瀝水溝渡槽邊墩斜井變形原因分析及處理措施

廖宏偉

（陜西省漢中市石門(mén)水庫(kù)管理局，陜西 漢中 723000）

1 概況

1.1 工程概況

石門(mén)水庫(kù)灌區(qū)瀝水溝渡槽震后改建工程屬2008年“5.12”汶川大地震后漢中市的重點(diǎn)震損工程之一，工程位于石門(mén)水庫(kù)灌區(qū)東干渠2.1 km的瀝水溝口入褒河匯流處，控制灌溉面積27萬(wàn)畝，設(shè)計(jì)輸水流量30 m/s，渡槽進(jìn)出、口連接段分別為1＃、2＃隧洞，渡槽主體為新建169.13 m的三跨拱式結(jié)構(gòu)，渡槽為3級(jí)建筑物。渡槽支撐結(jié)構(gòu)形式為排架、墩體、井柱。

由于拱端推力較大，故在渡槽進(jìn)出口位置分別布置排架井柱和邊墩井柱，其中在右側(cè)邊墩共布置井柱4根（豎直井柱2根，斜井柱2根），豎直井柱單根長(zhǎng)16.0 m、直徑2.7m，斜井柱（1#邊墩）單根長(zhǎng)18m、直徑2.7m，均穿透傾倒巖體，端部置于弱風(fēng)化巖體上（圖1）。

圖1 1#邊墩斜井柱位置圖圖

圖2 斜井柱斷面圖

渡槽進(jìn)口右側(cè)邊墩斜井柱斷面為“馬蹄型”（圖2），其軸線與水平線夾角為50.73°，井柱開(kāi)挖采用人工挖孔，開(kāi)挖后采用 I16鋼拱架間距0.8 m進(jìn)行橫向連接，采用掛φ6@200*200鋼筋網(wǎng)，噴射C20砼150厚進(jìn)行噴錨支護(hù)。斜井柱采用C25鋼筋砼澆筑，縱向受力鋼筋為Ф28@114，箍筋為φ12@100螺旋箍筋。

1.2 地質(zhì)情況

瀝水溝工程區(qū)右側(cè)分布的地層主要為前寒武系綠泥石絹云母千枚巖和第四系松散地層。工程區(qū)內(nèi)物理現(xiàn)象，主要表現(xiàn)為基巖傾倒、滑坡、崩塌等。渡槽進(jìn)口段右側(cè)傾倒體，長(zhǎng) 235 m，寬 100 m，面積約 23000 m2，厚度 5～33 m，約 43.7萬(wàn) m3，呈 NEE向長(zhǎng)方形分布，向 SE200～300（瀝水溝）傾倒。

渡槽進(jìn)口上游右側(cè)自然邊坡坡角40°～60°，坡高65 m，屬高邊坡；邊坡表層大部分基巖裸露，部分有少量坡積壤土覆蓋。邊坡上緩下陡，發(fā)育有5～33 m厚的傾倒（變形體）巖體，裂隙發(fā)育，地下水埋藏較深，主要位于未變形弱風(fēng)化綠泥石絹云母千枚巖中。邊坡為強(qiáng)～弱風(fēng)化的千枚巖，屬極破碎的軟巖，巖體為Ⅴ級(jí)[1]。

圖3 井柱支撐斷面圖

2 施工及變形情況

瀝水溝渡槽邊墩斜井柱施工順序?yàn)椋簻y(cè)量放線、井柱開(kāi)挖、鋼拱架支撐、砼錨噴、鋼筋籠制作安裝、泵送砼澆筑。2012年7月11日前，渡槽右側(cè)斜井開(kāi)挖支護(hù)完成，斜井井口周?chē)鷰r面進(jìn)行了掛網(wǎng)噴錨，斜井鋼筋籠綁扎焊接均全部完成（圖3），即將進(jìn)行吊運(yùn)安裝工作。2012年7月11日上午，發(fā)現(xiàn)右側(cè)2個(gè)斜井柱井口周?chē)^噴砼表面出現(xiàn)裂縫和隆起，斜井井口部位支撐的I16鋼拱架與噴錨鋼筋網(wǎng)片局部脫落，鋼拱架擠壓變形嚴(yán)重，斜井柱設(shè)計(jì)斷面縮小，特別是拱腳部位受擠壓后尺寸縮小較大，井柱局部尺寸減?。ū?），已加工成型的鋼筋籠無(wú)法吊裝入內(nèi)。

表1 瀝水溝渡槽右側(cè)邊墩斜井柱變形后實(shí)測(cè)斷面數(shù)據(jù)匯總表

3 變形原因分析

3.1 地質(zhì)原因

瀝水溝右側(cè)邊坡為強(qiáng)～弱風(fēng)化的千枚巖，裂隙發(fā)育，屬極破碎的軟巖，特別是右側(cè)邊坡的傾倒體已處于臨界狀態(tài)，在滑面飽水時(shí)，安全系數(shù)偏低，邊坡穩(wěn)定系數(shù)K＝0.98～1.01，整體穩(wěn)定性較差。斜井中下部為弱風(fēng)化千枚巖，巖石表面光滑，用手可剝成碎片，遇水極易軟化，風(fēng)化后成泥狀，巖性較弱，完整性極差，整體穩(wěn)定性差。

