懸臂吊裝拱式渡槽施工技術(shù)及疑難問題解決措施

姚 宇

(貴州水利投資(集團(tuán))有限責(zé)任公司，貴陽 550000)

隨著國家對(duì)水利工程投資加大，貴州西部等地區(qū)的高大跨拱式渡槽施工越來越多。白雞坡渡槽主拱圈凈跨徑156m，拱頂至河水位高差約125m，目前在國內(nèi)水利行業(yè)屬于高大跨度之一。總結(jié)該渡槽的施工技術(shù)經(jīng)驗(yàn)可為后續(xù)類似工程建設(shè)提供可靠借鑒。

1 工程簡介

黔中水利樞紐白雞坡渡槽位于貴州省六盤水市境內(nèi)，橫跨三岔河谷，為拱式渡槽。渡槽全長250m，拱頂至河水位高差約125m，主拱圈凈跨徑156m，凈矢高39m，矢跨比為1/4，拱軸線為懸鏈線。該渡槽為國內(nèi)目前水利行業(yè)最大跨度的拱式渡槽之一。

白雞坡渡槽主拱為單箱三室鋼筋混凝土箱型拱，拱箱寬7.50m、高3.00m。采用分段預(yù)制和懸臂安裝，縱向分為15節(jié)段、橫向分3箱預(yù)制吊裝。

2 混凝土預(yù)制梁場地布置與建設(shè)

在認(rèn)真踏勘現(xiàn)場并充分論證的基礎(chǔ)上，結(jié)合施工區(qū)域地形特點(diǎn)，本著吊裝運(yùn)輸路徑最短、混凝土施工相關(guān)工序銜接合理、盡量減少占地的原則，白雞坡渡槽拱箱預(yù)制場設(shè)置在白雞坡渡槽上游側(cè)漸變段位置，長100m，寬17m。

混凝土預(yù)制梁場地分鋼筋加工區(qū)、拱箱預(yù)制區(qū)、拱箱存放區(qū)、拱箱吊裝區(qū)、橫隔板及中腹板預(yù)制存放區(qū)、材料堆放區(qū)及看守房。為了方便混凝土梁起吊、運(yùn)輸，在混凝土預(yù)制梁場地內(nèi)設(shè)置2個(gè)臺(tái)座和1套80～5T/25～9m、可旋轉(zhuǎn)360°的龍門吊裝機(jī)。

3 纜索吊系統(tǒng)

白雞坡渡槽拱箱安裝采用纜索吊裝施工，根據(jù)現(xiàn)場施工條件及有關(guān)計(jì)算，該纜索跨全長507m，主跨徑392m，后錨端跨徑進(jìn)口段55m、出口段60m。設(shè)一組8根φ62(6×37S+FC)鋼絲繩主索，每根鋼絲繩的破斷拉力為2555kN;主索上設(shè)2個(gè)天車和2個(gè)吊點(diǎn)，每個(gè)吊點(diǎn)設(shè)計(jì)吊重50t，兩個(gè)吊點(diǎn)共能夠承受100t吊重。

主塔采用貝雷鋼桁架片拼裝并與基礎(chǔ)鉸結(jié)，整個(gè)吊塔橫向可移動(dòng)，基礎(chǔ)尺寸3m×9m×1m。進(jìn)口岸主塔設(shè)在進(jìn)口岸漸變段后方106.90m處，塔高12m;出口岸主塔設(shè)于出口岸漸變段后方35.10m處，塔高33m。塔架型式采用8組貝雷桁架片所組成的“一”字形(詳見圖1)。

扣塔安裝在交界墩頂上，采用鋼管桁架結(jié)構(gòu)，主管采用4根325 mm×10mm鋼管，扣塔高10m，內(nèi)灌C25混凝土增加鋼管強(qiáng)度。見圖2。

圖1 纜索吊立面

圖2 扣索立面

4 拱箱預(yù)制

4.1 模板制作

拱箱中腹板厚度10cm，其邊模板采用L10角鋼加工而成;橫隔板厚度有12cm、15cm兩種型號(hào)，其邊模板分別采用［12槽鋼、［16槽鋼加工而成，并根據(jù)設(shè)計(jì)要求的鋼筋間距，將邊板加工成梳型孔。所有底板均采用平板鋼模。

