大重量現(xiàn)澆渡槽支撐系統(tǒng)施工方案重點(diǎn)問(wèn)題的探討

何永煜，鄭楚英，陳雁鳴

（1.鄂北地區(qū)水資源配置工程建設(shè)與管理局（籌）,430071，武漢；2.湖北正衡水利水電檢測(cè)有限公司,430071，武漢）

大重量現(xiàn)澆渡槽支撐系統(tǒng)施工方案重點(diǎn)問(wèn)題的探討

何永煜1，鄭楚英2，陳雁鳴1

（1.鄂北地區(qū)水資源配置工程建設(shè)與管理局（籌）,430071，武漢；2.湖北正衡水利水電檢測(cè)有限公司,430071，武漢）

鄂北地區(qū)水資源配置工程戰(zhàn)線長(zhǎng)，且多地段存在膨脹土，因此對(duì)大重量現(xiàn)澆混凝土渡槽支撐系統(tǒng)施工方案的選擇及細(xì)致分析非常重要。以該工程2016年第2標(biāo)段為例，對(duì)大重量現(xiàn)澆渡槽碗扣式滿堂支架和鋼管柱貝雷梁組合支架的方案選擇、地基處理和預(yù)拱值確定等幾個(gè)重點(diǎn)問(wèn)題進(jìn)行了探討，指出了需要重點(diǎn)注意的一些問(wèn)題。同時(shí)，對(duì)在膨脹土地區(qū)使用碗扣式滿堂支架和鋼管柱貝雷梁組合支架提出了一些新的觀點(diǎn)。

鄂北地區(qū)水資源配置工程；現(xiàn)澆渡槽；支撐系統(tǒng)

一、工程特點(diǎn)

鄂北地區(qū)水資源配置工程（以下簡(jiǎn)稱鄂北工程）的現(xiàn)澆渡槽工程主要集中在棗陽(yáng)段，以2016年第2標(biāo)段、第3標(biāo)段為主，渡槽型式基本相同。以2016年第2標(biāo)段為例：七方（文莊）渡槽（樁號(hào) 98+430～99+650）長(zhǎng)1 220 m，分 39跨，單跨 30 m，進(jìn)口段長(zhǎng)30 m,出口段長(zhǎng)20 m，設(shè)計(jì)流量36.2 m3/s；渡槽為單孔矩形槽，三向預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土簡(jiǎn)支結(jié)構(gòu)，寬8.6 m,高 7～6.5 m,單榀重量約 1 160 t；槽身支撐結(jié)構(gòu)為重力墩接混凝土灌注樁形式，最大墩高9.2 m,最小墩高4.2 m,因墩高小于10 m，重力墩均采用實(shí)體墩；承臺(tái)長(zhǎng) 12 m，寬 7.5 m,厚 2.5 m,每個(gè)承臺(tái)下設(shè)6根直徑1.5 m的C25混凝土灌注樁，樁長(zhǎng)23.3 m,中心距均為4.5 m；地面至槽底高度為2.33～15.16 m，設(shè)計(jì)方案為現(xiàn)澆施工。

七方（楊沖）渡槽（樁號(hào)100+350～102+090）總長(zhǎng) 1 740 m，共 56 跨，設(shè)計(jì)水深4.07 m，渡槽進(jìn)口段長(zhǎng)35 m，出口段長(zhǎng)25 m，槽身結(jié)構(gòu)和尺寸與七方（文莊）渡槽相同；最大墩高16.8 m，最小墩高5.8 m，樁長(zhǎng)24.6 m。混凝土強(qiáng)度等級(jí)：槽身為UF纖維素一級(jí)半C50W8F150，墩帽、墩身為 C30混凝土，承臺(tái)、灌注樁為C25混凝土。地面至槽底高度為2.49～18.45 m。

二、地質(zhì)情況

1.七方（文莊）渡槽（樁號(hào)98+430～99+650）

七方（文莊）渡槽屬于襄棗盆地東緣崗地地貌，地面高程多在111.8～125.5 m之間，地形略有起伏，局部地段為低洼地帶，自然坡度一般小于10°，區(qū)內(nèi)農(nóng)田密布。渡槽沿線出露及揭示的地層主要為上更新統(tǒng)閻莊組坡積層（Q2ydl）黃褐色、褐黃色、紅褐色黏土，具中等膨脹性；上第三系（N）藍(lán)灰色泥巖、砂質(zhì)泥巖，多呈半固結(jié)半成巖狀態(tài)，局部固結(jié)較好。該層土埋置深度多在24.5～25.8 m。地基土層主要由中更新統(tǒng)黏性土、上第三系黏土巖組成，僅在局部溝渠、魚(yú)塘部位分布薄層全新統(tǒng)地層，全新統(tǒng)黏土層分布不均，壓縮性偏高，不宜作為渡槽的天然地基持力層；中更新統(tǒng)黏性土具中等壓縮性，分布不均勻，作為天然地基持力層時(shí)需考慮其地基強(qiáng)度和變形能否滿足要求。黏土巖地層埋置較深，承載力較高，穩(wěn)定性好，是樁基良好的持力層，但其埋深較大。

