預應力U型薄殼渡槽槽身施工質量控制

王 興 亮， 徐 云

(中國水利水電第十工程局有限公司, 四川 成都 610072)

預應力U型薄殼渡槽槽身施工質量控制

王 興 亮， 徐 云

(中國水利水電第十工程局有限公司, 四川 成都 610072)

以都江堰灌區毗河供水一期工程施工第六分部易家壩渡槽為例，對預應力U型薄殼渡槽的內模抗浮、槽身澆筑外觀質量及預應力張拉進行了分析并對易發問題提出了解決措施，介紹了預應力U型薄殼渡槽施工技術要點。

抗浮；槽身外觀；預應力；施工質量；控制；毗河供水一期工程

1 概 述

毗河供水一期工程書永分干渠易家壩渡槽全長399 m，共計25跨梁式槽身，其中23#槽身橫跨319國道段，槽身結構為C40W6F100預應力鋼筋混凝土結構，壁厚30 cm，槽身順槽向、橫槽向均設有預應力鋼束，預應力槽身長度為30 m，槽身跨徑為29.15 m。預應力鋼束采用抗拉強度標準值fptk=1 860 MPa、公稱直徑d=15.2 cm的低松弛高強度鋼絞線。槽身順向設置12組鋼筋束，橫向設置73組鋼筋束(圖1)。

圖1 槽身鋼束布置圖

2 預應力槽身施工的難點

該工程雙向預應力U型薄殼渡槽施工具有以下幾個方面的難點：

(1)混凝土浮力大，U型槽身結構使得澆筑期間流態混凝土對槽身內模產生巨大浮力，易導致內模起浮，影響結構尺寸及過水面高程。

(2)澆筑外觀質量難控制，U型槽身結構反弧段處振搗困難，導致槽身內壁易出現麻面；混凝土氣泡難排出，混凝土配筋率大于0.2 t/m3，因而需采用坍落度約18～20 cm、流動性、和易性良好的混凝土。但采用高坍落度混凝土導致泌水較多、反弧段泌水難排出，從而使槽身內壁易出現水紋。

(3)預應力鋼束施工要求高。一般預應力混凝土的作用是限制混凝土受拉區的裂縫寬度，而渡槽混凝土因過水需要，需保證槽身無裂縫，因而要求波紋管準確定位并精確控制張拉力。

3 主要施工工藝

因該跨槽身橫穿國道，最終采用的是鋼管柱+貝雷梁與盤扣式腳手架組合支架體系跨國道，項目部結合現場實際情況實施的預應力槽身總體施工流程為：公路交通防護設施施工→槽身模板支架搭設→支座安裝→外模安裝→外層鋼筋制安、波紋管、預應力鋼筋束安裝→內模安裝→混凝土澆筑及養護→油表、千斤頂配套標定→預應力鋼筋束張拉→孔道壓漿填充→鋼絞線切割、C40微膨脹混凝土封錨→止水、護欄等完善。

4 主要技術措施

(1)為解決內模起浮問題，技術人員首先分析了渡槽內模受到浮力的成因。混凝土澆筑時，渡槽過水面為空腔，因混凝土具有流動性，相當于內模侵入流體內，排開了過水面部分的混凝土，從而使得混凝土對內側底模及反弧段模板有向上的壓力。但由于混凝土不是全流態且混凝土內部黏結力能抵抗部分浮力，同時，隨著混凝土水化反應的進行，混凝土逐漸從半塑態轉化為固態。綜合以上三個原因分析得知：混凝土的浮力小于通過阿基米德原理計算得到的浮力。通過分析得知，渡槽內模中的最大浮力約為按混凝土為純液態下計算的1/3。

針對內模起浮，通常采用兩種方案予以處理：一種是在內模頂部安裝橫向工字鋼后施加配重以平衡浮力；另一種方案是在內模上安裝立桿并在槽頂安裝雙拼I20工字鋼作為抗浮壓杠，然后將壓杠與外模立柱通過螺栓連接，混凝土浮力通過立桿傳遞至壓杠，再從壓杠傳遞至外模立柱。筆者對兩種方案進行了比較后得知：兩種方案均能有效控制內模起浮。但由于第一種方案下的配重塊需求重量較大，造成施工不便，而且大大增加了支架體系的負荷，不利于支架安全；第二種方案則相對方便、經濟、安全。通過分析比較，最終決定采用第二種方案作為抗浮措施(圖2)。