拱箱底板采用臺(tái)座頂面鋪設(shè)3mm厚鋼板作為底模，外側(cè)采用鋼模板。拱箱頂板、端接頭、中接頭、組裝接頭均采用5mm厚定型鋼模。外模頂部采用φ25拉桿對(duì)拉螺桿固定，底部采用“在臺(tái)座上預(yù)留φ25拉桿孔內(nèi)穿設(shè)φ20鋼筋與I20工字鋼焊接后與木楔子相結(jié)合”的方式進(jìn)行固定。頂板內(nèi)模采用鋼管支架結(jié)合頂托方式進(jìn)行支撐。

4.2 中腹板、橫隔板預(yù)制

中腹板、橫隔板采用手提式平板振動(dòng)器與φ30振動(dòng)棒相結(jié)合的方式進(jìn)行混凝土振搗。當(dāng)混凝土澆筑24h后，對(duì)中腹板、橫隔板兩端頭進(jìn)行人工鑿毛，以保證預(yù)制件安裝后現(xiàn)澆縫混凝土的連接質(zhì)量。中腹板縱縫側(cè)表面則進(jìn)行二次收抹毛面，以保證拱箱合攏后縱縫混凝土的連接質(zhì)量。

4.3 拱箱施工

在臺(tái)座混凝土施工完畢后，用水準(zhǔn)儀檢查各點(diǎn)弧度，對(duì)不圓順處用打磨機(jī)打磨處理后，采用L20×20×3角鋼進(jìn)行包邊處理，再在其上鋪設(shè)3mm厚鋼板，并刷涂脫模劑，精確定出拱箱中軸線以及每段拱箱接頭預(yù)埋鋼板和橫隔板安設(shè)位置，并用墨線標(biāo)示清楚。

鋼筋接頭采用搭接焊，兩鋼筋搭接端部應(yīng)預(yù)先折向一側(cè)，確保鋼筋焊接后其軸線在一條直線上。鋼筋接頭應(yīng)采用雙面焊接，焊接質(zhì)量符合設(shè)計(jì)要求。

中腹板及橫隔板拼裝在底板鋼筋上進(jìn)行，在臺(tái)座上綁扎好底板鋼筋作臨時(shí)固定，綁扎好箱體全部鋼筋，關(guān)模板并固定牢靠后澆注箱體混凝土。

4.4 混凝土養(yǎng)護(hù)

預(yù)制構(gòu)件混凝土澆筑12h以內(nèi)，對(duì)混凝土采取覆蓋麻袋的方式進(jìn)行保濕養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)時(shí)間不少于14天。

拱箱混凝土澆筑12h以內(nèi)，平均2h左右對(duì)混凝土進(jìn)行澆水保濕養(yǎng)護(hù)，以保持混凝土表面濕潤為準(zhǔn)，養(yǎng)護(hù)時(shí)間不少于28天。

5 拱箱吊裝施工方案

5.1 纜索吊試吊運(yùn)行試驗(yàn)

纜索吊裝系統(tǒng)安裝完畢后，經(jīng)有資質(zhì)的檢測單位檢驗(yàn)后進(jìn)行試吊運(yùn)行試驗(yàn)。

試吊重量按照50%→90%→100%→120%進(jìn)行逐級(jí)加載(各級(jí)試吊重量不包括配重塊和吊點(diǎn)重量)，其中90%、100%加載均來回牽引一次，120%加載僅在塔前進(jìn)行起吊試驗(yàn)。

