渡槽貝雷架24 m預應力槽身預壓施工技術

林國華，藍天緣，蘇興彬

（崇左市左江治旱工程管理中心，廣西 崇左 532200）

廣西左江治旱馱英水庫及灌區工程是水利部172個重點項目之一，其灌區位于廣西崇左市，灌區覆蓋面積較大，區域內部條件復雜[1]，需建造大量的高架輸水灌溉渡槽以解決遠距離輸水供水問題。根據當地的工程地質條件，該灌區多數渡槽為24 m長預應力薄壁混凝土結構，呈U型斷面。為了解決墩身高，施工難度大、工作量大等問題，24 m長的渡槽槽身采用懸掛式簡支貝雷架支撐現澆施工。由于渡槽槽身撓度控制要求較為嚴格，需要對槽身現澆貝雷架進行預壓[1，2]。通過對槽身進行預壓，然后測量貝雷架的位移和變形，計算得到貝雷架在實際荷載作用下的彈性和非彈性變形，為消除結構的非彈性變形及正確設置預拱度提供準確參數，保證澆筑的槽身結構線形符合設計要求，最終保障模架的正常工作和安全使用。

1 工程概況

1.1 地質條件

馱英灌區寧明干渠工程從六旭村西北側谷底處的總干渠引出，之后沿該谷地的175 m 等高線布置。該工程干渠線路按所通過地段的地貌特點可分為：①平原線，即常見的平原上的渠道，所經過的地層以地四下堆積物為主；②谷底或坡麓線，即在谷底兩側（山麓腳下）修渠；③山腹線，即沿半山坡修渠；④嶺脊線，即在丘陵地區沿山頂嶺脊修渠；⑤橫斷嶺谷線，即橫穿嶺脊和橫跨峽谷的渠線；⑥隧洞線。

該干渠經過的主要地層有泥盆系、石炭系、二疊系、三疊系、侏羅系、白堊系、第三系和第四系。渡槽墩基主要以強風化基巖為持力層，承載力基本滿足要求。但大部分渡槽墩基位于丘陵溝渠內，墩基持力層為沖洪積軟塑狀淤泥質粉質黏土、松散狀粉細砂、淤泥質砂等軟弱地層中，需要進行換填。

1.2 槽身結構

寧明干渠渡槽槽墩分為重力式、排架式和薄壁空心式，最大墩高34 m。渡槽總長9.65 km，U 型斷面槽身22 座，矩形斷面槽身16 座（2.2 m×1.95 m）。槽身為簡支梁式薄殼結構，支座為固定支座預埋鋼墊板支座。渡槽槽身跨徑24 m，槽身長23.96 m。渡槽進口設漸變段，漸變段前與梯形明渠平順連接，接U 型渡槽槽身；出口為U 型槽明渠平順連接。干渠渠首引水流量3.87 m3/s，渠首設計水位為176.30 m，渠末設計水位148.42 m。

2 槽身預壓總體方案及規定

采用注水法或吊放鋼筋進行預壓。24 m 跨徑槽身預壓以下澗2#渡槽為例，施工時單跨混凝土重（含鋼筋）108.6 t，槽身模板及設備重34 t，施工人員重1 t（15 人），故全部施工荷載共143.6 t，安全系數取值1.2（考慮風荷載、動荷載的影響），故預壓總重量為172.32 t。

預壓應符合以下規定：

（1）貝雷架預壓應在貝雷架安裝完成后進行；

（2）應根據現場施工情況選擇代表性區域進行預壓；

（3）貝雷架預壓加載范圍不應小于現澆混凝土結構物的實際投影面；

（4）貝雷架預壓前，應布置沉降監測點，預壓過程中應對布置的沉降監測點進行監測；

（5）在全部加載完成后的貝雷架預壓監測過程中，當滿足下列條件之一時，應判定貝雷架預壓合格。①各監測點最初24 h 的沉降量平均值小于1 mm；②各監測點最初72 h的沉降量平均值小于5 mm。

3 槽身預壓施工流程

3.1 支架基礎預壓

3.1.1 支架基礎預壓的一般規定[3]

（1）支架基礎預壓前，應查明施工區域內不良地質的分布情況。

（2）工程施工場區內的支架基礎應按不同類型進行分類。

（3）支架基礎應設置排水、隔水措施，不得被混凝土養護水和雨水浸泡。

（4）支架基礎預壓前，應布置支架基礎的沉降監測點，支架基礎預壓過程中，應對支架基礎的沉降進行監測。

（5）在對支架基礎代表性區域的預壓監測過程中，當最初72 h各監測點的沉降量平均值小于5 mm時，應判定同類支架基礎的其余部分預壓合格。

（6）在對支架基礎的預壓監測過程中，當滿足下列條件之一時，則支架基礎預壓合格：a.各監測點連續24 h的沉降量平均值小于1 mm；b.各監測點連續72 h的沉降量平均值小于5 mm。