3.2 天氣原因

瀝水溝渡槽所處漢江上游褒河支流，每年從5月1日進(jìn)入汛期，降水偏多但降雨量不大，7月開(kāi)始進(jìn)入主汛期。空中云系影響，暴雨時(shí)有發(fā)生，降水偏多，降雨量偏大，經(jīng)常造成局部洪澇災(zāi)害。

2012年7月5日開(kāi)始，褒河上游開(kāi)始連陰雨天氣，降雨量不大但持續(xù)不斷。為保證斜井柱正常施工，在斜井井口和上部采取了臨時(shí)防雨措施，搭設(shè)鋼木結(jié)構(gòu)的防護(hù)架并用彩條布對(duì)井口及周?chē)M(jìn)行遮蓋。2012年7月10日夜間出現(xiàn)雷暴雨，降雨量較大。瀝水溝渡槽右側(cè)1＃隧洞出口與渡槽銜接段和1＃隧洞出口高程595.00m以上約2700m2的坡面雨水順勢(shì)而下，直接沖毀右側(cè)斜井井口設(shè)置的臨時(shí)防雨措施，大量雨水灌入斜井，水深約15m。斜井柱開(kāi)挖斷面遭受連續(xù)暴雨沖刷，雨水在斜井底部巖面上沖出寬2.0m，平均深度0.15 m的沖溝，原斜井支撐的I16鋼拱架拱腳底部懸空。斜井柱內(nèi)兩側(cè)巖體遇水軟化，產(chǎn)生變形，擠壓鋼拱架。

3.3 施工原因

（1）瀝水溝右側(cè)高程588.00 m以上為瀝水溝渡槽進(jìn)口段的1＃隧洞，由于右側(cè)邊坡為強(qiáng)～弱風(fēng)化的千枚巖，安全系數(shù)偏低，因此在渡槽右側(cè)排架和邊墩井柱開(kāi)挖前，搶先完成了1＃隧洞出口高程595.00m以上邊坡的削坡和噴錨處理，并對(duì)1＃隧洞出口接渡槽主體段高程588.00m以上邊坡進(jìn)行了開(kāi)挖，以減輕下部井柱開(kāi)挖的荷載，同時(shí)保證整個(gè)右側(cè)邊坡的穩(wěn)定。因進(jìn)入汛期工期緊迫，在完成高程588.00m以上邊坡施工時(shí)，未及時(shí)對(duì)邊坡周?chē)斑吰埋R道上設(shè)置的排水溝進(jìn)行硬化，再加上受相鄰標(biāo)段的施工進(jìn)度影響，高程588.00 m以上右側(cè)施工區(qū)域排水溝未能有效聯(lián)通，雨季排水效果有限。

（2）瀝水溝渡槽右側(cè)斜井柱開(kāi)挖時(shí)，采用固定在斜井柱井口卷?yè)P(yáng)機(jī)傾斜拽引鋼制小車(chē)的出渣方式，卷?yè)P(yáng)機(jī)通過(guò)鋼絲繩拖拽鋼制小車(chē)至井口，卸渣再轉(zhuǎn)運(yùn)至渣場(chǎng)。出渣時(shí)因未考慮到鋼制小車(chē)對(duì)井柱內(nèi)斜坡表面巖石的擾動(dòng)和破壞，沒(méi)有采取必要的防護(hù)措施，開(kāi)挖后的石渣裝車(chē)后，直接沿18m深的斜坡面被強(qiáng)拽到井口。鋼制小車(chē)往返碾壓導(dǎo)致斜井柱底部的千枚巖受壓破碎成顆粒，局部成細(xì)粉末狀，該部分巖石顆粒和巖粉被雨水直接沖刷至井底。

3.4 設(shè)計(jì)因素

瀝水溝渡槽基礎(chǔ)井柱對(duì)基礎(chǔ)要求高，設(shè)計(jì)單位考慮到地質(zhì)條件的特殊性和斜井開(kāi)挖的施工難度，對(duì)斜井開(kāi)挖提出了具體的施工要求和安全支護(hù)設(shè)計(jì)方案，意在保證斜井柱的安全施工和正常施工。該設(shè)計(jì)方案要求對(duì)開(kāi)挖后的“馬蹄型”斷面采用I16鋼拱架和掛網(wǎng)噴錨支護(hù)，鋼拱架加工后的形狀也為“馬蹄型”，但未涉及到I16鋼拱架拱腳處（“馬蹄型”底部）的水平連接和加強(qiáng)處理，起主要支撐作用的I16鋼拱架沒(méi)有形成整體結(jié)構(gòu)，受擠壓后易變形，承載力下降。

