安全，还可以简化施工流程和减少成本。涵管的加固处理完成后，水库经过了多次的泄水考验，运行工作正常，该加固工程达到了目标效果。
参考文献：
[1]刘锐.小型水库输水涵管加固技术方案关联因素分析[J].长江科学院院报，2011，28（1）：25-26.
[2]施咏权.三洲田水库坝下涵管加固设计[J].中国农村水利水电，2010，51（7）：101-102.
摘要：水库坝下的涵管施工质量是水库性能和安全的保证，采取合适的方案能有效治理涵管的质量问题。本文结合某水库坝下涵管存在的几个严重病险问题，综合涵管的实际情况和混凝土的安全性分析等计算结果，细致地检验了涵管的安全性，并依此提出了取消初设涵管内衬钢管的方案，对涵管进行加固的处理和改造，经改造后经过多次大流量泄水考验，涵管运行状况良好。
关键词：坝下涵管;修补处理;环氧砂浆;丙乳砂浆;充填灌浆
0 引言
随着我国经济的不断增长，生活和生产对能源的需求也在不断提高，水库大坝的建设施工项目因此越来越多。但是由于施工质量不高、材料不符合要求和使用时间过久等原因，水库坝下的涵管质量得不到保证，直接影响了水库的运行和安全，如何对涵管进行加固处理来确保水库能正常运行是工作人员需要解决的问题。下面就此进行讨论分析。
1 工程概况
某水库是一座以灌溉为主，防洪、发电、养殖等为辅综合利用的中型水库。工程枢纽主要组成部分主坝、主坝输水涵管、副坝、副坝输水涵管、溢洪道和电站。主副坝均为黏土心墙坝，主坝长526.5m，最大坝高23.3m，坝顶高程55.5m。主坝涵管为放空、灌溉和发电输水涵管，位于主坝左端坝体内，是圆形钢筋混凝土管，管径1.5m，总长87.75m，壁厚0.4m涵管底座为混凝土刚性底座（其包角为180°），坐落在砂质板岩上;沿管长设有5道伸缩缝，用紫铜片塞沥青麻丝止水，分段长度依次为5.0～18.0m。涵管经过一次改造，即在管外壁包了1层厚0.15m的钢筋混凝土，管壁厚度增加至0.55m。
2 初设阶段涵管安全鉴定及加固方案
主坝输水涵管基础坐落在风化砂质板岩之上，涵管周围为坝体填土。已建大坝填土成分复杂，坝体上部及上、下部边坡均由风化板岩、砂砾卵石等料填筑;坝体内部黏土心墙和冲抓防渗墙主要由粉质黏土、含砾粉质黏土夹黏土、含砾粉质壤土组成，局部为灰黑色淤泥质黏土，黏土心墙和冲抓防渗墙填土中多含小砾，且为坝附近阶地冲积土，防渗性尚好，但由于局部填筑质量较差，存在渗漏隐患。
根据水库大坝的安全鉴定结论，主坝输水涵管存在的主要问题：涵管内壁表面有多处蜂窝、麻面及露筋现象，局部存在裂缝;伸缩缝破坏严重;涵管进口闸门止水损坏严重。经复核计算，涵管结构不满足抗裂要求，故初步设计阶段经比选，推荐采用以下方案对涵管进行加固处理：将涵管内壁表面的蜂窝、麻面、露筋现象和已损坏的伸缩缝进行修复处理，并内衬钢管。钢管内径1.4m，厚度10mm;钢管与混凝土管之间空隙回填砂浆，为确保钢管与混凝土管紧密结合，对钢管与混凝土管之间进行接触灌浆。对涵管周围大坝土体（空隙）进行充填灌浆，以防止混凝土涵管漏（渗）水和沿管外壁发生集中渗流而影响坝体安全。
3 施工阶段涵管加固计算分析
为进一步查清涵管存在的问题，为采取合理可行的加固处理方案提供可靠依据，对涵管进行了现状情况调查、混凝土强度检测试验、结构安全性分析等项的计算分析。
3.1 涵管现状调查
为满足施工需要，水库开始放空，为对涵管进行认真、仔细的现状调查创造有利条件，参建各方一道先后两次对涵管进行现状调查。在第一次调查后，对涵管表面污物进行清洗，并对涵管进行第二次仔细检查。经检查发现：涵管管身混凝土基本完好;进口闸有闸门锈蚀、止水老化且漏水严重;涵管混凝土表面顶部多处分布有蜂窝麻面，少数几处有剥落露筋且钢筋锈蚀的现象;伸缩缝破坏严重，多处填缝材料已被掏空;未发现涵管裂缝及管身渗水现象。通过对涵管内表面的凿槽检查，发现涵管内表面有厚3mm左右的褐色疏松层，表面约1mm厚层可轻易刮除，内侧约2mm厚需用凿子才能凿除。松散层以内混凝土较坚硬，用铁锤敲打发出清脆的响声。
经初步分析认为：
①涵管混凝土表面蜂窝麻面、剥落露筋现象基本分布于涵管顶部，涵管顶拱施工难度大，混凝土振捣不充分，施工质量较差，是造成涵管混凝土表面损坏的主要原因。
②只有顶部少数几处有混凝土剥落，露筋锈蚀的现象，露筋范围小且钢筋未遭受严重锈蚀损坏。
③涵管已运行40多年，其内表面的疏松层产生主要原因：其一，表面可能有一部分为水流所带来的附着物;其二，由于工程环境水对混凝土具中等溶出型腐蚀，是水流对混凝土的侵蚀作用所致;其三，在干湿交替循环作用下，混凝土发生碳化所致。
