大流量大跨度預應力渡槽支架法現(xiàn)澆施工技術(shù)

謝玉立

(安徽水利開發(fā)股份有限公司，安徽蚌埠 233000)

大流量大跨度預應力渡槽支架法現(xiàn)澆施工技術(shù)

謝玉立

(安徽水利開發(fā)股份有限公司，安徽蚌埠 233000)

南水北調(diào)中線干線工程賈河渡槽設(shè)計流量大、結(jié)構(gòu)跨度大，單體槽身自重約3600t，其結(jié)構(gòu)復雜程度與施工技術(shù)難度國內(nèi)罕見。本文重點介紹了賈河渡槽槽身模板及模板支架的設(shè)計與施工，以及槽身混凝土與預應力施工技術(shù)，較系統(tǒng)地反映了賈河渡槽支架法現(xiàn)澆施工技術(shù)的實際應用情況，供同行在同類工程施工中參考。

賈河渡槽;模板;支架驗算;預壓;張拉

1 引言

南水北調(diào)中線干線工程賈河渡槽，位于河南省方城縣獨樹鎮(zhèn)大韓莊與蔡莊之間的賈河上，是南水北調(diào)中線工程總干渠穿越賈河的大型交叉建筑物。渡槽過水設(shè)計流量330m3/s，加大流量400m3/s，是我國目前已建和在建的單體槽身過流流量最大的預應力渡槽之一，其結(jié)構(gòu)復雜程度與施工技術(shù)難度國內(nèi)罕見。由于設(shè)計流量大、跨徑大、跨數(shù)少的特點，槽身采用了支架法現(xiàn)澆施工。

2 工程概況

2.1 槽身結(jié)構(gòu)

賈河渡槽全長480m，其中槽身段全長200m，跨徑布置為5m×40m，采用雙線雙槽布置形式，中線距18m。槽身結(jié)構(gòu)形式為雙幅預應力開口矩形槽(槽身上口設(shè)鋼筋混凝土拉梁)。單槽頂部全寬15m，底部全寬15.5m，最大高度 8.93m，槽身凈寬13.0m，凈高7.78m，底板在跨中厚0.7m，支座斷面厚1.15m，側(cè)墻厚度在跨中斷面由頂部的0.7m向底部的0.9m漸變，支座斷面渡槽全高范圍均為0.9m厚。槽壁頂部沿縱向每2.5m設(shè)置一根0.3m×0.5m拉桿，在槽身端部設(shè)置1.0m×0.5m拉桿，兼顧檢修通道的功能。單體槽重約3600t(見圖1)。

圖1 賈河渡槽橫向布置

兩槽之間加蓋人行道板。雙線渡槽全寬33m。槽身按三向預應力設(shè)計，預應力材料均采用φs15.2高強低松弛鋼絞線(270級)，鋼絞線標準強度 fPK=1860MPa;三向預應力均為單向張拉，采用YM15圓錨體系。槽身段混凝土等級C50，抗?jié)B等級W6，抗凍等級F150。

2.2 地質(zhì)條件

賈河渡槽工程區(qū)右岸漫灘及河床，地面高程122～122.8m，主要為第四系全新統(tǒng)沖積層上部(Qal42)砂礫石，厚3.8～7.4m，右岸漫灘為含礫中粗砂，厚0.5～1.5m。下伏上第三系(N)以黏土巖、泥灰質(zhì)黏土巖為主，夾砂巖、含礫砂巖透鏡體，基巖頂面高程118～120.5m，微起伏，揭露厚度33.9m。

3 槽身施工總體部署

受汛期河道范圍內(nèi)工程不能施工的影響，2011年汛前及汛期只能采取措施完成先導孔及渡槽樁基試驗樁的施工;在第二個枯水期(2011年10月～2012年9月)必須施工完成所有灌注樁基礎(chǔ)及承臺、槽墩、槽臺;第三枯水期，采取河道內(nèi)分期導流、圍堰內(nèi)滿堂支架法，進行槽身施工。

3.1 槽身總體施工順序

由于渡槽槽身設(shè)計及工藝要求，槽身縱向預應力為鋼絞線單向張拉，并且槽身接頭處縫隙很小，這就決定了槽身施工流向只能是從一端向另一端施工，或從中間向兩端依次施工。根據(jù)現(xiàn)場實際情況，采取的施工順序為：自右岸向左岸由第一跨開始雙幅逐跨平行流水施工，為確保雙幅施工相互不干擾，其中一幅應安排比另一幅滯后一個合理的時間段。