2.七方（楊沖）渡槽（樁號(hào)100+350～102+090）

七方（楊沖）渡槽屬于襄棗盆地東緣崗地地貌，地面高程多在110.0～118.5 m之間，地形比較平坦，地形坡度多小于 10°，樁號(hào) 101+100～101+500段地形稍有變化，多分布梯形農(nóng)田。渡槽沿線出露及揭示的地層主要為上更新統(tǒng)閻莊組坡積層 （Q2ydl）黃褐色、褐黃色、紅褐色黏土，具中等膨脹性，該層土底板高程93.3～106.3 m；上第三系（N）藍(lán)灰色泥巖、砂質(zhì)泥巖，多呈半固結(jié)半成巖狀態(tài)，局部固結(jié)較好。該層土埋置深度多在9～21.5 m。

渡槽沿線地下水水量貧乏，主要為上層滯水，分布在上部人工填土、老黏土的孔隙、裂隙中，受大氣降水及區(qū)內(nèi)零星魚(yú)塘滲流補(bǔ)給，下部上第三系（N）黏土、黏土巖為相對(duì)隔水巖組，大氣降水入滲困難，地下水具活動(dòng)弱、運(yùn)移慢、含水低等特點(diǎn)。勘探時(shí)測(cè)區(qū)地下水埋深1.0～5.0 m。

地基土層主要由中更新統(tǒng)黏性土及上第三系黏土巖組成，僅在樁號(hào)101+400排灌渠部位分布有薄層全新統(tǒng)地層，局部夾淤泥質(zhì)黏土層透鏡體，土層分布不均，壓縮性偏高，不宜作為渡槽的天然地基持力層；中更新統(tǒng)黏性土具有中等壓縮性，分布不均勻，上第三系黏土巖呈半成巖狀態(tài)（即半土半巖狀），除少部分固結(jié)較好的巖體具備軟巖的力學(xué)性質(zhì)外，絕大部分均具備土的性質(zhì)，作為天然地基持力層時(shí)需考慮其地基強(qiáng)度和變形能否滿足要求。

三、渡槽支撐方案選擇

從以上渡槽的特點(diǎn)和高度來(lái)看，現(xiàn)澆渡槽的支撐系統(tǒng)主要采用碗扣式鋼管滿堂支架和鋼管柱貝雷梁組合支架更為可靠、適用，填土高度不大且相鄰跨高差較小的槽段也可采用回填土支撐。槽底至地面高差10 m以內(nèi)的渡槽支撐系統(tǒng)可采用滿堂支架現(xiàn)澆施工，槽底至地面高差10 m以上的可采用鋼管柱貝雷梁組合支架現(xiàn)澆施工。相關(guān)支撐方案特點(diǎn)及選擇原因如下：

①碗扣式多功能腳手架是一種先進(jìn)的承插式鋼管腳手架,具有多功能、高功效、承載力大、安全可靠等特點(diǎn)。盤(pán)扣式腳手架雖然采用低合金鋼制成，單根承載力更高，但目前尚無(wú)驗(yàn)收規(guī)范，特別是對(duì)于超大重量的支撐系統(tǒng)，單根鋼管的失穩(wěn)易造成重大的安全事故，故不采用?？奂侥_手架則比碗扣式承載力低，搭拆時(shí)間長(zhǎng)，若支撐系統(tǒng)整體采用扣件式腳手架，即使計(jì)算時(shí)滿足要求也不是最優(yōu)方案。門(mén)式腳手架其通用性不如碗扣式腳手架和扣件式腳手架，不在施工單位的優(yōu)先選擇范圍。現(xiàn)澆渡槽支撐系統(tǒng)主要采用碗扣式鋼管滿堂支架。

②高度在10 m以上的渡槽若全部采用碗扣式腳手架支撐，則會(huì)帶來(lái)較大的材料和構(gòu)件運(yùn)輸量，占用道路、場(chǎng)地，增加工人使用量、材料卸車(chē)時(shí)間及搭拆時(shí)間等，影響施工進(jìn)度。

