小井溝水利工程倒沖溝拱式渡槽施工技術(shù)

趙啟強(qiáng)， 鐘永兵， 羅志遠(yuǎn)

(中國水利水電第十工程局有限公司，四川都江堰 611830)

小井溝水利工程倒沖溝拱式渡槽施工技術(shù)

趙啟強(qiáng)， 鐘永兵， 羅志遠(yuǎn)

(中國水利水電第十工程局有限公司，四川都江堰 611830)

拱式渡槽主要由拱座、主拱圈、拱上排架和上部槽身結(jié)構(gòu)幾部分組成。介紹了小井溝水利工程倒沖溝拱式渡槽采用的施工技術(shù)與工藝，尤其對(duì)主拱圈的“鋼管柱+貝雷片”組合支架和施工工藝進(jìn)行了重點(diǎn)敘述，可供類似工程施工借鑒。

拱式渡槽；鋼管柱+貝雷片組合支架；施工；小井溝水利工程

1 工程概述

倒沖溝拱式渡槽為自貢小井溝水利工程輸水干渠的重要建筑物之一，全長228．98 m，進(jìn)口樁號(hào)為干渠6+943．964，出口樁號(hào)為干渠7+172．944，進(jìn)口底板高程401．514 m，出口底板高程401．361 m，坡降為1/1 500。該渡槽主要結(jié)構(gòu)由承臺(tái)與拱座、主拱圈、排架柱及槽身4部分組成。主拱圈為空腹式雙片拱肋結(jié)構(gòu)，跨度為80 m，矢高20 m，拱肋間采用橫系梁連接，混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C40；承臺(tái)及拱座為實(shí)體重力式結(jié)構(gòu)，混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C20；排架柱設(shè)計(jì)為單排架，橫截尺寸為70 cm× 90 cm，設(shè)計(jì)最大高度20 m，混凝土強(qiáng)度等級(jí)C25；槽身為U型薄壁結(jié)構(gòu)，斷面尺寸為4．3 m×3．52 m，拱上單跨槽身長度為6．5 m，拱兩側(cè)單跨槽身長度為12 m。倒沖溝渡槽結(jié)構(gòu)形式見圖1。

2 施工方案的確定

圖1 倒沖溝渡槽立視圖

2．1 總體施工順序

根據(jù)倒沖溝渡槽結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，按照先后順序分為四個(gè)步驟進(jìn)行施工:第一步，原始地面的覆蓋層剝離和承臺(tái)、拱座基礎(chǔ)、拱肋施工支架基礎(chǔ)的開挖，開挖工作按照自上而下的順序推進(jìn)，支架基礎(chǔ)在承臺(tái)及拱座基礎(chǔ)開挖完成后進(jìn)行；第二步，肋拱左右兩岸承臺(tái)、排架及拱肋的拱座施工，拱肋左右兩岸承臺(tái)澆筑與土石方開挖同步進(jìn)行，拱肋左右兩岸槽身待其排架完成后施工；第三步，拱肋的施工，主要工作為施工支架的搭設(shè)、模板和鋼筋制安、分段混凝土澆筑等；第四步，拱上排架和槽身的施工，將繼續(xù)使用施工拱肋的支架作為支撐結(jié)構(gòu)，待拱上結(jié)構(gòu)施工完畢且混凝土強(qiáng)度達(dá)到28 d強(qiáng)度要求后按照自上而下的順序逐層拆除支架。

2．2 施工支架方案

倒沖溝渡槽采用空腹式雙片拱肋作為主拱圈，主拱圈是支承結(jié)構(gòu)中的主要承重結(jié)構(gòu)，拱上結(jié)構(gòu)將槽身荷載傳遞給主拱圈，然后由主拱圈傳遞給拱座基礎(chǔ)，搭設(shè)拱肋承重支架是主拱圈施工的重點(diǎn)和關(guān)鍵。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際地形條件，主拱圈搭設(shè)滿堂腳手架整體性要求高。而且鋼管間、排距較小，從而影響到溝底河道的正常行洪及當(dāng)?shù)鼐用竦耐ㄐ?。通過相關(guān)技術(shù)咨詢和論證，倒沖溝拱式渡槽主拱圈采用鋼管柱+貝雷梁組合支架作為主拱圈的施工支架，在其上部采用碗扣式腳手架做支撐桿件的方式作為拱肋施工支架，拱左右兩岸槽身及拱上排架、槽身段搭設(shè)扣件式滿堂腳手架作為施工支架。

