普溪河渡槽槽身施工過程中預(yù)拱度的控制研究

劉 凱，張紅霞，陳崇德

(湖北省漳河工程管理局，湖北 荊門 448156)

1 概 述

宜昌市東風(fēng)渠灌區(qū)普溪河渡槽全長(zhǎng)1 003 m,最大高度61.5 m，河床段為單跨40 m預(yù)應(yīng)力槽梁式簡(jiǎn)支結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)縱坡 1/600，設(shè)計(jì)流量15.0 m3/s。槽身斷面為矩形，凈寬3.1 m，凈高2.6 m，側(cè)墻厚0.3 m，側(cè)墻每3.2 m設(shè)一道肋(肋厚0.3 m，寬0.3 m)，底板厚0.45 m。由此可見，普溪河渡槽具有高度較高、單跨現(xiàn)澆較長(zhǎng)、截面較薄、施工難度較大等特點(diǎn)。基于上述特點(diǎn)，槽身采用大跨度小截面預(yù)應(yīng)力槽身造槽機(jī)施工新工法，施工設(shè)備為DZS40/500矩形上行式造槽機(jī)[1]。

2 槽身預(yù)拱度的設(shè)置

2.1 槽身預(yù)拱度設(shè)置

1) 普溪河渡槽槽身施工及運(yùn)行過程中，存在以下幾個(gè)變形過程：①混凝土澆筑過程。隨著混凝土澆筑數(shù)量的增加，槽身模板支撐結(jié)構(gòu)受到的荷載逐漸增加，槽身以及模板體系可能整體產(chǎn)生下?lián)蟍2]。②預(yù)應(yīng)力張拉過程。混凝土澆筑完成后，在張拉過程中，在槽身兩端施加的預(yù)應(yīng)力作用下，槽身及模板體系可能整體產(chǎn)生上拱[3]。③底模拆除過程。在拆除底模的過程中，模板體系對(duì)槽身的支撐作用消失，槽身可能產(chǎn)生下?lián)蟍4]。④運(yùn)行過程。在運(yùn)行過程中，水流的重力作用于槽身上，槽身可能產(chǎn)生下?lián)蟍5]。

2) 針對(duì)上述變形，為了使槽身在混凝土澆筑及運(yùn)行過程中的形態(tài)、受力保持最優(yōu)狀況，于槽身混凝土澆筑之前在模板的設(shè)計(jì)與施工中留出適當(dāng)?shù)念A(yù)拱度是非常有必要的。同時(shí)，預(yù)拱度的設(shè)置也是槽身施工質(zhì)量控制體系中非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)[6]。

3) 預(yù)拱度設(shè)置。造槽機(jī)現(xiàn)場(chǎng)拼裝完成后，通過預(yù)壓試驗(yàn)，確定設(shè)備安裝過程中的非彈性形變量；模擬槽身混凝土澆筑施工過程，確定外模的彈性變形量；根據(jù)設(shè)計(jì)提供的澆筑及張拉產(chǎn)生的拱度變化以及設(shè)備廠家提供的材料彈性變形量等因素，出于運(yùn)行安全考慮，確定槽身澆筑底模預(yù)拱度為55 mm。

2.2 槽身預(yù)拱度監(jiān)測(cè)內(nèi)容

1) 槽身混凝土澆筑時(shí)的監(jiān)測(cè)點(diǎn)。槽身混凝土澆筑時(shí)的高程監(jiān)測(cè)點(diǎn)分別位于槽身外模左右側(cè)頂部，并對(duì)應(yīng)造槽機(jī)左右兩側(cè)12根挑梁位置。

2) 張拉及拆除底模后的高程監(jiān)控。張拉過程中，對(duì)槽身?yè)隙鹊臏y(cè)量貫穿與整個(gè)過程。

3) 槽身靜載高程監(jiān)控。為提前掌控槽身在通過狀態(tài)下的撓度變化，采取靜載試驗(yàn)的方式模擬槽身在設(shè)計(jì)流量作用下的撓度變化。

2.3 槽身預(yù)拱度監(jiān)測(cè)成果

1) 以4#槽身觀測(cè)成果為例(下同)，槽身外模左右側(cè)頂點(diǎn)監(jiān)測(cè)成果整理后數(shù)據(jù)見表1、表2及圖1、圖2。

表1 外模左側(cè)頂點(diǎn)的高程監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù) /m

表2 外模右側(cè)頂點(diǎn)的高程監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù) /m

圖1 澆筑過程中外模左側(cè)頂點(diǎn)高程監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)變化

圖2 澆筑過程中外模右側(cè)頂點(diǎn)高程監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)變化