3.2 涵管混凝土强度检测试验
为对涵管混凝土质量做进一步的分析判断，对涵管管身混凝土进行钻取芯样，进行了强度检测。根据9组试样检测试验结果，混凝土抗压强度标准值为：最小值24.1MPa，最大值55.8MPa，最小平均值25.4MPa，最大平均值50.2MPa。
根据原设计资料，输水涵管混凝土标号采用150号，根据SL/T191-2008《水工混凝土结构设计规范》，标号为150号的混凝土相当于强度等级为C14的混凝土。涵管混凝土实际抗压强度高于原设计值。从钻取的芯样外观看，涵管混凝土完好新鲜。
3.3 涵管结构安全性分析
（1）计算条件
根据涵管混凝土实际检测结果，混凝土抗压强度标准值采用最小平均值25.4MPa，根据规范，涵管混凝土强度等级采用C25。根据涵管布置情况，取出口处坝体填土较低的Ⅰ-Ⅰ断面及坝轴线附近下游处坝体填土较高的Ⅱ-Ⅱ断面进行结构安全复核计算。考虑以下7种不同水位工况，并按有关规范与其他荷载进行组合，荷载组合如下：
①运行期：涵管自重+填土重+填土压力+内（外）水压力（含水锤压力）;
②检修期：涵管自重+填土重+填土压力+外水压力。 （2）计算结果及分析
经计算，最不利荷载组合工况为校核洪水位+水锤压力工况，计算结果如表1、表2所列。
表1 涵管配筋计算结果
表2 涵管抗裂验算结果
计算结果表明，在最不利荷载组合情况下，涵管配筋均满足强度要求;在Ⅱ-Ⅱ断面处，当涵管管壁厚度按0.4m考虑时，不满足抗裂要求;其余条件下均满足抗裂要求。由于改建后的涵管管壁厚度已达0.55m，故认为整个涵管均满足抗裂要求。
（3）与初步设计结果不同的原因分析
初步设计阶段结构计算依据的是SDJ20-78《水工钢筋混凝土结构设计规范》，涵管混凝土标号采用原设计的150号，其混凝土强度等级为C14。本阶段结构计算依据的是SL/T191-2008《水工混凝土结构设计规范》，根据实际检测结果，涵管混凝土强度等级采用C25。因此，上述结果与初步设计结果不同的主要原因为：由于计算所依据的规范不同，且涵管混凝土强度等级采用值也不同，故造成两个阶段结构计算结果的差异。
3.4 计算分析结论
根据上述各项计算分析结果，得出以下结论：
①水库主坝输水涵管虽经四十多年的运行，但没有出现大的结构性安全问题。涵管结构强度及抗裂安全满足规范要求，未发现涵管裂缝及管身渗水现象，涵管处理应以修补加固为主。
②涵管漏水严重是由于进口闸有闸门锈蚀、止水老化所致，可通过更
换闸门及其止水设施解决。
4 施工阶段涵管加固处理方案
根据涵管现场检查发现的病危问题及结构安全复核结果，考虑到主坝输水涵管有3处转弯，涵管断面不规则、内径小，且有一处岔管，内衬钢管施工难度较大，施工质量难保证，故施工阶段拟变更初步方案，即取消输水涵管内衬钢管，仅对涵管管身采取补强加固措施。
4.1 涵管管身补强加固处理
考虑到涵管内壁混凝土表面蜂窝麻面、局部混凝土剥落露筋、钢筋锈蚀等缺陷，由此而造成涵管结构强度的削弱，对涵管管身内壁砼表层进行局部修补处理。对涵管表层有蜂窝麻面、空洞、已松动及碳化等损坏的砼进行清除，再对清除部位砼表面采用环氧砂浆进行填补，其加固方案如图1所示。
图1 管身补强加固方案
4.2 涵管伸缩缝及止水修补处理
清除伸缩缝内止水片至迎水面之间残留的已损坏嵌缝材料，用沥青麻绳及沥青砂浆嵌缝;当止水片已拉裂时，在管壁凿槽加镶止水片（图2）。
图2 伸缩缝及止水修补处理方案
4.3 管身内壁丙乳砂浆涂抹处理
为了减缓涵管砼老化、腐蚀、碳化并起抗冲耐磨的作用，以提高涵管结构的安全性及使用寿命，对涵管管身内壁进行全表面涂抹处理。根据国内目前类似工程成功经验，涂抹材料采用丙乳砂浆。对丙乳砂浆的设计要求为：丙乳砂浆防护层厚度为2.0cm，抗压强度不小于30MPa，抗折强度不小于10MPa，抗渗等级不小于W10。
4.4 充填灌浆
对涵管周围大坝土体（空隙）进行充填灌浆，灌浆长度约770.0m，以防止砼涵管漏（渗）水和沿管外壁发生集中渗流而影响坝体安全。
5 结语
总的来说，该水库的涵管原本已有一定的抗腐蚀和抗碳化的能力，加固处理可以加强管身的强度。施工制定的施工方案不但可以保证施工安全，还可以简化施工流程和减少成本。涵管的加固处理完成后，水库经过了多次的泄水考验，运行工作正常，该加固工程达到了目标效果。
参考文献：
[1]刘锐.小型水库输水涵管加固技术方案关联因素分析[J].长江科学院院报，2011，28（1）：25-26.
[2]施咏权.三洲田水库坝下涵管加固设计[J].中国农村水利水电，2010，51（7）：101-102.