2．3 施工現(xiàn)場(chǎng)采取的材料運(yùn)輸方式

渡槽排架、拱肋及槽身施工屬于高空作業(yè)，且其施工區(qū)域廣、跨度大。該工程渡槽施工采用固定式塔吊進(jìn)行材料與混凝土垂直運(yùn)輸。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)地形，在渡槽的左、右兩側(cè)各安裝了1臺(tái)回轉(zhuǎn)半徑為45 m的塔吊，塔吊基礎(chǔ)布置在拱座基礎(chǔ)附近，2臺(tái)塔吊可控范圍為180 m。渡槽兩端均有20 m槽身結(jié)構(gòu)在塔吊施吊范圍以外，但最大吊裝高度僅8 m，故采用25 t汽車吊進(jìn)行吊裝運(yùn)輸。

3 基礎(chǔ)開挖

沿倒沖溝渡槽縱向軸線自上而下將地表覆蓋層通槽開挖至基巖面，開挖寬度為12 m，開挖深度根據(jù)實(shí)際巖層情況確定。為了避免爆破對(duì)巖石結(jié)構(gòu)面產(chǎn)生破壞，在施工中，渡槽承臺(tái)、拱座基礎(chǔ)石方的開挖均采用反鏟配液壓破碎頭開挖。承臺(tái)及拱座基礎(chǔ)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)藍(lán)圖且開挖至設(shè)計(jì)高程或弱風(fēng)化層，開挖基面平整或呈向山體略微內(nèi)傾一定角度，以減少基礎(chǔ)的擴(kuò)大應(yīng)力。

4 承臺(tái)及拱座的施工

基礎(chǔ)開挖驗(yàn)收合格后澆筑墊層混凝土，待凝后進(jìn)行測(cè)量放樣工作，隨即進(jìn)行鋼筋和模板的制安。鋼筋在綜合加工廠制作，汽車運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行人工綁扎、校正及安裝；模板采用標(biāo)準(zhǔn)鋼模拼接組合，鋼管圍檁，對(duì)拉螺桿、鋼管支撐固定。

承臺(tái)混凝土澆筑要求連續(xù)進(jìn)行，一次成型；拱座混凝土分倉分層澆筑而成，層高按照2．5～3 m控制。混凝土罐車運(yùn)料至澆筑現(xiàn)場(chǎng)，人工配合挖掘機(jī)入倉，倉內(nèi)混凝土分層厚度不應(yīng)超過30 cm，φ50軟軸振搗器振搗密實(shí)且振搗器要垂直插至前一層混凝土中，以保證混凝土結(jié)合良好。

5 主拱圈施工

5．1 組合支架的施工

5．1．1 支架搭設(shè)

主拱圈是渡槽支承結(jié)構(gòu)中的主要承重結(jié)構(gòu)，倒沖溝拱式渡槽主拱圈施工采用鋼管柱+貝雷梁組合支架作為主拱圈的施工支架。鋼管柱+貝雷梁組合支架分為4部分，自下而上分別為混凝土基礎(chǔ)、φ630鋼管柱、貝雷梁、φ48×3．5 mm碗扣架。

