輸水工程大跨度現(xiàn)澆拱式渡槽施工技術(shù)

楊 偉

(自貢小井溝水利工程有限責(zé)任公司，四川 自貢 643115)

輸水工程大跨度現(xiàn)澆拱式渡槽施工技術(shù)

楊 偉

(自貢小井溝水利工程有限責(zé)任公司，四川 自貢 643115)

本工程輸水工程渡槽有矩形、U型、扒地等結(jié)構(gòu)形式,其中拱式渡槽跨度大、高差大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜,造成施工難度大、質(zhì)量控制難,對(duì)輸水工程建成后安全運(yùn)行起到關(guān)鍵性作用。本文主要針對(duì)拱式渡槽拱座基礎(chǔ)承載力要求高、支撐系統(tǒng)的安全穩(wěn)定系數(shù)高、拱脅模板安裝成形質(zhì)量高、砼澆筑工序和工藝高等特點(diǎn),闡述基礎(chǔ)處理、支撐系統(tǒng)、混凝土澆筑等施工技術(shù)及質(zhì)量控制方法等,為以后相似工程提供參考。

輸水工程;大跨度;現(xiàn)澆;拱式渡槽;施工技術(shù)

1 工程概況

本文中輸水工程拱式渡槽的設(shè)計(jì)流量9～10m3/s，最大架空高度39～42m，拱座跨度80m，矢跨比為1/4。拱式渡槽主要由承臺(tái)基礎(chǔ)、拱肋基礎(chǔ)、標(biāo)準(zhǔn)排架、A型排架、拱肋、拱上排架和上部槽身結(jié)構(gòu)組成。拱肋主要承受軸向推力，拱圈由2片拱肋組成，拱肋厚1.8m，拱肋寬度為0.9m，兩拱肋外邊線距離4.7m，中間加設(shè)橫向連系梁，拱肋曲線采用二次拋物線形式，上承式結(jié)構(gòu)，拱圈上部為鋼筋砼排架，排架上部為槽身。

2 施工程序及施工布置

2.1 施工程序

拱式渡槽施工為輸水工程施工的關(guān)鍵，其施工程序尤為重要。根據(jù)拱式渡槽結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，其施工程序?yàn)?定位放線→基礎(chǔ)處理→拱肋滿樘架支撐→底模板→拱肋鋼筋制安→側(cè)模板支撐→砼澆筑→下一段拱肋施工→間隔槽施工→拱上排架施工→槽身支撐→渡槽外模鋪裝→鋼筋制安→槽身拉桿止水預(yù)制件安裝→渡槽120°內(nèi)模鋪裝→砼澆筑(其余內(nèi)模隨澆隨安)→附屬設(shè)施安裝。

2.2 施工布置

自上而下進(jìn)行基礎(chǔ)開挖和基礎(chǔ)砼施工，施工完成后主要以拱座及拱肋和拱上排架的施工為主要關(guān)鍵路線，排架為施工作業(yè)調(diào)節(jié)面，形成平行交叉作業(yè)。施工風(fēng)、水、電、道路根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地形條件，合理布置。如圖1所示。

3 主要施工方法

3.1 土石方開挖

采用自上而下分層通槽臺(tái)階式開挖，土方采用1.5m3液壓反鏟挖掘機(jī)直接開挖，石方采用淺孔松動(dòng)爆破開挖。

3.2 拱座及灌漿施工

基礎(chǔ)進(jìn)行砼找平后進(jìn)行錨筋施工，然后基礎(chǔ)砼澆筑1～2m，并達(dá)到強(qiáng)度后進(jìn)行固結(jié)灌漿，結(jié)束后按設(shè)計(jì)要求將拱座砼澆筑完成。

3.3 拱肋施工

3.3.1 基礎(chǔ)處理

基礎(chǔ)覆蓋土及淤泥清除，并開挖至基巖，對(duì)于沖溝及附近范圍基礎(chǔ)無法開挖至基巖的進(jìn)行基礎(chǔ)硬化。在跨度范圍內(nèi)的基礎(chǔ)無法滿足開挖至硬基時(shí)，將基礎(chǔ)換填，保證承載能力。如圖2所示。

3.3.2 拱肋支撐結(jié)構(gòu)

(1)測(cè)量放線。按照拱架放樣圖上支座的坐標(biāo)，將支座位置測(cè)放到墩臺(tái)上。測(cè)量以渡槽中心線和墩臺(tái)中心線2條基線為基準(zhǔn)。先測(cè)出上下游最外側(cè)拱架片的中心線，再測(cè)出最外側(cè)2拱架片的支座中心位置，然后測(cè)出其余拱架片支座中心位置。