考慮到總體工期要求，槽身施工配備模板(除底模外)2套，底模及支撐支架體系4套。

3.2 槽身施工流程

地基及基礎(chǔ)處理→支架平臺搭設(shè)(含底模鋪設(shè)、槽身支座安裝)→支架堆載預壓→卸載→支架調(diào)整加固→槽底板扎鋼筋(穿預應力鋼束)、立模、澆筑成型→槽壁扎鋼筋(穿預應力鋼束)、立模、澆筑成型(含水平拉梁)→拆側(cè)模、端模→預應力張拉、灌漿→封錨→拆除底模及支架→伸縮縫(止水)安裝→槽身面層施工→護欄安裝。

4 槽身模板設(shè)計

槽身模板全部采用定型鋼模板，委托具有資質(zhì)的單位進行專項設(shè)計。設(shè)計中，考慮到渡槽特殊的防滲漏要求，渡槽底板不得設(shè)貫穿性對拉螺桿，槽壁部分盡量少設(shè)貫穿性對拉螺桿，對拉螺桿中部設(shè)遇水膨脹止水環(huán)、兩端采用錐形絲套。由于單體槽身寬度15.5m，最大高度8.93m，內(nèi)側(cè)壁模板不宜整體吊空，槽身難以一次整體現(xiàn)澆成型，實際施工中將槽底板與槽壁分兩次分別澆筑，澆筑施工縫留置位置見圖2。施工分縫位置的確定，既要考慮到工程設(shè)計的要求，又要考慮施工中避開張拉錨孔位置與波紋管集中區(qū)。

圖2 渡槽槽身兩次澆筑分縫位置

4.1 槽底板澆筑模板

槽底板澆筑模板體系由底板外模、底板內(nèi)模、底板端模和底板底模組成，包夾方式為端包側(cè);其中外側(cè)模、內(nèi)模、端模面板厚度為4mm，邊肋和芯料均采用60×8扁鋼，背楞60×40×4的方鋼;底模面板厚度為5mm，邊肋和芯料采用60×8扁鋼和60×40×4方鋼。兩節(jié)槽段之間，后澆筑的槽身端模采用6cm厚低發(fā)泡聚乙烯嵌縫板(見圖3)。

圖3 槽底板模板體系布置(橫向)示意圖

考慮到渡槽特殊的防滲要求，底板部分不設(shè)貫穿性對拉螺桿，側(cè)模對拉螺桿直徑20mm(Q235)。渡槽張拉槽口模板設(shè)有脫模斜度，以保證脫模方便，不損傷混凝土表面，保證混凝土外觀。

4.2 槽壁澆筑模板

渡槽槽壁澆筑模板體系由內(nèi)模、外模和上部端模組成，包夾方式為端包側(cè);其中模板面板厚度為4mm，邊肋采用60×8扁鋼，芯料采用60×40×4方鋼，豎楞采用雙8號槽鋼，背楞采用雙12號槽鋼;上部水平拉梁采取先預制并在槽壁澆筑前安放到位。

槽壁對拉螺桿直徑20mm，采用Q235鋼，水平間距1500mm，豎向間距如圖4所示。

圖4 槽壁澆筑模板體系橫向剖面示意圖

5 槽身模板支架體系施工

5.1 模板支架施工

針對渡槽截面特性、荷載情況、技術(shù)要求及現(xiàn)場條件，槽身施工支架體系決定采用碗扣式滿堂鋼管支架，工字鋼作橫向分配梁，方木作縱向分配梁。渡槽槽身施工支架體系整體結(jié)構(gòu)布置如圖5。

a.滿堂支架地基及基礎(chǔ)處理：滿堂基礎(chǔ)承受整個渡槽槽身重力、模板與支架重力及施工荷載，支架地基要事先進行碾壓加固，地基表面采用素混凝土硬化處理。搭立支架前，先清除砂卵石河床上雜物及松散土層，進行原土碾壓，然后填筑75cm厚砂卵石墊層，墊層分3層填筑碾壓密實，經(jīng)處理后的地基要求承載力標準值fk≥280kPa(通過彎沉試驗來檢測)。填筑頂面寬度為模板支架垂直投影范圍每邊加寬2.0m，外側(cè)放坡，填筑時以渡槽中心線向兩側(cè)各做成0.5‰的坡度，以利于排水。在砂卵石墊層之上再澆筑25cm厚C20混凝土進行面層硬化處理，澆筑寬度為支架垂直投影范圍每邊加寬1.0m。

