裝配式技術(shù)在渡槽建設(shè)中的應(yīng)用研究
——以韶山灌區(qū)涓上飛鏈渡槽為例

廖滿軍，李亞民，趙仙龍，李金恒，周 黎

（中國水利水電第八工程局有限公司，湖南 長沙 410004）

國務(wù)院“十四五”建筑業(yè)發(fā)展規(guī)劃提出要大力發(fā)展裝配式建筑。構(gòu)建裝配式建筑標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計和生產(chǎn)體系，推動生產(chǎn)和施工智能化升級，擴大標(biāo)準(zhǔn)化構(gòu)件和部品部件使用規(guī)模，提高裝配式建筑綜合效益。完善適用不同建筑類型裝配式混凝土建筑結(jié)構(gòu)體系，加大高性能混凝土、高強鋼筋和消能減震、預(yù)應(yīng)力技術(shù)集成應(yīng)用。裝配式技術(shù)在水利工程中建設(shè)也大有作為。

1 韶山灌區(qū)涓上飛鏈渡槽拆除重建工程概況

韶山灌區(qū)涉及湘潭、長沙、婁底3 市，湘鄉(xiāng)市、湘潭縣、韶山市、雨湖區(qū)、寧鄉(xiāng)市、岳麓區(qū)、雙峰縣7 個縣（市、區(qū)）39 個鄉(xiāng)（鎮(zhèn)），設(shè)計灌溉面積為100萬畝，是一座以農(nóng)業(yè)灌溉、防洪、排澇為主，兼具發(fā)電、工礦及城鎮(zhèn)供水、旅游開發(fā)、生態(tài)環(huán)保、養(yǎng)殖等綜合利用功能的大型灌區(qū)。

涓上飛鏈渡槽拆除重建是韶山灌區(qū)“十四五”續(xù)建配套與現(xiàn)代化改造項目關(guān)鍵子項目，是韶山灌區(qū)南干渠跨越涓水的交叉建筑物（見圖1），位于高豐村和陳家洼里之間，拆除原涓上飛鏈渡槽，并按照原建筑形式重建，該渡槽槽身段采用直線形簡支鋼筋混凝土梁式渡槽和拱上排架式相結(jié)合的形式，槽身采用U形結(jié)構(gòu)，排架柱段排架間距為15 m，槽身標(biāo)準(zhǔn)段長15 m，拱上排架段槽身標(biāo)準(zhǔn)段長19 m，拱身每跨38 m，渡槽全長338 m。渡槽槽身為U 形槽，槽身310 m，進出口連接段長均為14 m；排架形式為單排架+雙排架。

圖1 涓上飛鏈渡槽現(xiàn)狀圖

根據(jù)韶山灌區(qū)工程管理局的相關(guān)規(guī)定，非灌溉期一般為當(dāng)年的10 月中旬至第二年的3 月中旬，停水期5 個月，涓上飛鏈渡槽施工必須在此期間內(nèi)完成拆除重建。涓上飛鏈渡槽拆除重建主要特性詳見表1。

表1 涓上飛鏈渡槽拆除重建主要特性數(shù)量

2 初步設(shè)計方案

原初步設(shè)計方案（見圖2）：基礎(chǔ)形式為擴大基礎(chǔ)（現(xiàn)澆）+雙排柱/拱（現(xiàn)澆）+槽身（預(yù)制）。

圖2 涓上飛鏈渡槽初步設(shè)計圖

施工方案基于渡槽跨度較大且工期較短，新老渡槽結(jié)構(gòu)形式一致，采用分期實施方案，新老結(jié)合處做好防滲措施。槽身采用預(yù)制結(jié)構(gòu)，楠竹長虹渡槽槽身單節(jié)重量161 t，涓上飛鏈渡槽槽身單節(jié)重量77 t。

混凝土及砌體拆除：主要為原渡槽的混凝土及漿砌石拆除，采用靜態(tài)爆破方法拆除。人工鉆孔，孔內(nèi)裝破碎劑。棄渣采用1 m3挖掘機挖裝，8 t 自卸汽車運至附近渠道用于路基填筑，平均運距約10 km。

基礎(chǔ)開挖：土方開挖采用1 m3挖掘機開挖土方，開挖料就近堆存用于回填。石方開挖采用液壓破碎錘配合風(fēng)鎬拆除。1 m3反鏟挖掘機挖裝，8 t 自卸汽車運至附近渠道路堤填筑段用于回填，平均運距約10 km；或運至附近支渠用于回填。

土方回填：利用開挖料，不足部分取自附近渠道工程，74 kW 推土機推平，拖拉機壓實，局部采用2.8 kW 蛙式打夯機夯實。

混凝土澆筑：主要為基礎(chǔ)及排架的混凝土工程。混凝土采用0.8 m3攪拌機生產(chǎn)，5 t 自卸汽車水平運輸，墊層混凝土直接入倉；下部結(jié)構(gòu)混凝土采用溜槽入倉；上部結(jié)構(gòu)泵送入倉。混凝土采用人工平倉，1.1 kW 插入式振搗器振搗。