圖1 拱式渡槽立面布置

圖2 拱式渡槽跨沖溝過流及基礎(chǔ)硬化示意圖

(2)支撐結(jié)構(gòu)及計(jì)算荷載。因拱身跨度及離地高度較大，采用滿堂紅鋼管架支撐外加纜風(fēng)繩進(jìn)行加固。首先將拱肋基礎(chǔ)范圍內(nèi)分臺(tái)階開挖至硬基巖，并在地勢(shì)平坦處澆筑8m×2m寬，30c m厚C 20砼條形帶，便于度汛。鋼管架搭接過程中，預(yù)留鋼管爬梯、操作平臺(tái)，便于人員上下及作業(yè)，鋼管架兩側(cè)及分層掛安全網(wǎng)防護(hù)。

拱身支撐結(jié)構(gòu)中拱架的設(shè)計(jì)計(jì)算最為重要，直接關(guān)系施工安全，也是施工質(zhì)量控制重點(diǎn)，具體過程如下:①拱架的計(jì)算荷載考慮拱圈自重、模板、墊木、拱架與拱圈之間各項(xiàng)材料的自重、拱架自重、施工人員、機(jī)具重力、橫向風(fēng)力。計(jì)算荷載選擇:選取單排立柱，以平面桿件體系計(jì)算;立桿自由長(zhǎng)度取大橫桿的間距，兩端視為鉸接;頂端小橫桿按連續(xù)桿計(jì)算;考慮作用在拱架上的豎直荷載，不考慮水平力和風(fēng)力。荷載布置:主拱圈為肋拱，肋寬較窄，每根頂端小橫桿下布置10根立桿，作用在小橫桿上的荷載按集中力荷載考慮。頂端小橫桿按七跨連續(xù)梁計(jì)算。小橫桿把荷載以連續(xù)梁支反力形式傳給立桿，立桿按兩端鉸接的受壓桿件計(jì)算。承重架搭設(shè):通過荷載計(jì)算、分析，確定承重架搭設(shè)參數(shù)，立桿間距與剪刀撐，腳手架底部(排)高度1.5m，其余步距不大于1.8m，腳手架立桿縱距0.6m，橫距0.6m。剪刀撐按水平距離不大于9m，角度在45°～60°上下，左右連續(xù)設(shè)置剪刀撐(每間隔4排立桿進(jìn)行設(shè)置)，并延伸到頂部橫桿以上。立桿須采用對(duì)接扣件進(jìn)行連接，對(duì)于承重架頂部立桿無法采用對(duì)接扣件的部位，可采用十字扣件進(jìn)行搭接，但豎向方向頂部應(yīng)采用雙抱箍施工。架體內(nèi)封閉，拱肋沿曲線2片拱肋外部操作平臺(tái)鋪設(shè)平臺(tái)，施工層及以下每隔3步和底排內(nèi)立桿應(yīng)用密目網(wǎng)或其它措施進(jìn)行封閉隔離。通道、腳手架外側(cè)應(yīng)設(shè)來回之字形斜道，形成轉(zhuǎn)角平臺(tái)，設(shè)防護(hù)欄桿、掃地桿，內(nèi)設(shè)密目網(wǎng)封閉。對(duì)基礎(chǔ)的要求，搭設(shè)承重架前將搭設(shè)部位的表土全部進(jìn)行清理，落在堅(jiān)硬巖石上，下部墊水平傳力墊塊。②拱頂預(yù)拱度按經(jīng)驗(yàn)估算:δ=l2/5000*f，設(shè)置預(yù)拱度時(shí)，拱頂處應(yīng)按全部預(yù)拱度總值設(shè)置，拱腳處為零，其余各點(diǎn)可按拱軸線坐標(biāo)高度比例或按二次拋物線分配。按二次拋物線分配時(shí)的計(jì)算方法，公式為:δ x=δ (1-4x2/l2)，式中:δ x-任意點(diǎn)(距離為x)的預(yù)加高度，m;δ-拱頂總預(yù)加高度，m;l-拱圈計(jì)算跨徑，m;x-跨中至任意點(diǎn)的水平距離，m。

(3)拱架的卸落。為使拱架承受的荷載平穩(wěn)地傳授給拱圈，拱架的落架順序需從拱頂?shù)焦澳_、兩邊對(duì)稱橫向同步落架。落架的同時(shí)應(yīng)加強(qiáng)對(duì)拱肋變形觀測(cè)。

3.3.3 拱肋鋼筋、模板安裝

(1)拱圈放樣。拱圈和拱助采用坐標(biāo)法放樣。首先在搭設(shè)的承重架立桿上根據(jù)測(cè)量的拱底曲線和軸線按照每米一個(gè)斷面進(jìn)行放樣，以紅油漆標(biāo)識(shí)在立桿上，并依據(jù)此曲線線形和高程控制點(diǎn)用預(yù)先做好的弧形鋼管沿標(biāo)記點(diǎn)形成4道弧形鋼管拱圈，再據(jù)此拱圈對(duì)立桿進(jìn)行調(diào)整，并依據(jù)底模所采用的材料厚度進(jìn)行底模以下的支架系統(tǒng)的模板線放樣。

