高溫地區(qū)多跨渡槽槽身施工方案優(yōu)化比選

◎蔡華和 中國水利水電第九工程局有限公司

渡槽作為干旱地區(qū)的跨越河流、狹窄場地、低洼地段或者河流等復(fù)雜空間的架空水工建筑物，在水利工程中應(yīng)用非常廣泛，渡槽水利工程有助于提升區(qū)域范圍內(nèi)人們的整體生活質(zhì)量。而且渡槽工程相對(duì)于其他的涵洞、虹吸等工程，渡槽施工速度快，占用面積少，水頭損失也比較小。排架式渡槽下部為懸空結(jié)構(gòu)，在修建時(shí)需要搭設(shè)支撐體系，立模板后澆筑上部渡槽槽身結(jié)構(gòu)混凝土，對(duì)于施工單位而言，復(fù)雜的支撐體系會(huì)增加人工成本，降低施工效率。因此，優(yōu)化混凝土配合比設(shè)計(jì)，選用合適的排架支撐體系，形成一套快速周轉(zhuǎn)、措施材料節(jié)省、施工質(zhì)量好的施工方案，可以為項(xiàng)目創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

1.工程概述

海南省紅嶺灌區(qū)工程?hào)|干渠土建施工第Ⅲ標(biāo)段工程，渡槽共14座，渡槽槽身共計(jì)453跨，槽身混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度為現(xiàn)澆C25鋼筋混凝土，槽身單跨跨徑主要包含四種：14.96m、12.46m、10.96m、9.96m，過水?dāng)嗝嫘问綖閁型，支承型式為槽墩、排架式。

22#～29#渡槽（201 跨）半徑2.65 m，斷面尺寸(寬×深)為5.3m×3.91m，槽殼厚度0.265m，設(shè)計(jì)流量29.0 m/s，加大流量33.35m/s，糙率n=0.014，基礎(chǔ)地基承載力不小于180KPa，26#渡槽21#排架墩設(shè)計(jì)高度H=23.8m，為本標(biāo)段最高設(shè)計(jì)排架。

30#～35#渡槽（252 跨）半徑2.55 m，斷面尺寸(寬×深)為5.1m×3.8m，槽殼厚度0.265m，設(shè)計(jì)流量26.5m/s，加大流量30.48m/s，糙率n=0.014，基礎(chǔ)地基承載力不小于165KPa，31#渡槽槽身84跨，為本標(biāo)段設(shè)計(jì)槽身數(shù)量最多的渡槽。

2.混凝土工程施工

2.1 混凝土配合比設(shè)計(jì)優(yōu)化

海南當(dāng)?shù)貧鉁剌^高，混凝土的初凝時(shí)間較短，渡槽混凝土施工場地復(fù)雜，槽身混凝土澆筑過程中需要延長混凝土的初凝時(shí)間，混凝土初凝時(shí)間需要滿足大于拌合站拌制時(shí)間、運(yùn)輸時(shí)間、澆筑時(shí)間、其他因素造成的損失時(shí)間，根據(jù)實(shí)際情況，本項(xiàng)目控制在240min以上，以保證混凝土的澆筑質(zhì)量。同時(shí)在混凝土澆筑后，強(qiáng)度越早達(dá)到拆模強(qiáng)度，相關(guān)的支架就可以盡早地倒運(yùn)到下一跨進(jìn)行施工，減少渡槽施工支架的占用時(shí)間，但是混凝土的原材料或者外加劑所調(diào)節(jié)的成本盡量在可控范圍內(nèi)。根據(jù)設(shè)計(jì)資料要求渡槽槽身混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度為現(xiàn)澆C25鋼筋混凝土，對(duì)C25混凝土配合比進(jìn)行比較研究分析，常規(guī)混凝土的配合比設(shè)計(jì)見表1。經(jīng)過優(yōu)化后的混凝土配合比見表2。

表1 常規(guī)C25混凝土配合比設(shè)計(jì)

表2 優(yōu)化后混凝土配合比設(shè)計(jì)

通過渡槽槽身混凝土試塊試驗(yàn)分析，常規(guī)配合比的混凝土初凝時(shí)間為240min左右，優(yōu)化后的混凝土初凝時(shí)間在260min左右。優(yōu)化后的混凝土可以滿足齡期7天能夠達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的65.6%～74.4%提升到90%左右。既滿足了現(xiàn)場施工的要求，同時(shí)也縮短了混凝土強(qiáng)度增強(qiáng)的時(shí)間。