b.滿堂支架：采用φ48×δ3.5碗扣式支架。立桿間距：槽壁范圍內(nèi)的支架立桿縱間距為60cm，橫向間距均為30cm，底板中部立桿縱間距為120cm，橫向間距均為60cm，橫桿步距均為120cm;每根立桿底部設(shè)可調(diào)底座，上部設(shè)可調(diào)頂托，并按規(guī)范要求用 φ48×δ3.25鋼管搭設(shè)雙向剪刀撐。渡槽外側(cè)設(shè)操作防護腳手架，立桿縱間距為120cm，橫向間距均為90cm;水平橫桿間距1200 cm，按規(guī)定設(shè)剪刀撐和跑撐。

圖5 支架體系橫向剖面示意圖

c.橫向分配梁：在立桿頂托上部垂直于渡槽縱軸線方向鋪設(shè)14號工字鋼作為底模橫向分配梁，間距60cm。

d.縱向分配梁：根據(jù)渡槽槽身重量分布特點，底模下部設(shè)雙100×100方木作為模板縱向分配梁，保證底模平整，防止錯臺。模板縱向分配梁間距：槽壁及倒角部分為22.5cm，其他部位為45cm。

5.2 模板支架體系驗算

模板支架驗算時，從偏安全角度考慮，不考慮先期澆筑的底板(已有一定的強度)對上部荷載的橫向分配作用，重點選取槽端頭槽壁下部的支架進行驗算。

5.2.1 支架強度驗算

根據(jù)渡槽施工圖紙、槽身模板及支架設(shè)計圖計算得出，槽端頭槽壁下部每道橫向分配梁(長度L=1.5m)所承受的荷載(含自重)：G=175.84kN。

單根立管軸向受力(取槽壁下部橫向6根立桿，步距1.2m，近似按平均受力計算)

單根立桿(步距1.2m)允許軸向受力

(注：φ—軸心受壓桿件穩(wěn)定系數(shù)，根據(jù)《建筑施工碗扣式腳手架安全技術(shù)規(guī)范》，桿件細長比

λ=l0/i=120/1.58=76，查表得φ=0.744)

N＜［N］，故滿足承載力要求。

5.2.2 支架剛度驗算

柱、桁架桿件受壓桿容許長細比為［λ］=150。

當立桿步距為120cm時，鋼管立桿件長細比為：

λ=76＜［λ］=150。滿足剛度要求。

5.2.3 支架立桿底座面積驗算

施工中實際采用12號槽鋼在立桿下橫向通長鋪設(shè)作底座，且地基表面用C20混凝土硬化25cm厚，按應力擴散角為45°計算，則每根立桿荷載通過混凝土地坪擴散作用傳到地基表面的面積為：

r=3.14×0.252=0.196m2＞0.13m2，滿足要求。

5.2.4 橫向分配梁(14號工字鋼)剛度強度驗算

取承受荷載最大的槽壁下方的橫向分配梁(長L=1.5m)進行驗算，可簡化為五等跨等截面連續(xù)梁(單跨長l=0.3m)，其上的荷載(簡化為均布荷載)為

最大彎矩M=－0.105ql2=－1107.73N·m

最大彎曲應力σ=M/W=1107.73/102=10.86MPa＜［σ］=143.3MPa，滿足要求。(見圖6～圖7)

圖6 橫向分配梁受力簡圖

圖7 橫向分配梁彎矩圖

慣性矩I=712cm4，彈性模量E=2.06×105MPa

5.2.5 底板模板支撐縱向分配梁強度計算

縱梁材料采用10cm×10cm縱紋松木，強度設(shè)計值 σ =32.8MPa，許 用 應 力 ［σ］ =21.9MPa，W=166.67cm3。

縱梁間距a=0.225m;縱梁支點間距為l=0.6m。

最大彎矩M=ql2/8=1.98N·m

最大彎曲應力 σ=M/W=0.012MPa＜［σ］=21.9MPa，滿足要求。

5.3 支架預壓

a.支架堆載預壓荷載：單槽架體長33.6m，寬度16.2m，其上對應的槽體自重3024t、模板重量200t。設(shè)計要求，預壓荷載為槽體和模板自重的110%，則順跨向線荷載為：1.1×(3024+200)/33.6=105.55t/m。