(2)拱肋鋼筋、模板。所有鋼筋按照二次拋物線對(duì)主筋進(jìn)行放樣后在加工廠制作，汽車運(yùn)至施工作業(yè)面，塔式垂直提升，人工綁扎。拱肋的主鋼筋提前將鋼筋端頭預(yù)埋入墩臺(tái)混凝土中，鋼筋接頭應(yīng)錯(cuò)開，為適應(yīng)拱助在澆筑過程中的變形，拱肋的主鋼筋接頭在間隔縫中設(shè)置。

拱肋模板底摸厚度根據(jù)弧形木或橫梁間距的大小來確定，厚度為5c m。為使側(cè)向放置的模板與拱圈內(nèi)弧線圓順一致，預(yù)先將木板壓彎。拱肋側(cè)面模板，預(yù)先按樣板分段制作，然后拼裝在底模板上，并用拉木、螺栓拉桿及斜撐等固定。安裝時(shí)，先安置內(nèi)側(cè)模板，等鋼筋入模后再安置外側(cè)模板。模板在適當(dāng)長(zhǎng)度內(nèi)設(shè)一道變形縫，縫寬約2c m，以避免在拱架沉降時(shí)模板間相互頂死。處于拱軸線較陡區(qū)段的拱段，應(yīng)設(shè)置拱肋蓋板?；炷练謩e達(dá)到設(shè)計(jì)要求強(qiáng)度后，拱肋模板先拆側(cè)模，后底模。

(3)拱肋及聯(lián)系梁澆筑。為使拱架變形保持均勻和盡可能最小，拱肋混凝土澆筑采取分段對(duì)稱澆筑。根據(jù)拱長(zhǎng)，劃分7塊，分4次對(duì)稱澆筑，首先澆筑塊1、塊2，以防止拱頂模板上翹、拱架變形，其次對(duì)澆筑塊3進(jìn)行施工以起到壓重作用，最后進(jìn)行塊4澆筑。具體如圖3所示。

混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度達(dá)到70%以上才能澆筑下一段?，F(xiàn)場(chǎng)采用2臺(tái)塔機(jī)運(yùn)輸入倉，各區(qū)段拱肋間橫向聯(lián)系梁與拱肋同時(shí)施工，入倉速度及入倉方量2區(qū)段基本一致。填充間隔縫混凝土應(yīng)由兩拱腳向拱頂對(duì)稱進(jìn)行，拱頂及兩拱腳間隔縫應(yīng)在最后封拱時(shí)澆筑。

圖3 拱肋澆筑分塊示意圖

3.4 拱上排架施工

拱上排架應(yīng)在拱肋混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度85%后開始施工，排架高度在拱頂高程以下的部分從兩拱腳向跨中對(duì)稱進(jìn)行，排架高度在拱頂高程以上的部分從跨中向上下游側(cè)對(duì)稱澆筑。渡槽排架形式有單排架、A型排架，采用 C 20鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。排架模板主要采用組合鋼模板，螺桿對(duì)拉，井架支撐。鋼筋制安同拱肋基本一致，混凝土分層以一個(gè)橫梁為分層高度。

3.5 拱上槽身施工

拱上槽身混凝土在拱上排架混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后進(jìn)行。澆筑從拱肋跨中開始向上下游側(cè)對(duì)稱澆筑。每跨槽身混凝土應(yīng)一次連續(xù)澆完。渡槽槽身采取搭設(shè)滿堂腳手架作為支撐，承載施工荷載。槽身除槽端采用定型鋼模外，其余均采用組合鋼模板，現(xiàn)場(chǎng)拼裝，鋼管作圍檁，先安外模后安內(nèi)模。模板固定采用內(nèi)頂外拉法，并用剪刀撐連成整體。鋼筋制安同拱肋基本一致。混凝土澆筑需先澆弧形底120°范圍，其余的隨內(nèi)模邊安裝邊澆筑。澆完后及時(shí)灑水養(yǎng)護(hù)。如圖4所示。

4 結(jié)語

渡槽工程是輸水工程的施工重點(diǎn)，而拱式渡槽更為重中之重，直接關(guān)系著輸水工程長(zhǎng)期運(yùn)行安全，必須嚴(yán)格控制各道工序施工質(zhì)量。為此，拱式渡槽施工前，必須保證下部基礎(chǔ)處理施工質(zhì)量，尤其是拱下支撐系統(tǒng)施工質(zhì)量;混凝土施工過程中，一定要嚴(yán)格執(zhí)行科學(xué)的分段、對(duì)稱澆筑等施工順序、施工工藝，確保施工安全。輸水工程拱式渡槽施工可根據(jù)不同的地質(zhì)、地形條件、跨度、高度、功能進(jìn)行調(diào)整，本工程施工方法可為相似工程提供參考。

圖4 渡槽拱上槽身支撐示意圖

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1008-1305(2016)05-0119-04

10.3969/j.issn.1008-1305.2016.05.041

2016-05-07

楊 偉(1981年—)，男，工程師。