5.2 施工方法

拱箱安裝采用無支架纜索吊裝，拱箱臨時(shí)定位采用斜拉扣掛的施工方法。

單片拱箱分15段預(yù)制，15段吊裝，空中懸拼。拱箱混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的100%后，利用門吊機(jī)運(yùn)至纜索吊機(jī)下方，再利用纜索吊機(jī)運(yùn)至安裝位置，采用臨時(shí)鋼板焊接連接，就位后用扣索扣掛。拱箱吊裝從兩端往跨中依次對(duì)稱吊裝中箱，直至中箱合攏，拆除扣、錨索;主塔與扣塔橫移后再安裝左右邊箱最終完成三箱合攏。拱箱吊裝過程中分段澆筑橫縫混凝土，三箱合攏后現(xiàn)澆縱縫與頂板二期混凝土。

第Ⅰ節(jié)段拱箱安裝方法:通過纜索吊機(jī)上的兩個(gè)吊點(diǎn)吊運(yùn)第Ⅰ段拱箱至拱座旁，對(duì)準(zhǔn)拱座上標(biāo)記的拱箱中心線慢慢落位，然后懸掛好預(yù)留在拱箱處的橫向穩(wěn)定風(fēng)纜索，在拱座處設(shè)置倒鏈，通過倒鏈調(diào)整拱腳處的中心位置，然后拱腳端鉸軸與預(yù)埋的拱座預(yù)埋鋼板通過鋼板臨時(shí)就位連接，利用橫向風(fēng)纜索，校正拱箱懸掛端的中心位置及線型，此時(shí)，扣上扣索并逐步張拉，然后開始松起重索，如此循環(huán)往復(fù)直至起重索完全卸載。

其他節(jié)段拱箱安裝:其他節(jié)段的拱箱在第Ⅰ段拱箱吊裝就位后，通過纜索吊機(jī)上的兩個(gè)吊點(diǎn)吊運(yùn)至上一節(jié)段拱箱上端頭處，吊運(yùn)時(shí)注意每段拱箱的上端頭面不得扭斜，對(duì)正接頭的上下中線，上好接頭螺栓，為了使接頭在拱箱合攏前成為固結(jié)，使拱箱在懸掛和合攏過程中受力較好，采取接頭螺栓上松下緊的連接方法，即拱箱頂上螺栓僅稍微擰緊，再將拱箱底板的螺栓擰緊。拉好懸掛端兩側(cè)的橫向穩(wěn)定風(fēng)纜索，使懸掛端軸線與線型準(zhǔn)確，用電焊機(jī)將搭接鋼板焊接牢固后，逐步張拉扣索、放松起重索，反復(fù)循環(huán)至起重索完全卸載，再次調(diào)整橫向穩(wěn)定風(fēng)索，使拱箱軸線與設(shè)計(jì)線型一致。

合攏段安裝:選擇14～16℃溫度范圍實(shí)施瞬時(shí)合攏。將合龍段拱箱吊運(yùn)就位并在兩端接頭螺栓孔基本重合的瞬間，用小撬棍插入孔內(nèi)把拱箱拔正，然后通過起落吊鉤使其他孔眼對(duì)位，穿入高強(qiáng)度螺栓并擰緊，接頭兩端從拱箱頂部到底部對(duì)稱焊接好連接鋼板及主筋，完成拱箱合攏。

主塔、扣塔橫移:中箱合攏后，需要將主塔、扣塔橫移至邊箱位置，再按中箱吊裝操作程序與方法進(jìn)行左、右邊箱吊裝。

6 監(jiān)控量測

白雞坡渡槽拱箱吊裝施工過程中的監(jiān)控工作，由業(yè)主委托有資質(zhì)的監(jiān)控單位進(jìn)行。

各節(jié)段拱箱吊裝過程中，技術(shù)人員根據(jù)監(jiān)控單位的施工控制指令及時(shí)對(duì)測控點(diǎn)進(jìn)行測量，保證了各節(jié)段拱箱預(yù)抬量及軸線滿足設(shè)計(jì)要求。

白雞坡渡槽拱箱吊裝施工過程中，軸線偏差最大13mm，高程偏差最大24mm，滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。