2.2 混凝土澆筑

渡槽均處于低洼地或水田段，地勢低，地質(zhì)差，交通條件較差，現(xiàn)場均在渡槽一側(cè)征租6m寬臨時(shí)用地，修建6m寬度的施工便道。渡槽基礎(chǔ)埋深不少于3m，渡槽墊層、基礎(chǔ)混凝土采用挖掘機(jī)直接入倉或者溜槽入倉澆筑。渡槽排架截面尺寸0.9×0.65m，斷面較小，高度在0.45～23.8m范圍內(nèi)，現(xiàn)場澆筑時(shí)采用25t自卸車+吊罐或天泵入倉澆筑。槽身混凝土澆筑高度較高，采用天泵入倉方式。

槽身混凝土在排架頂橫梁混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的100%后才能進(jìn)行。澆筑從槽身跨中開始向上下游側(cè)對(duì)稱澆筑，以保證端肋受力均勻。每跨槽身混凝土一次連續(xù)澆筑。槽身底板及支座混凝土厚度較大，按一般混凝土施工的50cm分層控制。塌落度不小于200mm?；炷亮辖?jīng)現(xiàn)場試驗(yàn)人員做試驗(yàn)確定為合格料后方可入倉澆筑。由于海南天氣炎熱，在5月～10月澆筑混凝土?xí)r，避開高溫時(shí)段，盡量安排在晚上澆筑。

槽身底板從中間開始往兩邊澆筑，分兩層澆筑，端肋位置按照50cm一層，分層澆筑到與槽身底板平整?；炷寥雮}應(yīng)從內(nèi)模中間倉口入倉，均勻上升。底部澆筑飽滿，振動(dòng)充分后關(guān)閉中間倉口。端肋澆筑時(shí)可以在端部安裝附著式振搗器或從端肋頂部往下采用φ50振動(dòng)棒進(jìn)行振動(dòng)。

側(cè)壁為薄壁結(jié)構(gòu)，澆筑混凝土?xí)r特別要控制澆筑速度和混凝土打棒。中倉入倉口關(guān)閉后，混凝土應(yīng)從側(cè)倉入倉，順著一個(gè)方向，每50cm一層澆筑入倉，每層混凝土澆筑時(shí)間控制在30min～60min。當(dāng)混凝土澆筑離側(cè)倉口50cm時(shí)，應(yīng)停止混凝土入倉，通過采用金屬物件對(duì)模板進(jìn)行敲打，如聽出有空洞的聲響，必須對(duì)此進(jìn)行重新振搗密實(shí)。配置φ30振動(dòng)棒，直至振動(dòng)到?jīng)]用空洞的聲響。模板拐彎處也可以安放移動(dòng)式附著振搗器進(jìn)行內(nèi)外模板振搗。

澆筑到離側(cè)倉口50cm時(shí)，振動(dòng)棒應(yīng)從頂部往下進(jìn)行振搗。

側(cè)倉以上澆筑最容易出現(xiàn)模板移動(dòng)和錯(cuò)位現(xiàn)象，現(xiàn)場質(zhì)檢人員應(yīng)嚴(yán)格控制混凝土澆筑速度。派1～2名專業(yè)人員對(duì)模板螺栓、內(nèi)模撐桿和外架進(jìn)行觀測和加固處理。在澆筑全過程中隨時(shí)觀察其地基沉降、模板變形觀察，發(fā)現(xiàn)有小范圍可調(diào)控時(shí)及時(shí)調(diào)整。對(duì)大面積、不可調(diào)控時(shí)，撤離人員觀察其情況再進(jìn)行處理方案。

3.支撐體系工程施工

3.1 支撐體系設(shè)計(jì)