③預(yù)制渡槽時(shí)模板下部的支撐采用扣件式腳手架調(diào)節(jié)高度和依據(jù)高度聯(lián)結(jié)更方便，但現(xiàn)澆渡槽重量過(guò)大，與預(yù)制渡槽以混凝土支墩為主要承力點(diǎn)有很大的不同。依據(jù)計(jì)算結(jié)果，碗扣式腳手架在渡槽腹板下方布置為0.3 m×0.3 m且富余不多，但采用扣件式腳手架作為鋼管柱貝雷梁組合支撐系統(tǒng)模板下方支撐時(shí)其承載力難以滿足，因此選擇碗扣式腳手架。

④鋼管柱貝雷梁組合支架支撐方案材料用量少，工人勞動(dòng)強(qiáng)度低，節(jié)省工期，故槽底至地面高差10 m以上的渡槽支撐系統(tǒng)優(yōu)先采用鋼管柱貝雷架組合支撐方案。

⑤碗扣式滿堂腳手架基礎(chǔ)可采用30 cm厚混凝土，并可利用其作為排水、隔水措施。鋼管柱貝雷梁組合支架基礎(chǔ)一般采用 10 m×5 m×1.5 m厚混凝土條形基礎(chǔ)，但此時(shí)如果改為采用鋼箱梁筏板基礎(chǔ)，將大大減少施工成本和節(jié)省工期。

⑥鋼管柱貝雷梁組合支架左右兩段鋼管柱支撐點(diǎn)必須布置在左右承臺(tái)上，否則容易因地基沉降引起該處渡槽下部的混凝土受拉而開(kāi)裂（即改變了零彎點(diǎn)）。

四、地基處理

1.碗扣式滿堂腳手架地基處理

（1）排水、隔水、遮水

有積水地段需先排盡積水，在施工場(chǎng)地四周做一套完整的防排水系統(tǒng)，以保證水流暢通、不積水，并防止周邊地面水倒流進(jìn)入場(chǎng)地。

支架基礎(chǔ)排水系統(tǒng)：地基經(jīng)平整硬化后設(shè)置雙向1%的坡度，沿渡槽兩側(cè)即距支架外側(cè)1.5～2 m位置設(shè)置斷面1 m×0.5 m的縱向排水溝，縱向排水溝采用U形接水槽至集水坑，U形接水槽采用彩鋼板制成并做好縫間處理；且每隔30 m設(shè)一深0.8 m的集水坑，集水坑采用廢油桶去掉上蓋制成，以便及時(shí)抽排積水，避免支架基礎(chǔ)被積水浸泡發(fā)生沉陷，導(dǎo)致安全事故。

準(zhǔn)備好雨布等遮雨遮水材料，隨時(shí)遮蓋。為防止相鄰墩位雨水滲透，對(duì)相鄰墩位采用鋼管腳手架搭設(shè)帶坡的雨棚遮蓋，并同時(shí)作為臨時(shí)材料、工具儲(chǔ)存?zhèn)}庫(kù)。

（2）地基處理

由于支架基礎(chǔ)為原狀土，局部存在低洼、濕地地帶。施工前先進(jìn)行清表，平整場(chǎng)地。為減少后期施工地基沉降的影響，需對(duì)軟弱地基進(jìn)行換填處理，有積水地段需先排盡積水，清除表層軟土后換填碎石（一般填筑深度在0.5～1.5 m之間），碎石采用挖機(jī)、壓路機(jī)分層回填壓實(shí)，每層厚 25～30 cm，回填至基礎(chǔ)頂面，換填寬度由測(cè)量人員按1:1放坡，頂面寬超出梁體投影線各1.5 m控制，確保地基承載力滿足設(shè)計(jì)要求（≥200 kPa）。

若原地貌高差變化較大或遇溝渠必須保持暢通時(shí)，應(yīng)分節(jié)段將場(chǎng)地平整為臺(tái)階形布置，可利用立桿0.6 m節(jié)點(diǎn)位差進(jìn)行調(diào)整。

地基處理前，先請(qǐng)監(jiān)理、業(yè)主單位確認(rèn)渡槽支架搭設(shè)場(chǎng)地原地表情況及地面標(biāo)高，并檢測(cè)地基承載力，對(duì)承載力不滿足設(shè)計(jì)要求的地段需進(jìn)行地基處理。場(chǎng)地平整及軟基換填處理的工程量以施工過(guò)程中實(shí)際發(fā)生量為準(zhǔn)，需經(jīng)監(jiān)理、業(yè)主確認(rèn)。

