西范灌區東擴工程渡槽施工質量優化研究

尹 曉

（山西省水利水電工程建設監理有限公司，山西 太原 030002）

0 引言

渡槽也稱過水橋，是渠系建筑物中應用最廣的交叉建筑物之一，通常用于架空輸送渠系水或排洪導流[1]。渡槽一般由基礎、支撐結構、槽身和進出口建筑物組成，荷載傳遞路徑通常是槽身及水體自重—支撐結構—基礎—地基。

由于西范灌區南吳坡渡槽地基為自重濕陷性場地，濕陷等級多為Ⅲ級（嚴重）～Ⅳ級（很嚴重），系統優化排架、槽身預制及吊裝等模塊施工，對于完善西范灌區東擴工程施工質量具有十分顯著的作用。

1 工程概況

西范灌區東擴工程位于山西省運城西北部，主要是為解決當地干旱缺水，并兼顧恢復改善原西范灌區26.87 萬畝及汾南灌區11.6 萬畝耕地而興建。南吳坡渡槽總長度72 m，由槽身、排架柱、基礎及進、出口漸變段組成。渡槽設計流量為6.45 m3/s，采用C30 鋼筋混凝土薄殼結構，槽身斷面為U 型。其水力設計要素見表1。

表1 南吳坡渡槽水力計算結果表

2 工程施工

渡槽主要施工內容包括排架基礎、排架、槽身預制及吊裝。

2.1 工藝流程

排架施工工藝流程：基礎處理→鋼筋制安→模板制安→混凝土澆筑→搭設腳手架、構建施工平臺→下層排架施工。

渡槽槽身預制施工工藝流程：地基處理→底模施工→安裝外模架及外模→鋼筋制安→內模施工（含預制拉桿安裝）→澆筑混凝土→拆內模、外模→養護→吊裝。

槽身吊裝工藝流程：起重機進場平穩支撐→吊臂伸出、吊鉤降落→綁扎構件、套牢繩索→吊升構件→回轉、移動構件到就位點→降落構件→解開繩索、完成吊裝。

2.2 槽身預制

2.2.1 底模施工

在壓實好的基面上用紅磚砌筑長14.4 m，寬0.3 m，厚0.37 m 的磚砌體，在槽身支架處預留高0.13 m、寬0.1 m 孔，距槽身底部0.141 m，為外模底部拉桿連接用（異形部位底模采用混凝土澆筑）。然后用M10 砂漿找平，找平層厚度4 cm，起拱值為3 cm（其中中部起拱值2‰L），找平層每5.25 m設1 道分格縫。

2.2.2 鋼筋制安

槽身橫向分布筋Φ14@100、Φ8@200，縱向分布筋Φ10@200，鋼筋焊接接頭采用搭接雙面焊接，搭接長度5 d，鋼筋保護層厚度2.5 cm。

2.2.3 內模施工

內模配置采用定型模板，每塊定型模板間采用螺絲鏈接。將拉桿安裝就位后，從槽頭插入剩下一側翼沿的主筋進行綁扎。在拉桿位置內模安裝低于拉桿底部2 cm，用硬質塑料泡沫支墊，以保證拆模時拉桿自重卡死模板。混凝土墊塊使用前均用鋼絲刷刷成糙面，且澆筑前確保各面清潔，防止處理不當引起槽身漏水。內外模間設置支撐筋以控制模板間的相對位置，保證渡槽混凝土的厚度。內模面板使用δ=5 mm 鋼板，邊框法蘭和肋條使用80×12 mm 鋼板，支架使用8#槽鋼；連接孔φ20×24 長孔,距面板40 mm，用φ20 螺母固定。

2.2.4 混凝土澆筑

混凝土設計強度等級為C30F150W6，由9 m3混凝土罐車運輸至工地現場，采用溜槽入倉。混凝土由槽頂兩側均勻下料，每層鋪料厚度0.3 m。振搗采用φ30 mm 軟軸插入式振動棒，共需2 臺，振搗前檢查混凝土的均勻性和坍落度。

2.2.5 槽身伸縮縫處理

槽身吊裝就位后，伸縮縫按圖紙及規范要求進行施工。首先在分縫中先填塞閉孔泡沫板，然后鋪設U 型橡膠止水帶（寬290 mm），用環氧樹脂粘貼，將鋼絲網安放就序，緊貼于U 型橡膠止水帶上，最后在鋼絲網上鋪設環氧砂漿，分縫采用雙聚硫密封膏填縫。

2.3 排架施工

2.3.1 模板腳手架施工

配置定型模板，采用Φ48.3×3.6 鋼管、10 mm×10 mm 方木固定，用φ16 的對拉螺栓聯接。混凝土墊塊使用前均用鋼絲刷刷成糙面，且澆筑前確保各面清潔。根據排架結構特征分層澆筑，隨混凝土澆筑高度搭設腳手架，便于提供施工平臺，保障施工安全。