鋼管柱+貝雷梁組合支架桿件均采用螺栓或卡扣連接，支架基礎(chǔ)混凝土預(yù)埋螺桿與鋼管柱連接，鋼管柱豎向采用法蘭盤連接并設(shè)置加筋板，鋼管柱之間用20型工字鋼按照5 m間距焊接水平連接和斜撐桿件。鋼管柱安裝完成后，每排鋼管柱頂端鋪設(shè)2排40型工字鋼橫梁，用于鋪設(shè)貝雷架，在安裝40型工字鋼時(shí)設(shè)置險(xiǎn)位卡，防止其側(cè)移和傾覆；在40型工字鋼橫梁上安裝貝雷架，貝雷架沿槽身縱向中心軸線向兩邊對(duì)稱布置，中心間距為180 cm，共鋪設(shè)5組。在安裝貝雷片時(shí)要設(shè)置限位裝置，以防止貝雷片滑移；在貝雷桁架上橫向布設(shè)20型工字鋼分配梁，間距60 cm，用U型卡在貝雷片上固定，分配梁的主要作用是便于上部φ48×3．5 mm碗扣式腳手架搭設(shè)；碗扣式腳手架起架3層、步距為60 cm，以上均為120 cm，槽身底板以下腳手架立桿縱橫距為60 cm×60 cm，槽身兩側(cè)腳手架立桿縱、橫距為60 cm×90 cm，支架寬度為2×0．9+8×0．6+2×0．9=8．4 (m)。為便于拱肋施工，雙片拱肋結(jié)構(gòu)外側(cè)均搭設(shè)1．5 m寬人行通道，通道鋪鋼模板防滑并與下部施工支架扣接牢固。

主拱圈施工支架搭設(shè)整體立面布置情況見圖2。

5．1．2 支架預(yù)壓

為了確保支架系統(tǒng)的安全，滿足拱肋線形的要求，支架系統(tǒng)安裝完成后進(jìn)行堆載預(yù)壓。預(yù)壓荷載為1．25倍拱肋重量，以消除支架基礎(chǔ)的非彈性變形。具體預(yù)壓措施如下:

(1)預(yù)壓材料。

結(jié)合施工實(shí)際條件，施工支架上堆碼相應(yīng)重量的土石砂袋作為該支架的預(yù)壓材料，單個(gè)土石砂袋的重量控制在500 kg內(nèi)，以便于吊裝。

圖2 主拱圈施工支架搭設(shè)立面圖

(2)預(yù)壓加載方法。

根據(jù)鋼管腳手架預(yù)壓技術(shù)規(guī)程，支架預(yù)壓加載過程宜分為3級(jí)進(jìn)行，依次施加的荷載應(yīng)為單元內(nèi)預(yù)壓荷載值的60%、80%、120%；預(yù)壓材料采用兩側(cè)塔機(jī)吊裝至預(yù)壓平臺(tái)，吊裝時(shí)應(yīng)由專人統(tǒng)一指揮，參與吊裝的人員應(yīng)有明確分工；結(jié)合支架變形觀測(cè)點(diǎn)的布置要求，該渡槽對(duì)于跨度超過40 m的部位，在縱向10 m距離設(shè)置觀測(cè)斷面，每個(gè)觀測(cè)斷面上的觀測(cè)點(diǎn)不少于5個(gè)且對(duì)稱布置；加載前對(duì)觀測(cè)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量復(fù)核，支架逐級(jí)加載時(shí)，每間隔12 h對(duì)支架沉降量進(jìn)行監(jiān)測(cè)，累計(jì)觀測(cè)兩次，當(dāng)支架觀測(cè)點(diǎn)連續(xù)2次沉降差平均值均小于2 mm時(shí)，方可繼續(xù)加載；全部荷載施加完畢，每間隔24 h觀測(cè)一次，累計(jì)觀測(cè)3次，記錄各測(cè)點(diǎn)標(biāo)高，當(dāng)各測(cè)點(diǎn)沉降量平均值小于1 mm或連續(xù)3次各測(cè)點(diǎn)沉降量平均值累計(jì)小于5 mm時(shí)，方可進(jìn)行支架卸載。

(3)卸載方法。

人工配合塔機(jī)進(jìn)行卸載，支架兩側(cè)應(yīng)對(duì)稱、均衡、同步卸載；卸載6 h后，對(duì)觀測(cè)點(diǎn)進(jìn)行卸載后的觀測(cè)，以便于計(jì)算支架的綜合變形。

