預應力U型薄殼渡槽施工技術應用

馮 松孫 鋒何 強

預應力U型薄殼渡槽施工技術應用

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一、工程概況

南水北調(diào)中線工程水源地為漢江中上游的丹江口水庫，主要向輸水沿線的河南、河北、北京、天津四省市的20多座大中城市提供生活和生產(chǎn)用水。中線輸水干渠全長1277km，本文所引用渡槽為南水北調(diào)中線一期總干渠大型渡槽之一。渡槽槽身為相互獨立的3槽預應力混凝土U形結構，單跨40m，共18跨，單槽內(nèi)空尺寸7.23m×9.0m，槽壁厚0.35m，槽底厚1m，混凝土強度等級C50，抗?jié)B等級W8，抗凍等級F200，設計流量為350m3/s，加大流量為420m3/s，縱比降1∶2880。渡槽槽身總工程量為：混凝土3.25萬m3，鋼筋5022t，鋼絞線 1944t。

二、模板工程

為解決跨河施工難題，并加快工程進度，工程采用移動式造槽機設備施工。

1.移動式造槽機的組成

移動式造槽機整套設備包括主梁系統(tǒng)、內(nèi)梁系統(tǒng)和過跨移位系統(tǒng)。其中主梁系統(tǒng)包括外模系統(tǒng)，外模系統(tǒng)通過挑梁對稱地吊掛在主梁的兩側，由液壓千斤頂控制模板的張合。待整跨渡槽澆筑完成后，利用過跨移位系統(tǒng)將活動支架及模板向前牽引至下一跨上，并澆筑該跨渡槽，如此重復向前推移，逐跨澆筑，直到U型渡槽全部澆完。

2.移動式造槽機的工作原理

造槽機的工作狀態(tài)為：外模系統(tǒng)主梁上的前支腿與槽墩上的支腿預埋件固接，將荷載傳遞到前方槽墩，后支腿與已澆筑渡槽槽頂預埋件固接，并通過內(nèi)梁后支腿將力傳遞到已澆筑好的渡槽后再傳遞到槽墩。造槽機過跨移位包括外模過跨移位和內(nèi)模過跨移位兩個過程。

三、鋼筋、鋼絞線工程

1.鋼筋、鋼絞線加工

針對槽身鋼筋弧度大，直徑粗特點，工程采用自制鋼筋模具彎制、套筒機械連接技術。首先將下料好的鋼筋進行絲頭加工，加工好后立即帶上絲頭保護帽，接著放入自制鋼筋模具彎制成型。加工成型的鋼筋在使用之前，放置于鋼筋棚內(nèi)并用方木墊好。

鋼絞線下料在特制的放盤筐中進行，防止鋼絞線彈出傷人和扭絞。散盤后的鋼絞線進行外觀檢查，有粘結鋼絞線發(fā)現(xiàn)劈裂、重皮、小刺、折彎，無粘結鋼絞線發(fā)現(xiàn)護套破損等需進行處理。鋼絞線下料采用砂輪切割機切割，在平整的水泥地面上進行。下料后的鋼絞線采用方木墊高，并覆蓋保護。

2.鋼筋、鋼絞線（束）安裝

鋼筋、鋼絞線分布為里、外為普通鋼筋，中間為鋼絞線，共有三層，因此鋼筋、鋼絞線的安裝應由外至里分層綁扎。鋼筋及鋼絞線（束）安裝順序為：吊裝槽身支座鋼筋；在槽身外模上測量放樣出鋼筋及鋼絞線的準確位置；在外鋼模上綁扎槽身外層普通鋼筋；安裝鋼絞線的定位托架；安裝波紋管和縱、橫向鋼絞線束，并準確定位；安裝內(nèi)層普通鋼筋；鋼筋、鋼絞線束的檢查和驗收?？v向鋼絞線的定位網(wǎng)架間距不大于45cm，環(huán)向鋼絞線的曲線段定位鋼筋間距不大于30cm，直線段不大于50cm。澆筑前對波紋管和無粘結鋼絞線進行一次細致檢查，如波紋管破損或無粘結鋼絞線護套破損應進行修補。

四、混凝土工程

1.混凝土的配制

經(jīng)試驗確定槽身混凝土的水膠比為0.28，混凝土材料用量（kg/m3）=水∶水泥∶粉煤灰∶砂∶碎石∶超塑化SP1減水劑∶PT-C1引氣劑∶UF500纖維素纖維=150∶429∶107∶736∶946∶5.36∶0.0214∶0.9，坍落度為180～220mm，擴散度500～600mm，總堿含量2.31kg/m3。

2.混凝土澆筑

（1）混凝土工作窗的布置。全部布置在內(nèi)模上，在底板上開兩排窗口，在澆筑時，底模打開，混凝土直接入倉，澆滿之后再關閉。反弧段開有12排窗口，每排共18個孔。