（7）在對支架基礎代表性區域的預壓監測過程中，當最初72 h各監測點的沉降量平均值大于5 mm時，同類支架基礎應全部進行處理，處理后的支架基礎應重新選擇代表性區域進行預壓。

3.1.2 地基基礎堆載預壓

（1）采用沙袋或現場鋼筋進行地基基礎預壓。

（2）地基預壓荷載。上部槽身結構自重和跨中鋼管柱支撐、模板重量及風荷載、動載、活載之和的1.2倍。

（3）鋼管柱支撐基礎面預壓范圍。鋼管柱支撐基礎面預壓范圍為基礎面范圍向外各擴寬1.0 m的寬度。

（4）監測記錄。采用水準儀按照三等水準測量要求進行預壓監測；支架基礎沉降監測記錄與計算應符合下列規定：加載前，應監測各監測點初始值；全部預壓荷載施加完畢后，應監測并記錄各測點標高；每間隔24 h應監測一次，并記錄各測點標高、計算沉降量。

（5）預壓驗收。支架基礎預壓應符合《鋼管滿堂支架預壓技術規程》JGJ/T194-2009 第4.1.5 條或第4.1.6條的規定。

（6）地基基礎處理驗收標準及方法。①地基承載力：不小于160 kPa，采用釬探或標貫試驗確定；②標高：滿足計算起始面標高，全站儀或水準儀測定；③坐標及軸線：符合設計要求，全站儀測定。槽身施工預壓重量172.32 t，基礎承載力計算：172.32÷（3.5×3.5）×9.8=137.86 kPa＜160 kPa，滿足承載力要求。

3.2 加載方案

施工前，先安裝好貝雷架，貝雷架上安裝好預應力槽身外模。為了解貝雷架施工變形情況，預壓盡量與槽體自重分布相符，采用向貝雷架上吊放鋼筋配重的方式進行預壓。在24 m 跨中位置增設鋼管柱支撐（見圖1），支設鋼管柱前場地需平整、碾壓夯實，并澆筑20 cm厚混凝土墊層，在墊層頂面鋪設2 cm厚鋼板，鋼板與鋼管立柱間通過焊接連接，6根鋼管柱間采用I14工字鋼焊接，間距1.5 m。

圖1 鋼管柱截面結構尺寸示意圖

先計算好每一級的加載重量，然后進行加載，對施工荷載分4 級進行加載，即60%荷載、80%荷載、100%荷載及120%荷載。

3.3 沉降觀測方案

3.3.1 精度要求與觀測儀器的選擇

根據技術精度要求，采用三等水準測量的要求進行精確測量，其主要技術要求見表1和表2。

每千米水準測量偶然中誤差≤1.0每千米水準測量全中誤差≤2.0限 差檢測已測段高差之差6 L往返測不符值4 L附合路線或環線閉合差4 L

等級 二等儀器類型視線長度/m前后視距差/m前后視距累積差/m S05≤50≤1.0≤3.0視線高度（下絲讀數)/m≥0.3基輔分劃讀數之差/mm≤0.5基輔分劃所得高差之差/mm≤0.7檢測間歇點高差之差/mm≤1.0

根據沉降觀測精度要求高的特點，為能精確反映貝雷架和地基在不斷加載作用下的沉降情況，使用儀器為DSZ2精密水準儀。

3.3.2 水準基點、工作基點的設置

為便于進行沉降觀測，在槽梁范圍內沿線布設適當水準點和工作基點。

3.3.3 觀測點的布設

沉降觀測點布置如圖2 所示，監測斷面位置每隔1/4 跨徑應布設1 個，共5 個監測斷面，每個監測斷面上的觀測點為5個，且以軸線為基準對稱布置。共設置25個測點，編號為m1～m25，直接做好記號，采用精密水準儀對各測點進行沉降觀測。

圖2 沉降觀測平面布置圖

3.3.4 注意事項

（1）每次觀測所用的儀器及水準尺固定，觀測人員固定，觀測路線固定，觀測環境和條件要基本相同。

（2）觀測時間及環境。不允許在高溫、強光和大風等情況下觀測，要勤觀測、勤記錄，及時反饋。

（3）測量時，水準尺氣泡要穩定居中，扶尺員應快速穩定地豎直標尺，提高觀測效率。

（4）水準測量每次測量在一站內完成，觀測值的閉合差控制在1 mm之內。

（5）若一端為單排架，另一端為薄壁空心墩，單排架一側的貝雷梁下部需設置鋼管柱支撐，支撐基礎應在排架柱基礎范圍外（見圖3）。

圖3 貝雷梁下部設置的鋼管柱支撐

3.3.5 沉降觀測

沉降觀測分4步進行：加載前，觀測各測點測量高程H0，記錄表格；然后對第一步加載約為預壓荷載的60%，測量各測點的高程H1；第二步加載約為受力范圍內預壓荷載的80%，測量各測點的高程H2；第三步加載約為受力范圍內預壓荷載的100%，測量各測點的高程H3；第四步加載約為受力范圍內預壓荷載的120%，測量各測點的高程H4。對每次加載結束穩定后進行測量讀數，并做好相應的記錄。貝雷架預壓觀測內容包括：前后兩次觀測的沉降差、貝雷架彈性變形量及貝雷架非彈性變形量。