4 處理方案

為最大限度減小雨水對(duì)斜井柱內(nèi)巖石的浸泡和軟化，險(xiǎn)情發(fā)生后馬上開(kāi)啟多臺(tái)潛水泵抽水，將積水全部抽排完畢后，在確認(rèn)不危及人身安全的情況下，派員進(jìn)入斜井柱內(nèi)實(shí)地測(cè)量變形情況，同時(shí)采取相應(yīng)的處理方案。

4.1 采取臨時(shí)處理措施

（1）及時(shí)修復(fù)斜井井口被沖毀的保護(hù)架和防雨設(shè)施，同時(shí)修復(fù)和疏通被沖毀和淤積的上游排水溝道，并在斜井柱正上方高程588.00m開(kāi)挖邊坡戧臺(tái)增設(shè)截水溝，修筑截水墻，防止雨水再次進(jìn)入斜井柱施工區(qū)域。

（2）采用C25砼澆筑斜井井口上部排架基礎(chǔ)高程574.43平臺(tái)，澆筑長(zhǎng)度13.00m，澆筑寬度2.924m，厚度0.2 m，同時(shí)在高程574.43m平臺(tái)外側(cè)設(shè)置斷面尺寸為0.20 m×0.20m的擋水砼墻，通過(guò)上述措施阻止上游坡面雨水進(jìn)入斜井。

4.2 增設(shè)斜井拱架底部支撐

根據(jù)斜井柱鋼拱架拱腳部位變形的情況，首先對(duì)變形較大的鋼拱架進(jìn)行校正，使拱腳間的凈尺寸盡可能恢復(fù)到原設(shè)計(jì)尺寸，滿足鋼筋籠能順利吊運(yùn)進(jìn)斜井。其次，對(duì)斜井中的鋼拱架進(jìn)行焊接和補(bǔ)強(qiáng)加固，特別對(duì)鋼拱架變形較大的拱腳部位采用增設(shè)支撐和加固拱腳的方法進(jìn)行處理。在斜井柱底部中心處通長(zhǎng)設(shè)置20#b槽鋼1根，槽鋼長(zhǎng)度同斜井柱軸線長(zhǎng)；采用20#b槽鋼2根將拱腳兩端和斜井柱底部通長(zhǎng)設(shè)置的20#b槽鋼焊接成三角形整體結(jié)構(gòu)；在2根20#b槽鋼中間增設(shè)8#槽鋼1根，作為鋼拱架拱腳部位的水平支撐，各型槽鋼均焊接成整體（圖4）。通過(guò)增加支撐和焊接加固措施來(lái)增加斜井中原有鋼拱架的強(qiáng)度和整體剛度，防止斜井繼續(xù)發(fā)生變形。

4.3 對(duì)原井柱鋼筋籠進(jìn)行變更處理

按開(kāi)挖和變形后的現(xiàn)狀情況，斜井柱底部高度按原設(shè)計(jì)直徑難于滿足2.0m，故要求將斜井基礎(chǔ)底部繼續(xù)向下挖深，直至邊墩井柱端部均置于弱風(fēng)化基巖上，以滿足承載力要求，保證渡槽穩(wěn)定；井柱中間段局部尺寸按變形后斷面縮小，但必須保證井柱頂部和底部直徑為原設(shè)計(jì)尺寸，井柱頂部原設(shè)計(jì)直徑的高度不小于1.0 m，井柱底部直徑的高度不小于2.0 m；井柱配筋保持原設(shè)計(jì)根數(shù)不變，間距適當(dāng)減小均勻布置；井柱頂部和底部分別配2層鋼筋，內(nèi)層鋼筋直徑及根數(shù)同原設(shè)計(jì)配筋，外層增配88Φ22@91加強(qiáng)筋（圖5）。

圖4 斜井柱支撐加固示意圖

圖5 斜井柱鋼筋籠變更圖

4.4 進(jìn)口開(kāi)挖兩側(cè)掛網(wǎng)噴錨

為保證渡槽進(jìn)口邊坡安全，對(duì)進(jìn)口開(kāi)挖兩側(cè)裸露邊坡，進(jìn)行掛網(wǎng)噴錨支護(hù)，采用Φ22錨桿，長(zhǎng)3.0 m，2m×2 m梅花型布置，掛鋼筋網(wǎng)Φ6@200×200 mm，噴射C20砼厚100 mm，避免邊坡遭受雨水沖刷而引起滑塌。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)以上綜合措施，及時(shí)解決瀝水溝渡槽右側(cè)邊墩斜井柱變形引起的相關(guān)問(wèn)題，同時(shí)采取趕工措施加快了后續(xù)工序的施工，用最短的時(shí)間完成斜井柱鋼筋籠的重新綁扎和焊接，在完成鋼拱架支撐加固后及時(shí)進(jìn)行鋼筋籠的吊裝和斜井柱砼的澆筑，為后期瀝水溝渡槽的施工安全和正常進(jìn)度起到重要作用。

[1]陜西省水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院.漢中市石門(mén)水庫(kù)灌區(qū)瀝水溝渡槽震后改建工程修改初步設(shè)計(jì)[R]，2009.