（3）基礎(chǔ)硬化

地基基礎(chǔ)處理合格后，測(cè)量人員放出渡槽翼緣板邊的垂直投影線，在投影線外側(cè)左右各加寬1 m處架立模板，澆筑30 cm厚C20混凝土墊層，以增強(qiáng)基礎(chǔ)的整體穩(wěn)定性及承載力，減少地基變形。澆筑過(guò)程中控制好整個(gè)場(chǎng)地平整度及1%的橫坡，澆筑完畢后派專人養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)不少于7天，防止出現(xiàn)裂縫；且需切縫，縫深5 cm，形成4 m×6 m方格網(wǎng)。最后,組織有關(guān)人員進(jìn)行檢查驗(yàn)收，經(jīng)驗(yàn)收檢查報(bào)驗(yàn)合格后方可進(jìn)行支架搭設(shè)施工。

（4）槽鋼安置

在施工場(chǎng)地完全硬化后,根據(jù)支架安裝橫斷面、縱斷面圖,利用全站儀按渡槽結(jié)構(gòu)形式尺寸放出槽鋼安放的具體位置，采用12 m長(zhǎng)的#18槽鋼沿渡槽方向橫向布置，槽鋼須鋪放平穩(wěn)，不得懸空。為了穩(wěn)定槽鋼不移動(dòng)，在安放好的槽鋼兩端澆筑M10砂漿固定。

（5）設(shè)置地基沉降監(jiān)控點(diǎn)

基礎(chǔ)沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)采用長(zhǎng)10 cm的Ф10鋼筋點(diǎn)焊槽鋼里，支架頂部的觀測(cè)點(diǎn)設(shè)置在工字鋼上，并噴紅油漆做標(biāo)記（施工時(shí)在相應(yīng)的觀測(cè)點(diǎn)處對(duì)底模板開(kāi)一個(gè)方形槽口處理，槽口大小保證能夠安放塔尺，預(yù)壓完成后進(jìn)行封閉處理，預(yù)壓施工注意加載物覆蓋觀測(cè)點(diǎn)）。具體布置要求:①沿渡槽結(jié)構(gòu)縱向每隔1/4跨徑布置一個(gè)監(jiān)測(cè)斷面；②每個(gè)斷面上的監(jiān)測(cè)點(diǎn)不少于5個(gè)，且應(yīng)該對(duì)稱布置。

2.鋼管柱貝雷梁組合支架地基處理

（1）地基處理

由于支架基礎(chǔ)為原狀土，局部存在低洼、濕地地帶。施工前先進(jìn)行清表，平整場(chǎng)地。為減少后期渡槽施工地基沉降的影響，對(duì)混凝土基礎(chǔ)部位（擴(kuò)大1 m）需對(duì)薄層全新統(tǒng)地層軟弱地基進(jìn)行換填處理，有積水地段需先排盡積水，清除表層軟土后換填碎石 （一般填筑深度在0.5～1.5 m之間），采用挖機(jī)、壓路機(jī)分層回填壓實(shí)，每層厚25～30 cm，回填至基礎(chǔ)頂面，換填寬度由測(cè)量人員按1:1放坡，頂面寬超出槽體投影線各1.5 m控制，確保地基承載力滿足設(shè)計(jì)要求（≥200 kPa）。

如果地基基礎(chǔ)是回填土、雜土，且厚度較深以及膨脹土隔水后，采用200 t.m強(qiáng)夯法對(duì)筏板基礎(chǔ)部位進(jìn)行夯實(shí)。

對(duì)局部夾淤泥質(zhì)黏土層透鏡體地基，可采用砂石樁地基施工工藝進(jìn)行處理并結(jié)合鋼箱梁筏板基礎(chǔ)，可有效提高地基承載力。砂石樁所采用材料如下：砂，中、粗混合砂，含泥量不大于5%。含水量要求在飽和土中施工時(shí)采用飽和狀態(tài)；非飽和土中施工時(shí)，含水量采用7%～9%。軟弱黏土，砂和角礫混合料，不宜含有粒徑大于50 mm的顆粒。石，碎石，粒徑一般5～20 mm，級(jí)配良好，含泥量不大于5%。

（2）混凝土基礎(chǔ)

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，混凝土基礎(chǔ)采用C25二級(jí)配普通混凝土，基礎(chǔ)尺寸為10 m×5 m×1.5 m.