（2）混凝土入倉。采用2臺混凝土汽車泵按左右側、上下游對稱下料。底板采用打開內(nèi)模直接下料，反弧段從造槽機預留的下料窗口下料，直線段從槽頂直接下料。

（3）混凝土振搗。支座和底板采用Φ70插入式軟軸振搗器振搗，圓弧段采用Φ70插入式軟軸振搗器并輔以附著式振搗器振搗，每臺造槽機配備附著式振搗器48個，振搗時間為30s，直線段和槽頂采用Φ70插入式軟軸振搗器振搗。

（4）混凝土養(yǎng)護。夏季混凝土內(nèi)部埋設冷卻水管降低水化熱，內(nèi)外表面采用灑水和長流水養(yǎng)護的方法養(yǎng)護；冬季槽身兩端采用保溫被擋風，槽身內(nèi)部生煤爐加溫。

五、槽身預應力施工

鋼絞線張拉前，千斤頂和油泵應進行配套標定，千斤頂安裝位置應與鋼絞線在同一軸線上，并與承壓板保持垂直?？v向和環(huán)向預應力均采用分級加載法整體張拉?？v向預應鋼絞線采用一端錨固。一端張拉，張拉端采用圓錨體系，固定端采用P型錨固體系，環(huán)向預應力采用兩端張拉和扁錨體系，2臺設備張拉速度保持一致。張拉順序嚴格按設計要求進行，采用持荷5min來消除應力松弛，而不采用超張拉來彌補應力松弛。

1.張拉時機

湍河渡槽工程施加預應力必須同時滿足以下條件：

①混凝土齡期≥7d；

②槽身混凝土抗壓強度不低于設計強度等級值的80%。

夏季施工時強度易達到張拉要求，此時應嚴格控制齡期；冬季施工時齡期夠，但強度增長慢，此時應嚴格控制強度。由于養(yǎng)護條件的區(qū)別，強度參考值一般以現(xiàn)場混凝土回彈值或同條件養(yǎng)護試塊強度作為準，而不以養(yǎng)護室試塊強度作為參考依據(jù)。

2.張拉順序

湍河渡槽工程采用后張法施工。槽身縱向采用有粘結預應力鋼絞線，單端張拉；環(huán)向采用無粘結鋼絞線，兩端同步張拉。為保證槽身受力均勻，縱、環(huán)向預應力鋼絞線采用對稱張拉。

按先張拉端肋環(huán)向鋼絞線（共23束），再張拉縱向鋼絞線（共40束），最后張拉漸變段至跨中區(qū)域環(huán)向鋼絞線（共218束）的順序進行。鋼絞線張拉前先單根預緊再整束張拉，單根鋼絞線的預緊力為張拉控制應力的10%。縱向鋼絞線張拉完畢，才能進行造槽機外模拆除，所有預應力鋼絞線張拉完畢造槽機才能移位過孔。

3.張拉工藝說明

①鋼絞線的張拉實行雙控，以張拉應力控制為主，以伸長值進行校核。每束預應力鋼絞線張拉前先計算理論伸長值和相應的壓力表讀數(shù)，以此作為張拉施工的依據(jù)，每一束預應力鋼絞線張拉時都應做詳細的記錄。實際伸長量應不超過理論伸長量的±6%，當伸長量超過±6%時應查明原因；

②鋼絞線的張拉加載速率宜為100MPa/min；

③全槽斷絲、滑絲總數(shù)不超過鋼絲總數(shù)的0.5%，并不得位于槽體的同一側，且一束內(nèi)斷絲不得超過一絲；

④鋼絞線回縮量不大于6mm；

⑤錨固后夾片表面應平整，同束夾片外露量差不超過1mm；

⑥作好張拉記錄和張拉過程中出現(xiàn)各種情況的原始記錄，終張拉后經(jīng)檢查并確認全部合格后方可割絲；

⑦終張拉完24h后經(jīng)檢查人員確認并測量槽體撓度合格后，即可進行錨外鋼絞線切割。鋼絞線切割處距錨具30～35mm，采用砂輪機切割，防止對錨具造成損害。切割完成后用防水涂料對錨具進行防銹處理。

六、結語

通過南水北調(diào)中線湍河渡槽工程，掌握了現(xiàn)澆預應力混凝土U型薄殼的施工技術，熟悉了移動式造槽機的工作原理。在兩年多的使用過程中發(fā)現(xiàn)，移動式造槽機不僅加快了工程進度，也解決了軟基及跨河施工的難題，既安全又能保證施工質(zhì)量，是今后在調(diào)水工程中值得推廣的渡槽專用施工設備

1.中水淮河規(guī)劃設計研究有限公司 233001 2.中水淮河安徽恒信工程咨詢有限公司 233001）