每級加載完成后，應先停止下一級加載，并應每間隔12 h 對貝雷架沉降量進行一次監測。當貝雷架頂部監測點12 h 的沉降量平均值小于2 mm時，可進行下一級加載。

沉降穩定后，維持加載24 h，預壓滿足下列要求之一：①各測點沉降量平均值小于1 mm；②連續3次各測點沉降量平均值累計小于5 mm可一次性卸載，貝雷架兩側應對稱、均衡、同步卸載。卸載6 h后應監測各監測點的標高，并計算貝雷架各監測點的彈性變形量、非彈性變形量；監測工作結束后，應提供監測點布置圖及監測記錄表。

載荷試驗應對稱、分層、分級加載并加強變形監測，一旦發生不利趨勢時，立即進行卸載，待荷載卸載完畢并確保安全后進行貝雷架體系加固，加固后重新開始分級載荷試驗，試驗通過后方可進行槽身施工。

3.4 穩定標準及終止加載

（1）穩定標準。當滿足下列條件之一時，判定沉降穩定：①各監測點最初24 h的沉降量平均值小于1 mm；②各監測點最初72 h的沉降量平均值小于5 mm。

（2）終止加載情況。當出現下列情況之一時，可終止加載：①貝雷架全部荷載加載完畢，經觀測貝雷架變形穩定可終止加載；②預壓過程中如發現貝雷架橫向左右對稱斷面沉降差超過10 mm 時應停止加載并分析原因。

貝雷架及地基變形量（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貝雷架的強度和穩定性，貝雷架變形、傾斜應停止加載并分析原因。

3.5 卸載

貝雷架兩側應對稱、均衡、同步卸載。當預壓卸載完成后，要對貝雷架的標高及模板尺寸等進行復核，對發生松動、變形、移位等情況的地方要及時處理，對沉降進行調整，完全合格后，方可進行第一階段鋼筋綁扎等工作。

3.6 安全操作平臺設置

為方便施工，應在槽身兩側設置平臺，起到臨邊人員防護作用。在施工的槽墩墩帽上設置臨邊防護，增設20 cm擋腳板。

4 觀測數據整理和分析

4.1 數據整理

每個測點、每級加載后對沉降量進行連續觀測直到沉降穩定。取沉降穩定后即最后一次觀測值作為該級荷載下的最終沉降觀測值。得到的觀測值與零荷載時的觀測值之差，作為該點在該級荷載下的實際沉降量。在每級荷載下，根據觀測數據和各荷載量繪制荷載—沉降量曲線圖

4.2 彈性變形分析

彈性變形為δ1=h1-h3（h1為加載前測點初始標高值；h3為卸載后測點標高值）。通過試壓后，可以認為貝雷架的非彈性變形已經消除。彈性變形成δ2=h3-h2（h2 為卸載前測點標高值）。根據該彈性變形值，在底模上設置預拱度δ2，以使貝雷架變形后梁體線型滿足設計要求。

4.3 預壓沉降成果的應用

根據對貝雷架預壓沉降結果，在底模上設置施工預拱度。對于已進行預壓區段，根據式（1）調整各測點底模標高：

對于沒進行預壓的區段，參考式（2）調整各測點底模標高：

根據施工藍圖渡槽槽身應設置向下的二次拋物線反拱，槽身跨中成槽后最大反拱值為20 mm。支架安裝完畢并實施預壓后應按實測的彈性變形量和施工控制要求，結合成槽后的槽身反拱值（見表3）確定立模標高。槽身設置反拱時，預應力管道也同時設置反拱。

23.46 0 X/m Y/mm 0 0 0.75 2.48 1.73 5.46 3.73 10.70 5.73 14.77 7.73 17.87 9.73 19.42 11.73 20.00 13.73 19.42 15.73 17.67 17.73 14.77 19.73 10.70 21.73 5.46 22.71 2.48

5 結語

馱英水庫灌區寧明干渠工程開展的24 m 渡槽貝雷架預應力槽身預壓施工工程實踐，對于貝雷架在高跨徑，高墩身，多種類槽墩的渡槽施工中積累了預壓施工經驗，對類似工程施工具有一定的借鑒意義。