圖2 模板抗浮體系示意圖

(2)為提高渡槽內壁的外觀質量，減少槽身內壁麻面、氣泡、水紋的發生，根據類似工程經驗，采用以下措施能有效提高槽身內壁的外觀質量：

①改善混凝土的配合比。采用一級配混凝土，石子粒徑不大于20 mm；采用0.03%的AH-1型引氣劑摻量以確保抗凍耐久性并改善混凝土流動性，引氣劑摻量偏高將導致混凝土氣泡更多，不利于混凝土外觀質量；引氣劑摻量偏小將導致抗凍性能不達標，因此，可根據設計抗凍要求通過試驗得到最佳引氣劑摻量；采用高性能減水劑以確保混凝土坍落度及保坍時間，在保證混凝土強度、抗滲、抗凍等條件下適當減小水膠比，以增加混凝土在高配筋率槽身中的流動性并減少混凝土泌水。

②改善振搗方式。采用插入式振動棒+附著式振動器相配合，附著式振動器功率選擇為2 kW，外模反弧段間距2 m布置附著式振動器，外模左右兩側交錯布置。附著式振動器開啟時間對振搗效果影響顯著，振搗器開啟時間過長將因過振翻砂，并因振搗期間混凝土流動性顯著增強而導致混凝土對內模浮力急劇增加造成抗浮體系負荷增加，嚴重時將危及抗浮體系的安全；振搗器開啟時間過短將導致漏振、振搗不密實。根據理論分析與實踐經驗得到U型渡槽槽身澆筑附著式振動器開啟方式為：邊下料邊振搗，短時間(一次開啟時間約20 s)、多頻次開啟振動器，避免多個振動器同時開啟，應逐個開啟振動器。

③改善澆筑方式。采用起重機吊裝料斗的方式進行澆筑，以方便控制澆筑速度。澆筑時，采用平倉法，從中間向兩側均勻卸料，同時振搗，確保混凝土不在一個位置堆積過多。

④改善模板排氣及泌水情況。在內模上開啟排氣孔，排氣孔直徑為3～5 mm，間距30 cm，振搗時產生的氣泡能夠從排氣孔排出并排出混凝土泌水。

(3)為確保預應力施工質量，需準確控制張拉力，并采用張拉力與伸長值雙控指標驗證張拉結果是否合格，即當張拉力達到設計值時需驗證實際伸長值與理論伸長值偏差應在±6%以內，否則應停止張拉并分析產生的原因。

根據千斤頂油壓表讀數與標準荷載關系得到分級張拉時油壓表讀數從而控制每一級張拉下的鋼束應力。按照設計要求，N1～N8鋼束控制張拉力為1 093.7 kN，N9～N12、N橫鋼束控制張拉力為546.8 kN，張拉時采用千斤頂1、千斤頂2對N1～N8進行整體兩端張拉，采用千斤頂3、千斤頂4對N9～N12、N橫進行單根兩端張拉，將系數代入荷載-讀數關系曲線，得到分級張拉時每一級荷載下油壓表讀數，通過準確控制油壓表壓力控制張拉力。張拉時按同步、對稱、同時雙向張拉的原則進行，鋼絞線理論伸長值復核計算公式為：

代入相關數值進行計算得到：

縱向鋼束兩端伸長值之和為198 mm；

橫向鋼束兩端伸長值之和為42 mm。

實際伸長值:

ΔL=ΔL1+ΔL2

式中 ΔL為鋼絞線兩端實際伸長值之和；ΔL1為從初始應力至最終應力之間的兩端實測伸長值之和；ΔL2為初應力下的推算伸長值，預張拉10%，縱向鋼束ΔL2=20 mm，橫向鋼束ΔL2=4 mm。

根據以上計算結果，每一組鋼束張拉至控制張拉力后，將實際伸長值與理論伸長值進行比較，當誤差在規定范圍內時張拉合格，當誤差大于規定范圍時應停止張拉并分析其產生的原因。

5 結 語

預應力渡槽施工是引水工程中管控的重點和難點。筆者通過對先進經驗進行總結、對易發問題進行定性分析、對鋼束張拉控制進行定量計算，提出了改善工程質量的措施，為今后遇到類似工程時提高管控能力、確保工程質量提供了一定的保障。該工程中的成功經驗表明：采用文中方案進行預應力渡槽施工，能夠取得較好的效果,可為同類型工程施工提供參考。

TV554;TV52;TV68;TV523

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1001-2184(2017)05-0088-02

2017-06-10

王興亮(1986-)，男，四川儀隴人，工程師，從事水利水電工程施工技術與管理工作；

徐 云(1993-)，男，湖北黃岡人，助理工程師，從事水利水電工程施工技術與管理工作.

(責任編輯李燕輝)