b.堆載方法：采用港口噸包裝黃砂堆載。堆載時從中部向四周均衡對稱加載。橫跨向堆載時盡量與槽體自重分布特征相符。

c.預壓采用分級加載方式：0→40%(靜停24h)→80%(靜停 24h)→100%(靜停 48h)→110%(靜停24h)，(注：當每級加載沉降量小于2mm時方可進行下一步加載)。

d.卸載時采用分級卸載方式：110%→100%(靜停1h)→80%(靜停1h)→40%(靜停1h)→0。

e.沉降與位移觀測：預壓前在支架底部和頂部分別設(shè)置沉降觀測點，用于加載和卸載過程的觀測。采用DSZ2型精密水準儀，按三等水準測量要求進行觀測，并用懸線重錘配合鋼板尺觀測支架水平位移量。用預壓前、預壓期、穩(wěn)定期、卸載后的標高觀測值，算出支架總下沉值(預壓前—穩(wěn)定期)，計算彈性變形量(卸載后—穩(wěn)定期)和非彈性變形量(預壓前—卸載后)。

當出現(xiàn)下列不利情況之一應立即停止加載：

?預壓過程中如發(fā)現(xiàn)支架橫向左右對稱斷面沉降差超過10mm時應停止加載并分析原因。

?支架及地基變形量(尤其是地基)超過計算值時，停止加載并分析原因。

?在預壓過程中同時觀測支架的強度和穩(wěn)定性，支架變形、傾斜應停止加載并分析原因。

當符合下列條件之一視為支架預壓合格：

?各監(jiān)測點最初24h沉降量平均值小于1mm;

?各監(jiān)測點最初72h沉降量累計值小于5mm。

f.設(shè)置預拱度：在支架卸載后，按沉降觀測數(shù)據(jù)的分析結(jié)果調(diào)整支架頂托高度，設(shè)置合理的預拱度。設(shè)置的預拱度應為實測彈性變形量均值。

6 模板及鋼筋制作安裝

6.1 模板制作安裝

a.模板制作：定型鋼模采用委托加工模式，選擇有資質(zhì)的專業(yè)廠家進行制作加固;其他模板現(xiàn)場制作。

b.模板安裝：采用吊車吊板，人工安裝。底板施工時，先安裝底模與外側(cè)模及張拉錨固端端模，在鋼筋安裝和預應力穿束完成后，再安裝內(nèi)側(cè)吊空模板及張拉端端模;槽壁施工時，要在鋼筋安裝和預應力穿束完成后安裝安裝側(cè)墻模板，在施工縫清理完畢后，最后封端模。

6.2 鋼筋安裝

鋼筋安裝施工中遵循“波紋管依靠鋼筋，鋼筋避讓波紋管”的原則。

a.鋼筋安裝：鋼筋按事先劃好的定位線擺放，槽壁鋼筋安裝時提前搭好樣架;鋼筋連接采用直螺紋連接;鋼筋保護層采用定制的塑料墊塊。

b.波紋管定位安裝：本工程采用管環(huán)剛度不小于6kPa的塑料波紋管。在鋼筋骨架綁扎成型后，根據(jù)預應力鋼束的座標和曲線要素，準確定位波紋管，利用鋼筋點焊“井字形”定位筋，穿入波紋管，波紋管端部與錨墊板應垂直，中部要平順，接頭密封不漏氣，并按規(guī)定設(shè)置好灌漿孔、排氣孔;波紋管綁扎完后要加強保護，防碰撞、擠壓變形或破損等。

c.預應力筋穿束：由于三向預應力均為單向張拉，且縱向預應力長達40多m，為方便施工，在混凝土澆筑前穿好預應力鋼筋束。

7 槽身混凝土澆筑

a.澆筑工藝、設(shè)備：槽身混凝土有嚴格的防滲要求，為確保混凝土連續(xù)澆筑，現(xiàn)場設(shè)2套拌和樓，采用混凝土攪拌罐車運輸、汽車泵泵送入倉。混凝土振搗采用插入式振搗棒，在肋板下部波紋管和鋼筋較密的地方，采用模板外掛附著式振搗器振搗。

b.澆筑方法：槽身底板部分采用分層臺階式澆筑法，槽壁部分采用水平分層澆筑法，水平分層厚度30～40cm左右。澆筑方向自槽身一端向另一端依次推進。先后兩層混凝土的間隔時間不得超過初凝時間。

c.施工分縫：槽身兩次澆筑分縫位置見圖2所示，分縫處設(shè)鍍鋅鋼板止水。為防止槽壁出現(xiàn)嵌固裂縫，盡量縮短兩次澆筑的時間間隔，實際施工中控制在7～8天左右，效果良好。