5．2 拱肋混凝土的施工

(1)模板安裝。

主拱圈支架搭設(shè)完成后，在碗扣式腳手架的每根立桿頂部安裝一個(gè)可調(diào)節(jié)高度的頂托，頂面橫向設(shè)置10 cm×10 cm木方；順拱軸線方向安裝拱肋底模，采用18 mm厚木膠合板，底模木枋采用5 cm×10 cm木方，間排距20 cm，底模直接用鐵釘釘在木枋上；拱肋側(cè)模采用18 mm厚木膠合板，按照?qǐng)D紙要求提前在加工廠分段制作成型，底模安裝完畢，按照編號(hào)拼裝側(cè)模，側(cè)模安裝應(yīng)先安裝內(nèi)側(cè)模板，拱肋鋼筋制作完成后，再安裝外側(cè)模板。

模板在安裝過程中，采取“底包側(cè)”的結(jié)構(gòu)形式，模板接縫處粘貼雙面膠條填實(shí)，以保證板縫拼接密實(shí)、不漏漿。拱肋模板在安裝過程中，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況設(shè)置變形縫，縫寬2 cm，避免拱肋在澆筑過程中由于重力或支架沉降造成拱肋模板整體破壞。

(2)鋼筋制安。

鋼筋進(jìn)場(chǎng)后按規(guī)格分批驗(yàn)收、堆存，不得混雜并掛設(shè)標(biāo)識(shí)。制作成型的鋼筋應(yīng)及時(shí)運(yùn)往現(xiàn)場(chǎng)使用，不宜長期存放。

鋼筋安裝順序按拱腳至拱跨1/4段，先安箍筋、后穿主筋的辦法，拱跨1/4處至拱頂段先穿主筋、后套箍筋以利施工；間隔槽鋼筋除縱向在焊接分段鋼筋時(shí)一次成型外，其余的橫向鋼筋和箍筋可在澆筑前綁扎。

為確?；炷镣庥^質(zhì)量，減少保護(hù)層墊塊與模板的接觸面積，在鋼筋與模板間設(shè)置砂漿保護(hù)層墊塊，墊塊每m2不少于4個(gè)，呈梅花型布置。

(3)混凝土澆筑。

主拱圈混凝土按照分段澆筑方式對(duì)稱澆注，從拱腳逐步推進(jìn)至拱頂，根據(jù)施工圖紙中的分段坐標(biāo)，主拱圈分作7段澆注，分段接頭設(shè)置在拱肋自重作用下彎矩最小的地方。為避免混凝土干縮變形而產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)破壞，主拱圈分段處順拱軸方向設(shè)置2 m寬的間隔槽。待主拱圈分段混凝土澆注完成且強(qiáng)度等級(jí)達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，再進(jìn)行間隔槽混凝土的施工，澆注順序依然是從拱腳處向拱頂對(duì)稱進(jìn)行。

各分段混凝土應(yīng)一次連續(xù)澆注完畢，若因故中斷，應(yīng)澆注成垂直于拱軸線的施工縫；如已澆注成斜面，應(yīng)鑿成垂直于拱軸線的平面或臺(tái)階式結(jié)合面。

混凝土澆注完成初凝后，鋪草墊覆蓋并灑水養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)時(shí)間為7 d，在混凝土初凝前不得受水沖蝕。

6 排架及槽身的施工

6．1 排架施工

主拱圈以上排架待主拱圈混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求后進(jìn)行，主拱圈左右兩側(cè)排架在完成相應(yīng)的承臺(tái)混凝土施工后即可進(jìn)行施工。

排架鋼筋的連接按規(guī)范要求錯(cuò)開接頭1 m，鋼筋接頭采用單面搭接焊。

模板采用木模板，外拉、柱箍固定模板，四周用扶正腳手架固定牢固，以保證澆注混凝土?xí)r對(duì)模板產(chǎn)生的側(cè)壓力不致使模板傾覆、發(fā)生變形和位移，每倉立模高度不超過4 m?；炷潦┕たp設(shè)在聯(lián)系梁的頂面。