2) 張拉及拆除底模后的高程監(jiān)測(cè)。張拉及拆除底模后的高程監(jiān)測(cè)成果見表3、表4以及圖3、圖4。

表3 槽身左側(cè)點(diǎn)張拉及拆模監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù) /m

表4 槽身右側(cè)點(diǎn)張拉及拆模監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù) /m

圖3 槽身左側(cè)點(diǎn)張拉及拆模后監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)變化

圖4 槽身右側(cè)點(diǎn)張拉及拆模后監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)變化

3) 槽身靜載高程監(jiān)測(cè)。槽身靜載高程監(jiān)測(cè)成果見表5、表6以及圖5、圖6。

表5 槽身左側(cè)點(diǎn)靜載高程監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù) /m

表6 槽身右側(cè)點(diǎn)靜載高程監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù) /m

圖5 槽身左側(cè)點(diǎn)靜載高程監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)變化

圖6 槽身右側(cè)點(diǎn)靜載高程監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)變化

2.4 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析

1) 從表1、表2和圖1、圖2可以看出，在槽身澆筑過程中，外模頂部(可等同于槽身)下?lián)隙瓤烧J(rèn)為是38 mm。

2) 從表3、表4和圖3、圖4可以看出，在張拉過程中，槽身起拱為15 mm；而在槽身拆除底模后，下?lián)蠟? mm。

3) 從表5、表6和圖5、圖6可以看出，通過靜載試驗(yàn)，槽身在設(shè)計(jì)流量作用下的下?lián)隙葹? mm。

4) 通過對(duì)4#槽身在設(shè)置槽身預(yù)拱、澆筑、張拉、拆除底模、靜載試驗(yàn)等各個(gè)狀態(tài)下的槽身觀測(cè)數(shù)據(jù)，得到如下成果：①4#槽身模板預(yù)拱值為+55 mm(設(shè)定+為上拱，-為下拱，且相關(guān)數(shù)據(jù)為跨中極值)，澆筑狀態(tài)下拱-38 mm，張拉過程上拱+15 mm，拆除底模后下拱-8 mm，槽身滿載狀態(tài)下拱-7 mm。②4#槽身最終滿載狀態(tài)下拱度為17 mm。③依據(jù)觀測(cè)成果，在施工后期，槽身預(yù)拱度由+55 mm調(diào)整至+45 mm。

2.5 監(jiān)測(cè)中的不足

1) 沒有考慮到混凝土徐變作用對(duì)槽身?yè)隙鹊挠绊憽Ｐ熳冏饔脤?duì)于槽身混凝土拱度變化的影響存在兩方面：①徐變作用導(dǎo)致的預(yù)應(yīng)力松弛，使得槽身上拱度減小；②混凝土在徐變作用下持續(xù)變形，可能加大槽身的上拱值[7]。通常后者占主導(dǎo)作用，故而槽身的上拱度將在1～2年內(nèi)隨著時(shí)間逐漸變化。這一點(diǎn)將通過后期的監(jiān)測(cè)過程得以驗(yàn)證[8]。

2) 在混凝土澆筑過程的高程監(jiān)測(cè)中，沒有將渡槽排架的沉降影響分開；故而在靠近槽身端部位置17 mm的下?lián)希桥c槽身排架及盆式橡膠支座受壓變形的累計(jì)量[9]。

3) 槽身在混凝土澆筑、張拉的過程中，相應(yīng)的撓度變形均帶動(dòng)主梁變形，尤其是槽身拆除底模板的時(shí)候，因模板的分離而進(jìn)一步加劇變形，但這種下?lián)献冃闻c造槽機(jī)主梁無關(guān)，對(duì)于槽身形變過程分析來說，這是應(yīng)該予以考慮的[10]。

雖說監(jiān)測(cè)中存在的一些問題，但由于槽身受力結(jié)構(gòu)變形均加大了槽身的上拱度，因此對(duì)于槽身安全運(yùn)行來說是可靠的[11]。

3 結(jié) 語

在普溪河渡槽槽身施工過程預(yù)拱度的控制中，依據(jù)工程建設(shè)的實(shí)際情況，設(shè)置觀測(cè)點(diǎn)，對(duì)槽身混凝土澆筑、張拉、拆除底模、靜載試驗(yàn)等各個(gè)狀態(tài)下的槽身變化數(shù)據(jù)進(jìn)行觀測(cè)分析，為渡槽施工提供了可靠的實(shí)踐數(shù)據(jù)。雖說也存在不足的地方，但對(duì)于同類型渡槽的設(shè)計(jì)與施工有一定的借鑒作用。尤其是通過對(duì)4號(hào)槽身兩端封堵后蓄水靜載，槽身在滿槽水靜載作用下未發(fā)現(xiàn)滲漏痕跡，拱度滿足設(shè)計(jì)要求。