（3）場(chǎng)地硬化

地基基礎(chǔ)處理合格后，安排測(cè)量人員放出渡槽翼緣板邊的垂直投影線，在投影線外側(cè)左右各加寬1 m處架立模板，澆筑5～10 cm厚C10混凝土防水層，澆筑過(guò)程中控制好整個(gè)場(chǎng)地平整度及1%的橫坡；澆筑完畢后派專人負(fù)責(zé)養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)不少于7天,防止出現(xiàn)裂縫；最后組織有關(guān)人員進(jìn)行檢查驗(yàn)收，經(jīng)驗(yàn)收檢查報(bào)驗(yàn)合格后方可進(jìn)行支架搭設(shè)施工。

五、預(yù)拱值確定

本項(xiàng)目由于部分地段存在中膨脹土，因此要預(yù)留合理的預(yù)拱值，以防地基沉降造成渡槽下部混凝土受拉而開(kāi)裂，但也不能預(yù)留過(guò)大的預(yù)拱值，以防土體膨脹造成渡槽上部開(kāi)裂。

碗扣式鋼管支架預(yù)拱值和鋼管柱貝雷梁組合支架預(yù)拱值的確定要考慮以下影響因素：①支架在荷載作用下的彈性壓縮；②受載后由于桿件接頭擠壓和卸架設(shè)備壓縮而產(chǎn)生的非彈性變形；③支架基礎(chǔ)在受載后的非彈性壓縮以及預(yù)應(yīng)力張拉等因素。經(jīng)計(jì)算，碗扣式鋼管支架預(yù)拱值為37.12 mm，鋼管柱貝雷梁組合支架預(yù)拱值為42.29 mm。

渡槽恒載及施工荷載取5個(gè)控制點(diǎn)，即取跨中和離跨中一半2個(gè)點(diǎn)與兩端共5個(gè)點(diǎn)，兩端預(yù)拱值為零，以控制變化。

全部加載后，不可立即卸載，需持續(xù)施壓24 h，并隨時(shí)對(duì)觀測(cè)點(diǎn)進(jìn)行觀測(cè)，直至變形穩(wěn)定后，再進(jìn)行卸載。卸載必須對(duì)稱，逐級(jí)進(jìn)行。 卸載的同時(shí)，并對(duì)不同的觀測(cè)點(diǎn)進(jìn)行標(biāo)高測(cè)量，然后通過(guò)預(yù)壓前后同一點(diǎn)標(biāo)高差值及支架的彈性變形量、渡槽的撓度等得出底模的預(yù)拱度之和，通過(guò)U形托座調(diào)整底模標(biāo)高。預(yù)拱度最高值設(shè)在渡槽的跨中，其他各點(diǎn)的預(yù)拱度由中間最高值向兩端零值按二次拋物線進(jìn)行分配。

六、結(jié) 語(yǔ)

大重量現(xiàn)澆混凝土渡槽支撐方案的選擇直接關(guān)系到渡槽混凝土的施工安全、質(zhì)量及施工工期、成本。高度不同的渡槽可分別選用碗扣式腳手架支架和鋼管柱貝雷梁組合支架。其中，鋼管柱貝雷梁組合支架如能配合鋼箱梁筏板基礎(chǔ)，可明顯節(jié)約工期和成本。同時(shí)，不同地基下的基礎(chǔ)處理也應(yīng)采用不同的、更為適用的方式。預(yù)拱值的設(shè)置也應(yīng)考慮膨脹土地基的膨脹因素。

[1]晏家會(huì)，等.拉洛工程渡槽結(jié)構(gòu)與施工工藝淺議[J].中國(guó)水利，2016（20）.

Major issues related to construction options for supporting system of big weight cast-in-situ aqueduct

He Yongyu,Zheng Chuying,Chen Yanming

Due to long construction period of Water Allocation Project and existence of explosive soil in many parts of North Hubei Province,it is crucial of having careful selection and detained analysis for the supporting system of big weight cast-in-situ aqueduct.Taking No.2 bidding section of 2016 as an example,discussions are made on comparative selection between cuplok full support system and bailey beam combination stent,foundation treatment,as well as defining of pre-cambering value.Problems that need special focus on and new ideas are proposed for the adoption of cuplok full support system and bailey beam combination stent in expansive soil area.

Water Resources Allocation Scheme in North Hubei Province;cast-in-situ aqueduct;supporting system

TV672.3

B

1000-1123（2017）22-0040-03

2017-10-11

何永煜，棗隨部主任，教授級(jí)高級(jí)工程師。

責(zé)任編輯 鄭 爽