排架混凝土采用罐車從拌和站運(yùn)輸至工作面，卸入0．5 m3的混凝土立罐，25 t汽車吊或塔吊吊運(yùn)入倉。分層振搗，每層厚30～50 cm，澆至離模板頂5 cm時(shí)收倉，養(yǎng)護(hù)待強(qiáng)。施工到排架頂部蓋梁部位時(shí)，必須通過精確測(cè)量，控制好蓋梁高程，預(yù)埋鋼板。

6．2 槽身施工

渡槽槽身為U型截面，外觀質(zhì)量要求高，拱上槽身單跨長度為6．5 m，拱左右兩側(cè)槽身單跨長度為12 m。

倒沖溝渡槽采用定型鋼模進(jìn)行槽身混凝土澆注，定型鋼模組裝時(shí)間短，施工效率高且澆注成型的槽身外觀質(zhì)量好。拱上槽身按照先澆注跨中段，然后對(duì)稱澆注兩側(cè)段的順序進(jìn)行，以確保下方主拱圈加載均衡。

根據(jù)混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范要求，對(duì)于單跨4 m以上的梁按照1/1 000～1/3 000設(shè)置預(yù)拱度，本渡槽槽身按照3/1 000設(shè)置預(yù)拱度，取值3．3～3．5 cm。

槽身鋼筋安裝規(guī)格和間距嚴(yán)格執(zhí)行設(shè)計(jì)和規(guī)范要求，保護(hù)層采用預(yù)制混凝土墊塊綁在鋼筋上固定，應(yīng)保證保護(hù)層厚度。

根據(jù)結(jié)構(gòu)長度，單跨槽身作為1個(gè)澆筑單位，混凝土運(yùn)送到澆注現(xiàn)場(chǎng)后，采用25 t汽車吊或塔吊提升至作業(yè)面，人工卸料入倉，采用φ30軟軸振搗器振搗，與側(cè)模保持50～100 mm的距離，振搗時(shí)嚴(yán)格控制插入間距，防止過震、漏震現(xiàn)象的出現(xiàn)。

7 結(jié) 語

拱式渡槽施工采用“鋼管柱+貝雷梁組合支架”作為施工支架是一個(gè)較好的方案選擇，其安全性、穩(wěn)定性和適用性在小井溝水利工程倒沖溝拱式渡槽施工中均得到了較好的體現(xiàn)。但值得注意的是:在整個(gè)渡槽施工過程中，必須高度重視對(duì)施工支架的安全管控，特別是在主拱圈拱肋施工期間，需派專人24 h進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)安全監(jiān)測(cè)，同時(shí)控制混凝土澆注的入倉速度，以確保施工支架的安全穩(wěn)定。

小井溝水利工程倒沖溝拱式渡槽施工通過采用科學(xué)的施工方案和合理的施工工藝，并在施工期間注重質(zhì)量控制和安全管理，每道工序都經(jīng)過嚴(yán)格檢查與驗(yàn)收后再實(shí)施，保證了工程質(zhì)量和安全，節(jié)約了施工成本，同時(shí)，施工工期也比原計(jì)劃提前兩個(gè)月完工，成功地將倒沖溝拱式渡槽打造成小井溝水利工程的一個(gè)亮點(diǎn)，贏得了各方贊譽(yù)。

(責(zé)任編輯:李燕輝)

TV52;TV37

B

1001-2184(2015)05-0009-04

趙啟強(qiáng)(1975-)，男，四川巴中人，高級(jí)工程師，從事水利水電工程施工技術(shù)與管理工作；

鐘永兵(1976-)，男，四川威遠(yuǎn)人，高級(jí)工程師，從事水利水電工程施工技術(shù)與管理工作；

羅志遠(yuǎn)(1988-)，男，湖北宜昌人，助理工程師，從事水利水電工程施工技術(shù)與管理工作．

2015-08-25