大跨度雙曲拱石索渡槽施工方法及質量控制

劉軍平,黃向軍,屈偉康

（渭南市石堡川水庫管理中心,陜西 澄城 715200）

0 前言

灌區續建配套與節水改造項目是我國灌區現代化建設的一項重要任務。而大中型灌區的工程隱患基本發生在樞紐和輸水渠道重要建筑物當中。過去在渡槽施工工藝等方面開展較多的探討,如渡槽關鍵技術控制、渡槽施工專項方案優化對比等,但對大跨度雙曲拱渡槽施工工藝研究很少,現結合石索渡槽移址重建過程中的施工方法及質量控制進行分析討論。

石索渡槽是渭南市石堡川水庫灌區干渠上的控制建筑物之一,渡槽位于灌區上游,是向渭南市白水、澄城兩縣城市供水和農業灌溉的咽喉工程；原有石索渡槽病險嚴重、危及輸水安全,主要表現為槽身混凝土老化、碳化嚴重；鋼筋裸露,銹蝕嚴重；排架、雙曲拱存在明顯裂縫；槽殼混凝土凍脹脫落,鋼絲網裸露；基礎邊墩存在沖坑等。移址重建的石索渡槽采用大跨度（單跨85 m）雙曲拱結構支撐,2020 年11 月～2022 年5 月進行工程建設,主體建成后整體結構宏偉、壯觀,是目前陜西水利史上單跨最大的雙曲拱渡槽工程。

1 工程概況

移址重建的石索渡槽位于渭南市石堡川水庫干渠10+460.9 m～10+633.9 m,全長173 m,設計流量9.0 m3/s,加大過水流量11.5 m3/s,設計縱坡1/750。由進口漸變段（長度8 m）、槽身段（長度155 m）、出口漸變段段（長度10 m）三部分組成；渡槽槽身下部支撐采用拱上排架支撐結構,主拱圈共布置2片懸鏈線變截面矩形肋拱。拱肋為單跨雙曲拱,凈跨徑85 m,凈矢高17 m,矢跨比為1/5。拱肋斷面尺寸為100 cm×140 cm（寬×高）,在拱腳位置設置100 cm×160 cm（寬×高）的截面；兩片肋拱間采用75 cm×105 cm（寬×高）橫系梁連接,主拱圈混凝土標號為C40。

2 拱肋支撐技術方案

渡槽拱肋線性布設在一定程度上影響內力的分布,直接影響主體結構的穩定性和安全性。石索渡槽主拱肋采用支撐（由護基土壩、拱座、“安德固”滿堂腳手架三部分組成）現澆法施工。渡槽凈跨度85 m,凈矢高17 m,拱頂距離基礎土壩上部砼頂面高度為24 m,因此拱肋軸線線性控制的關鍵是控制拱座、基礎沉降變形和滿堂腳手架本身的彈塑性變形。拱座基礎的沉降變形和拱座本身的非彈性變形可通過提前預壓處理來消除,而滿堂架預壓時產生的彈性變形直接影響著預拱度的調整；另外,混凝土徐變產生的位移在設置預拱度時也必須考慮。

3 拱肋施工工藝

3.1 基礎土壩質量控制

1）對渡槽上下游岸坡進行基礎土方開挖,依據碾壓試驗相關數據,分層攤鋪并回填（充分利用基礎土方）,25T 壓路機碾壓,分層現場取樣,確保各項指標符合設計和規范要求。

2）素土回填完成后進行1 m 厚（分4 層回填）的2∶8 灰土回填,現場拌和、攤鋪、碾壓、取樣；最后在頂部澆筑長度82 m,厚度25 cm 的C25 商品混凝土做為滿堂架搭設基礎。

3）滿堂腳手架選用目前較為先進的“安德固”腳手架,實施前,組織了省內7 名專家對滿堂架腳手搭設專項施工方案進行論證,在可行的基礎上,明確了搭設的方法、步距、排距、鏈接、頂托等具體要求。

3.2 模板工程質量控制

1）主拱肋模板采用木模,現場加工制作,底模根據設計圖紙要求的坐標進行嚴格的線性控制,在考慮架體拆除后拱圈自重、溫度變化等因素影響下的彈性下沉,其預留拱度使支撐拆除、拱圈下沉、軸線、高程符合設計要求。