2.3.2 混凝土澆筑

承臺混凝土強度達到設計強度的70%后開始澆筑排架砼，排架采用分段法施工，施工縫設在排架橫梁頂部以上30 cm 處，分段搭設鋼管架施工平臺，排架混凝土設計強度等級為C25F150，混凝土由自有的強制式拌和機拌制，混凝土罐車配手推車水平運輸，25 t 汽吊垂直提升0.5 m3料桶入倉，溜槽入倉。

2.3.3 模板拆除

由于排架模板不承重，澆筑過程中取2 組混凝土試塊，同條件養護下待混凝土試塊強度達到設計強度的50%，方可進行模板拆除。

2.4 槽身吊裝

2.4.1 槽身吊點位置的確定

槽身2 個吊點位置選擇在槽身兩端支座附近，并采用Φ325 mm、δ=5 mm 鋼管制作長8 m 的平衡梁進行吊裝作業。槽身混凝土為C30F150W6，槽身2 個吊點位置選擇在槽身兩端面支座附近，通過平衡梁減小槽身受力，避免產生吊裝變形問題，使設計剛度、強度滿足吊裝要求。

2.4.2 吊帶槽身受力計算

（1）槽身捆綁吊帶

槽身捆綁吊帶計算：

式中：T 為槽身捆綁吊繩實際拉力；ɑ 為槽身捆綁吊繩與槽身水平面的夾角，按60°計；G 為槽身重量。

經計算，T=4.62 t，依據規范一般用途合成纖維扁平吊裝帶，選用30 t 的吊帶進行吊裝，配套相應卡環。

（2）混凝土拉桿受力計算

槽身吊裝時，吊點處的混凝土拉桿按軸心受壓構件進行計算，混凝土拉桿正截面受壓承載力按式（2）計算:

式中：N 為軸向壓力設計值；＆為混凝土拉桿受壓時的穩定系數；fc為混凝土軸心受壓強度設計值；A 為混凝土拉桿截面積；f1y 為縱向鋼筋抗壓強度設計值，A1s 為受壓區縱向鋼筋截面面積。

經計算，N≤0.98×14.3×0.01×106=14.03 t＞水平分力8 t，混凝土拉桿受壓時處于安全狀態。

（3）混凝土槽身受力計算

槽身吊裝時，槽身受吊帶水平分力，槽身按軸心受壓構件進行計算，混凝土拉桿正截面受壓承載力按式（3）計算：

式中：N 為軸向壓力設計值；＆為混凝土槽身受壓時的穩定系數；fc為混凝土軸心受壓強度設計值；A 為混凝土槽身截面積；f1y 為縱向鋼筋抗壓強度設計值，A1s 為受壓區縱向鋼筋截面面積。

經計算，N≤0.82×14.3×0.38×106=445 t＞槽身吊裝水平=10 t，混凝土槽身受壓時處于安全狀態。

2.4.3 吊車起吊能力計算

起吊負荷P=19.3 t，起吊高度H=31.5 m，吊裝幅度R=35.4 m，吊車主臂長度50.19 m。按照1 臺汽車起重機進行吊裝作業，選用QAY350 t 汽車起重機，支腿8.0 m 全伸，140 t 配重，可360°旋轉，在幅度36 m 情況下，主臂長度50.19 m，起吊重量21 t≥19.3 t，起吊高度35.57 m≥32.22 m。本渡槽槽身吊裝采用1 臺350 t 同時起吊滿足槽身吊裝要求。

2.4.4 槽身吊裝作業

槽身吊裝采用一臺350 t 汽車起重機汽車起重機開至就位區域，25 t 汽車起重機安裝配重，安裝就位后，車的腳底部放置2.5 m×2.5 m×0.2 m 鋼板，厚度20 cm，吊裝前先進行試吊，在起重工指揮下，緩緩吊起30 cm 后確認受力合理，吊車支腿穩固，吊帶狀態良好，方可繼續起吊。起吊速度v=1.0 m/min，起吊前在已經安裝好的槽身端頭預先放置Φ20@300 圓鋼，以防止在槽身吊裝過程碰撞對槽身造成損壞。將吊裝的吊帶與槽身端肋兩側同時捆綁起來，防止吊裝吊帶發生移動，確保吊裝安全。

2.5 渡槽綜合性能評估體系

建立渡槽綜合性能評估體系，分為安全性、適用性和耐久性三部分。安全性評估是對結構域承載能力極限狀態的評估，適用性評估是對結構正常使用極限狀態的評估，主要要求結構整體及構建損壞不得影響渡槽正常使用；耐久性評估主要是對材料強度和結構損傷的評估，要求在渡槽的服務期限內構件、建筑物表面或內部侵蝕損傷速度符合要求，其評估指標體系見圖1。

圖1 渡槽施工質量及綜合性能評估體系

3 結語

渡槽施工質量顯著影響著灌區渠系輸水性能的發揮。西范灌區東擴工程因南吳坡渡槽地質條件復雜，單項工程施工難度大分別從排架施工、槽身預制和槽身吊裝等三方面予以分析計算，針對其特點優化了施工流程和方案，同時建立了渡槽施工質量和綜合性能評價指標體系，可在工程完工或日后運行期對渡槽開展綜合評估，及時診斷和評判渡槽結構狀態，以便采取針對性措施保證骨干工程達到設計指標，發揮最佳工程效益。