湖口縣地處長江中下游油菜產(chǎn)業(yè)帶核心區(qū)域，是國家油菜生產(chǎn)重點縣，近年來在農(nóng)業(yè)部油菜增產(chǎn)模式攻關(guān)及產(chǎn)業(yè)政策扶持下，深入推進“效益糧油，綠色糧油，品牌糧油”建設(shè)，結(jié)合綠色高產(chǎn)高效關(guān)鍵技術(shù)示范推廣和技術(shù)瓶頸攻關(guān)，優(yōu)化資源配置，提煉技術(shù)措施，集成組裝了一批標(biāo)準(zhǔn)化、模式化、可復(fù)制、可推廣的油菜種植技術(shù)模式。

槽身混凝土：采用預(yù)制結(jié)構(gòu)，可在各施工點附近空場地集中預(yù)制，機械運輸，300 t 汽車起重機吊裝人工配合安裝。

3 裝配式技術(shù)應(yīng)用新方案

根據(jù)項目工期要求、地質(zhì)條件等因素綜合考慮，本項目擬采用裝配式技術(shù)應(yīng)用新方案：基礎(chǔ)形式為PHC 管樁（預(yù)制）+承臺（預(yù)制）單、雙排柱/拱（預(yù)制）+槽身（預(yù)制）。（見圖3、圖4）

圖3 涓上飛鏈渡槽裝配式方案示意圖

圖4 涓上飛鏈渡槽裝配式方案拱跨部位示意圖

3.1 新裝配式方案優(yōu)勢

1）根據(jù)地質(zhì)條件，采用預(yù)制管樁施工速度最快，質(zhì)量易保證。

2） 上部結(jié)構(gòu)采用常規(guī)汽車吊，進行安裝可以方便實現(xiàn)；過河渡槽采用預(yù)制吊裝拼裝可以減少高大支模架的搭設(shè)，節(jié)約成本，縮短工期，降低高處作業(yè)風(fēng)險。

3）拱肋對于跨度較大的整片一次預(yù)制吊裝自身結(jié)構(gòu)受力不滿足，跨度38 m 結(jié)構(gòu)吊裝運輸易折斷，采用兩片拱肋可以解決問題；設(shè)計時通過計算確定安裝時兩片拱肋沒有形成整體，受力狀態(tài)為三鉸拱，連接成整體時為無鉸拱，受力滿足要求。

4）采用UHPC 混凝土+U 形鋼筋連接兩片拱肋及其支座部位可以減少連接段長度12 d（d 為縱向鋼筋直徑），簡單的吊模即可解決，普通混凝土連接段長度需要35 d（d 為縱向鋼筋直徑），在拱肋上支模困難，以設(shè)計25 d 的縱向鋼筋直徑為例連接長度12 d=300 mm，本項目連接段長度采用350 mm。

3.2 裝配式渡槽結(jié)構(gòu)連接技術(shù)

1）鋼筋連接技術(shù)。普通鋼筋采用灌漿套筒連接和灌漿波紋鋼管連接；灌漿連接套筒按加工方式可采用鑄造灌漿套筒或機械加工灌漿套筒，按鋼筋連接方式可制作成全灌漿套筒或半灌漿套筒。灌漿連接套筒是目前預(yù)制拼裝下部結(jié)構(gòu)較常采用的一種連接方式，其作用是將一根鋼筋的力傳遞至另一根鋼筋。全灌漿套筒一端為預(yù)制安裝端，另一端為現(xiàn)場拼裝端，套筒中間設(shè)置鋼筋限位擋板，套筒下端設(shè)置壓漿口，套筒上端設(shè)置出漿口。半灌漿套筒的鋼筋機械連接端為預(yù)制安裝端，另一端為現(xiàn)場拼裝端，套筒下端設(shè)置壓漿口，上端設(shè)置出漿口。

裝配式混凝土渡槽預(yù)制節(jié)段的連接方式可根據(jù)結(jié)構(gòu)形式、施工條件等因素參考表2 確定。

表2 裝配式混凝土渡槽預(yù)制節(jié)段的常用連接方式及適用范圍參考表

圖5 承臺節(jié)點連接示意圖一

圖6 承臺節(jié)點連接示意圖二

施工工藝流程如下：

①預(yù)制管樁在工廠生產(chǎn)檢驗合格后，運輸至施工現(xiàn)場使用打樁機打入指定位置。

②將預(yù)制承臺吊裝至管樁上方，調(diào)整承臺的坐標(biāo)及標(biāo)高。

③在預(yù)制承臺預(yù)留的圓形洞口中插入U 形鋼筋，錨入預(yù)制管樁中間部位。

④在預(yù)制承臺預(yù)留的圓形洞口中澆筑混凝土至第二層鋼筋上25 mm 左右，找平。

⑤養(yǎng)護3～5 天后，將預(yù)制排架柱吊裝至預(yù)制承臺預(yù)留的圓形洞口中，預(yù)制排架柱與預(yù)制承臺錨固部位需設(shè)置四棱臺抗剪鍵槽，調(diào)整好預(yù)制排架柱位置和標(biāo)高后，用鋼絲繩等臨時固定設(shè)施固定排架柱。