7 施工過程中存在的問題及解決措施

a.預(yù)制橫隔板、中腹板等薄壁構(gòu)件產(chǎn)生混凝土裂紋的幾率較大。

解決措施:通過調(diào)整、優(yōu)化混凝土配合比，減小水灰比，保證混凝土的拌和質(zhì)量，同時(shí)選擇傍晚氣溫較低的時(shí)候，澆筑混凝土并及時(shí)覆蓋灑水養(yǎng)護(hù)等方式解決此類問題。

b.白雞坡渡槽拱箱吊裝節(jié)段較多，接頭與接頭之間容易產(chǎn)生累積誤差，造成合龍段長度與設(shè)計(jì)長度出現(xiàn)偏差。

解決措施:在吊裝完上下游前4段拱箱后，及時(shí)實(shí)測拱箱累計(jì)長度，并根據(jù)實(shí)測數(shù)據(jù)，查驗(yàn)與設(shè)計(jì)要求的長度誤差，如果在容許的范圍內(nèi)，及時(shí)預(yù)估合龍段長度，然后進(jìn)行合龍段拱箱預(yù)制(合攏段最后預(yù)制)，確保合龍質(zhì)量。

c.拱座二期混凝土面與第Ⅰ段拱箱端面不耦合。

解決措施:在拱座澆筑完成后，須復(fù)核凈跨及拱座標(biāo)高，在拱座上逐一畫出每片拱箱的上下邊線與設(shè)計(jì)值進(jìn)行比較，保證拱箱端面與拱座接觸精度。對(duì)不滿足要求的拱座進(jìn)行修整或適當(dāng)調(diào)整第Ⅰ段拱箱端面，以保證其耦合性。拱座修鑿后，檢查時(shí)應(yīng)要求拱座水平面高程稍小于或等于設(shè)計(jì)標(biāo)高，拱座端平面應(yīng)與橋軸線垂直，傾斜面的水平傾角應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求或小于設(shè)計(jì)角度。對(duì)于拱座二期混凝土面與第Ⅰ段拱箱端面間的縫隙，采用內(nèi)墊鋼板、NE-II型環(huán)氧樹脂砂漿、與拱箱同等級(jí)細(xì)石混凝土相結(jié)合的方法進(jìn)行填縫處理。

d.長線法施工容易出現(xiàn)拱箱接頭未匹配問題。

解決措施:嚴(yán)格控制并測量端面，然后進(jìn)行耦合計(jì)算，對(duì)于突出部分應(yīng)予鑿除處理，保證端面與拱箱中線相垂直，接頭面的傾斜度在誤差允許范圍內(nèi)。

e.拱箱接頭連接鋼板焊接易出現(xiàn)不均勻變形問題。

解決措施:從連接鋼板的兩邊向中間焊接。

f.拱箱接頭橫縫全部澆注完成后，中箱合龍無法調(diào)整合龍軸線及高程。

解決措施:白雞坡渡槽縱向分為15節(jié)段，渡槽兩側(cè)Ⅴ～Ⅶ節(jié)段接頭橫縫不澆注，待拱圈合龍后再澆注。

g.側(cè)錨梁上張拉盒焊接質(zhì)量差導(dǎo)致爆裂。

解決措施:各焊接部位的焊接質(zhì)量必須進(jìn)行認(rèn)真、仔細(xì)排查，對(duì)于焊接質(zhì)量不到位的部位，立即安排專業(yè)焊工重新進(jìn)行補(bǔ)焊，在扣塔所有焊接質(zhì)量經(jīng)項(xiàng)目部及監(jiān)理檢驗(yàn)合格后，才進(jìn)行拱箱吊裝施工。

8 結(jié)語

白雞坡渡槽中箱于2013年9月29日全部安全順利合龍，拱圈各項(xiàng)參數(shù)均符合設(shè)計(jì)規(guī)范要求。該工程的施工，為今后類似工程積累了一定的施工經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)，證明該技術(shù)施工方案可行，可為其他工程提供借鑒。

［1］ 劉萬忠.懸臂拼裝鋼筋混凝土拱橋的施工控制［D］.湖南:湖南大學(xué)，2001.

［2］鄧可.懸拼拱架現(xiàn)澆拱橋施工控制及安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估研究［D］.湖南:長沙理工大學(xué)，2011.