d.混凝土養(yǎng)護：混凝土澆筑后，表面及時用土工布覆蓋，并灑水保濕養(yǎng)護，養(yǎng)護時間14天以上。

8 預應力施工

8.1 預應力張拉

槽體混凝土強度達90%設(shè)計強度且齡期不小于7天后，方可進行預應力的張拉。張拉前應清理錨墊板承壓面，并檢查錨墊板后面及波紋管邊緣的混凝土質(zhì)量，如有空鼓現(xiàn)象，應及時修補，待修補混凝土強度不低于設(shè)計強度的90%時，方允許張拉。

a.施工順序：按照設(shè)計要求，首先張拉槽身縱向預應力鋼絞線，再張拉槽身橫向預應力鋼絞線，最后張拉槽身豎向預應力。每個方向預應力張拉也要嚴格遵循設(shè)計的張拉順序進行。

b.張拉控制程序：張拉時實行張拉應力與伸長值雙控，以張拉應力為主，伸長值用于校核，實際伸長值與理論伸長值相差控制在±6%。具體張拉程序為：

0→初應力10%δcon(持荷2min)→35%δcon(持荷2min)→60%δcon(持荷2min)→85%δcon(持荷2min)→100%δcon(持荷5min錨固)。

8.2 孔道灌漿

采用真空壓力法進行孔道灌漿，灌漿宜在張拉完畢后3天內(nèi)進行。C50水泥漿灌漿料，采用高速制漿攪拌機制備。壓漿前用壓力水沖冼孔道，用空氣壓縮機吹出積水后進行壓漿。水泥漿的配合比應準確，漿液從調(diào)制到壓入管道的間隔時間不得超過40min。灌漿壓力由小到大后(一般0.5～0.7MPa)應穩(wěn)定一段時間，直至孔道另一端飽和出漿。當排氣孔排出的漿液達到規(guī)定稠度時，壓漿機持壓5min后封堵排氣孔，關(guān)閉注漿管閘閥，使孔道中的漿液在有壓狀態(tài)下凝結(jié)。

8.3 封錨

壓漿完畢24h后，用切割機切割錨具外露的鋼絞線，對錨圈與錨墊板之間的交接縫應用聚氨酯防水涂料進行防水處理，再將張拉盒位置鑿毛，清除浮渣，及時綁扎封錨鋼筋，立模澆筑封錨混凝土。澆筑后及時覆蓋濕潤養(yǎng)生。

9 拆模及落架

為了加快模板的周轉(zhuǎn)，并提前為槽身預應力張拉做好準備，側(cè)模和端模在混凝土立方體強度達到15～20MPa以上時方可拆除。支架、底模在槽身預應力張拉及孔道壓漿完后，其強度能安全地承受其自重和外加施工荷載時拆除。

拆除的順序：側(cè)模先拆除槽身兩端部分，然后從兩端向中間拆除;底模先拆除每跨中間部分，然后由中間向兩邊(支座處)對稱拆除，使槽身逐漸受力。

10 結(jié)語

賈河渡槽設(shè)計流量大、跨徑大，但跨數(shù)少，采用支架法現(xiàn)澆施工，技術(shù)上可靠，質(zhì)量有保證，經(jīng)濟上合理，取得了良好效果。

1 JGJ 166—2008建筑施工碗扣式鋼管腳手架安全技術(shù)規(guī)范［S］．

2 國振喜，張樹義．實用建筑結(jié)構(gòu)靜力計算手冊［M］．北京：機械工業(yè)出版社，2009．

3 江正榮．建筑施工計算手冊［M］．第2版．北京：中國建筑工業(yè)出版社，2007．

Cast-in-site Construction Technology of Large-flow Large-span Pre-stressed Aqueduct Bracket Method

XIE Yu-li
(Anhui Water Resources Development Co．，Ltd．，Bengbu233000，China)

Jiahe River Aqueduct，mid-line trunk line project in South-to-North Water Transfer，has large designed flow and large structural span．Single aqueduct depth weight is about 3600t．The structure complexity and construction technical difficulty are rare in China．This article focuses on introducing the design and construction of Jiahe River aqueduct templates and template bracket as well as aqueduct concrete and pre-stressed construction technology，thereby giving a more systematic reflection on actual application condition of Jiahe River aqueduct bracket method cast-in-site construction technology．It is used as reference for peer in similar projects．

Jiahe River aqueduct;template;bracket checking;pre-load;tension

TV52

A

1005-4774(2013)08-0007-06