⑥在預(yù)制承臺洞口澆筑二次細石混凝土，待混凝土強度達到要求拆除臨時固定設(shè)施。

3）預(yù)制拱肋連接技術(shù)。預(yù)制拱肋拆分為兩片預(yù)制，吊裝和安裝時受力為三鉸拱，采用現(xiàn)澆連接時受力為兩鉸拱，兩片拱肋連接段及拱肋與墩身連接段采用活性粉末混凝土（或者UHPC 高性能混凝土）濕接縫連接（見圖7），活性粉末混凝土具有很好的致密性，可對鋼筋形成很好的握裹作用，大幅減少鋼筋需要的錨固長度。當(dāng)鋼筋的搭接采用U 形鋼筋時，其搭接長度可以進一步減少。當(dāng)采用U 形鋼筋的搭接時搭接長度應(yīng)大于12 倍縱向主筋的直徑。

圖7 UHPC 拱頂連接示意圖

拱上預(yù)制排架柱與預(yù)制拱肋采用套筒灌漿連接。

3.3 施工方案

1）預(yù)制梁場及便道施工：構(gòu)件預(yù)制場設(shè)置在渡槽出水口附近，租地約4 900 m2，施工營地租用預(yù)制場旁的已有建筑，設(shè)置實驗室、辦公區(qū)及住宿區(qū)。構(gòu)件預(yù)制場與施工現(xiàn)場由場外道路相連，運距約150 m。場內(nèi)便道設(shè)置在槽位上游，標(biāo)準(zhǔn)寬度為10 m，總長約310 m。水中便道標(biāo)高43.59 m，墩間設(shè)置3 處過水涵管。預(yù)制場內(nèi)配備承臺、拱架、排架、槽身模板各1 套，除槽身外模為鋼模外，其他均為塑料模。湘潭冬季低于0 ℃時間約10 天，應(yīng)考慮梁場混凝土冬季保溫施工。

渡槽基礎(chǔ)為PHC 管樁，單樁承載力1 050 kN，持力層為強風(fēng)化砂礫巖，樁長（3～7）m。采用專用打樁錘插打，當(dāng)遇孤石時，采用孔內(nèi)引孔法壓樁。

2）擴大基礎(chǔ)及墩柱施工：水中擴大基礎(chǔ)、墩柱施工采用土石圍堰筑島+鋼板樁圍堰止水圍堰，岸上擴大基坑采用放坡開挖，坡比1∶1.5，混凝土澆筑采用商品混凝土。

3）排柱及拱圈吊裝：排架柱最大重量為25 t，承臺34 t（單臺），采用2 臺130 t 吊裝（一主一副）。半身拱47.7 t，采用2 臺300 t 汽車吊同時吊裝拼裝。

4）槽身吊裝或邊跨現(xiàn)澆施工：渡槽首尾槽身采用現(xiàn)澆，其他采用預(yù)制槽身。槽身整體預(yù)制，分片吊裝，15 m 節(jié)重71.6 t，8 m 節(jié)重38.5 t，由兩臺200 t 汽車吊抬吊吊裝。

5）槽身附屬：本項目槽身單跨長度為15 m，采用整體預(yù)制，槽身安裝完成后，立即進行槽身伸縮縫防水施工，渡槽上方人行道板采用預(yù)制場預(yù)制，運輸至現(xiàn)場，依次由槽身出水口向進水口方向人工安裝。待人行道板施工完成后，進行渡槽欄桿施工。當(dāng)槽身重量太大、常規(guī)吊裝設(shè)備不滿足要求時，可以采用1/2 預(yù)制方式（見圖8）。槽身頂部如果作為人行通道設(shè)計有蓋板及欄桿，也可以采用裝配式技術(shù)方案（見圖9）。

圖8 預(yù)制槽身節(jié)點連接示意圖

圖9 預(yù)制槽身及附屬裝配式技術(shù)方案示意圖

4 結(jié) 語

本項目采用全裝配式技術(shù)新方案，研究了基礎(chǔ)、承臺、排架柱、拱肋、渡槽等部位的裝配式連接方式及構(gòu)造要求，實現(xiàn)了以空間換時間快速施工，非常適合目前灌區(qū)改造項目渡槽拆除重建存在的建設(shè)周期短的特點；渡槽建設(shè)期（非灌溉期）一般跨越冬季，對防水要求高，冬季施工傳統(tǒng)現(xiàn)澆很難保證施工質(zhì)量，而采用裝配式構(gòu)件可以在工廠預(yù)制，有利于保證施工質(zhì)量；綜合上述因素，裝配式技術(shù)在渡槽建設(shè)中值得推廣應(yīng)用。