2）支撐架體砼模板同標高對稱搭設和拆除,拱間連系梁模板與拱柱同步施工,拱肋底模采用“滿堂支撐為主,斜拉支撐為輔”的頂撐定位方案,對稱安裝到位,采取斜支撐、剪刀撐等加固措施防止模板位移,通過對支撐系統預壓來消除滿堂支撐架體變形和地基沉降,預壓荷載為（拱肋+排架+槽身滿水）自重之和的1.5 倍,預壓材料為袋裝土,每袋自重為2.3 t～2.4 t,分組分區對稱預壓,每組連續加載72 h,觀測支撐系統的沉降位移和即時加固。

3）根據混凝土施工經驗,為確保拱肋砼不自然流淌,石索渡槽拱肋采用四面支撐,拱體兩側模沿高度方向上設置4道防水拉桿固定,拱上部頂模根據砼澆筑現場即時固定。

3.3 鋼筋工程質量控制

1）主拱肋受力鋼筋根據拱弧度在加工時預先進行放樣并彎曲,為避免鋼筋安裝過程中因自重產生側壓力而位移,架體隨滿堂架升高并進行加固支撐。

這個夜晚左小龍特別難熬，還有一只不懂事的蚊子在他的左手中指上咬了一口，那一口恰好咬在骨頭斷裂的位置，還不能撓，真是生不如死。有的時候疼好忍，但癢就不好忍了，忍還不能撓是最不能忍的。左小龍在這個時候想起了泥巴。他突然想，不知道這個小姑娘現在怎么樣了。明天應該去找找她，告訴她自己受傷了，當然，是在見完黃瑩的情況下。

2）所有鋼筋均采用人工綁扎,嚴格按照設計圖紙要求進行放線定位,保證鋼筋規格、型號、間距、排距、搭接、保護層等位置準確。

3）主筋28 mm 鋼筋接頭采用現場機械套絲連接,使用前及時送樣報驗,箍筋采用綁扎,接頭位置錯開,鋼筋搭接采用雙面焊接,接頭之間距離不小于60 cm,鋼筋加密區嚴格按照設計要求施工。

4）對留置施工縫鋼筋必須做好固定,混凝土澆筑完成后需及時檢查、校對、驗收,確保預留鋼筋位置準確。

3.4 混凝土工程質量控制

石索渡槽主拱圈長（軸線）93.74 m,分五段澆筑,其中兩拱腳為第一段、第五段各17.97 m 長,拱頂為第三段長20 m,拱頂至拱腳兩側為第二段和第四段各18.3 m 長,在第三段兩端對稱預留“后澆帶”兩處（每處0.6 m）共1.2 m。

混凝土澆筑：根據確保滿堂架變形最小、主拱肋對稱受力不發生冒頂的原則,主拱圈分3 次對稱澆筑,混凝土選用外購商品混凝土,自行式泵車（兩臺）入倉的施工方法。主拱圈混凝土選用C40 泵送混凝土,塌落度控制在120 mm～140 mm,運輸進場耗時控制在60 min 以內,兩臺泵車同時對稱工作,澆筑順序為先拱腳第一段、第五段,其次為拱頂第三段,最后澆筑中肋第二段、第四段。對稱的區段同步澆筑,澆筑速度保持一致,及時觀測兩邊澆筑高度,盡可能同步,若發現對稱澆筑高度超過6 cm 時,及時調整澆筑速度,保證兩側受力均等。兩拱肋之間的連系梁適時同步澆筑。同時預留兩側對稱“后澆帶”各60 cm 長,位置選在接近拱頂兩端,待主拱肋澆筑28 d 強度滿足要求后進行“后澆帶”混凝土澆筑,設計封拱合龍溫度為9℃,施工時間選擇在8 月20 日下午19 時以后進行,澆筑前對擬合龍段進行物理降溫,提前聯系制冰廠制作成90 cm 長,30 cm 高,20 cm 厚的冰塊規格,對兩側和底板模板采用冰塊加棉被包裹,保證混凝土入倉溫度,實際測量為8.7℃～8.9℃；連續冰塊冷卻養護7 d,正常養護21 d。

養護：主拱肋混凝土澆筑完成后,整體澆水養護,前7 d養護次數為6～8 次,后期養護為4～6 次,連續養護28 天,養護期間保持混凝土表面濕潤。

4 矩形槽身混凝土施工質量

1）槽身組合鋼模板：石索渡槽槽身設計為矩形,在模具選擇上采用了組合鋼模板,在保證外形幾何尺寸基礎上,加強內框鋼模板,其形狀如矩形槽殼內輪廓線,選用防水拉桿固定在外形鋼模具上,保證混凝土厚度,槽身設計每節為5 m,內外模選用定型加工的成套組合鋼模板,鋼板厚度為5 mm,三角包角處采用角鋼鈑金焊接,兩側堵頭采用定型鋼板加工而成,現場固定,不僅起到了堵頭和加固作用,同時固定了止水帶。

2）鋼筋制作安裝：槽身鋼筋在使用前檢查并清理表面銹蝕,在鋼筋加工區進行分類加工并標碼堆放,分別采用50 t、80 t 吊車吊運至工作面,按照規范要求進行布置、搭接、綁扎及焊接等,其安裝位置準確、牢固；保護層采用標準墊塊鋪墊,數量和間距符合規范要求,墊塊盡可能與鋼筋綁扎固定,底板上層鋼筋下部的支撐馬鐙按實際面積（每平方米保證3 個）和鋼筋直徑要求使用。

3）混凝土質量控制：槽身混凝土澆筑采用分組“跳倉法”,每5 節為一組,分批施工。每組澆筑前,組織建設單位、設計單位、監理單位、施工單位代表實際檢查商混站使用的原材料情況,其水泥、砂子、石子、水等的要求必須符合設計要求,對外加劑的摻和量、最佳砂率、最小用水量、塌落度等進行出廠和現場測試；并召開座談會議,和商混站負責人就混凝土配合比、拌和時間、運輸罐車數量、運輸間隔時間、運輸道路備選方案等做好部署和應急預案；確?；炷寥雮}及時無泌水現象。槽身混凝土澆筑要保持兩側對稱澆筑,施工前做好驗收工作（包括施工部位、幾何尺寸、槽身比降、起拱數值；鋼筋和模板的工序驗收、安全措施、勞力準備、現場水電、振搗設備及數量、環境保護、臨時道路等）,嚴格控制“三檢制”,監理驗收合格后并出具開盤證方可澆筑。入倉混凝土要均勻攤鋪,施工順序為先底板后側墻,振搗方式采用插入式振搗器振搗,其移動間距控制在作用半徑的1.5倍內,插入下層砼內的深度保持在50 mm～100 mm,與側模距離應保持50 mm～100 mm；同時保證振搗時間,避免發生過振、漏振現象,振搗標準以混凝土不明顯下沉、不出現氣泡等為依據。底板混凝土澆筑完成后及時進行原漿收面,確保平整度滿足設計要求。

5 施工效果評價

石索渡槽主體實施完成表明,大跨度雙曲拱施工是經過計算驗算符合設計的基礎上進行施工的,在充分利用滿堂腳手架支撐,通過對大跨度主拱肋合槽身的線性布設、模板工程、鋼筋工程、混凝土工程影響主體施工質量的各個環節進行嚴格把關,保證后澆帶合龍溫度在設計要求9℃以內,施工質量得到了控制。大跨度雙曲拱肋混凝土澆筑順序的優化調整,以適應調節腳手架變形,采用了同期、對稱澆筑法,加快了工程進度,同時使施工質量得到有效控制。根據現場檢查主拱圈和槽身混凝土外觀、幾何尺寸、強度、拱腳測量、變形觀測等數據,檢測結果顯示各項指標均在允許范圍之內。

2022 年7 月初通過了渡槽充水,充水試驗分封堵、充水、停水、檢查、排水等5 個環節,分級加載,逐級校驗,分級卸載,在渡槽兩端同時充水,槽身最大充水深度1.4 m（設計水深1.33 m）,累計充水量720 t,歷時5 天；充水試驗期間完成的監測任務包括：應變測試、撓度測量、位移測試、外觀檢查等,各項監測結果符合設計要求,渡槽槽身和接頭完好,無滲漏。渡槽充水試驗的目的是通過充水加載試驗,記錄渡槽在荷載作用下的結構應變,為渡槽在工況荷載能力評定和后期運行提供科學依據。