渡槽排架高度不等，最高排架高度23.8m，排架凈空高度≤2m時(shí)，渡槽混凝土模板采用地模形式，排架凈空高度＞2m且≤9m時(shí)，采用直插式雙自鎖鋼管滿堂腳手架支撐體系，排架凈空高度＞9m時(shí)，采用鋼管貝雷架支撐體系。由于鋼管貝雷架支撐體系是利用渡槽排架承臺(tái)作為受力基礎(chǔ)，節(jié)約基礎(chǔ)處理費(fèi)用及施工時(shí)間，而方柱形灌注樁單排架，由于設(shè)計(jì)承臺(tái)寬度不足，不足以作為貝雷架支撐體系的的受力基礎(chǔ)，因此FGP型排架部位槽身全部采用滿堂腳手架支撐體系進(jìn)行施工。采用鋼管貝雷架支撐體系時(shí)，渡槽基礎(chǔ)預(yù)先進(jìn)行處理，增加條形基礎(chǔ)。

3.2 支撐體系施工

3.2.1 滿堂腳手架施工

清理場地，采用挖機(jī)或者壓路機(jī)壓實(shí)基礎(chǔ)，支架兩側(cè)開挖排水溝，避免積水對(duì)支架基礎(chǔ)造成影響。測量放樣，搭設(shè)滿堂腳手架，滿堂腳手架底層掃地桿距離地面高度不大于30cm，逐層搭設(shè)滿堂支架至設(shè)計(jì)渡槽標(biāo)高底部，通過頂托進(jìn)行標(biāo)高調(diào)節(jié)，滿足渡槽的設(shè)計(jì)的坡度，兩側(cè)搭設(shè)上下通道，施工采用汽車吊輔助進(jìn)行。

表4 槽身模板投入對(duì)比分析

3.2.2 貝雷架支架施工

支架主要是利用板式基礎(chǔ)上臺(tái)階作為支承，通過搭設(shè)鋼管柱、貝雷梁等構(gòu)件形成受力支架體系，首先進(jìn)行鋼管柱安裝，鋼管柱底座與承臺(tái)采用膨脹螺栓固定，每隔3m與排架柱采用鋼絲繩抱箍加固，防止偏移和傾覆；鋼管柱頂端放置100t砂桶，采用焊接限位鋼板等方式將砂桶固定，防止偏移和傾覆；砂桶上部橫向放置兩根I50C橫梁，橫梁采用槽鋼抱箍與排架柱連接，防止橫梁偏移和傾覆；橫梁上部縱向鋪設(shè)12組貝雷梁，與橫梁接觸點(diǎn)設(shè)置限位鋼板，防止偏移；貝雷梁放置橫梁后，按照橫向60cm間距鋪設(shè)分配梁。

4.經(jīng)濟(jì)分析

根據(jù)優(yōu)化配合比后的混凝土，澆筑7天后能滿足拆模要求，大大加快了模板周轉(zhuǎn)次數(shù)，槽身模板需使用的數(shù)量分析如下：

（1）槽身模板占?jí)簳r(shí)間計(jì)算。槽身混凝土施工流程及時(shí)間：立底模及外側(cè)模1天，扎鋼筋1天，立內(nèi)模1天，澆筑1天，等強(qiáng)度1天，內(nèi)模拆除1天，外模拆除1天，等強(qiáng)度4天后拆除底模，拆除時(shí)間1天。

（2）滿堂腳手架及鋼管貝雷片支撐體系經(jīng)濟(jì)比較。槽身在相同高度情況下，以平均高度18.5m為例進(jìn)行計(jì)算，采用滿堂腳手架及鋼管貝雷片支撐體系材料使用情況及成本見表3。

表3 兩種支架法的成本計(jì)算

（3）混凝土成本分析。渡槽槽身共計(jì)453跨，槽身混凝土總方量36088方。分別對(duì)配合比優(yōu)化前后的材料成本進(jìn)行分析，通過計(jì)算，優(yōu)化前1方混凝土的成本為444.31元，優(yōu)化后1方混凝土的成本為498.28元，混凝土總體的成本回增加194.77萬元。

（4）人員、設(shè)備投入經(jīng)濟(jì)分析。使用優(yōu)化前配合比進(jìn)行槽身混凝土的施工，每套模板配置施工人員10人，25t汽車吊1臺(tái)；使用優(yōu)化后的配合比進(jìn)行槽身混凝土的施工，每套模板配置施工人員15人，25t汽車吊1臺(tái)。按照人工費(fèi)用240元/日，汽車吊租賃費(fèi)30000元/月計(jì)算，使用設(shè)計(jì)配合比進(jìn)行槽身混凝土的施工每完成一跨槽身人工、設(shè)備費(fèi)用為（240×10×15+30000/30×15）/10000=5.10萬元，共計(jì)453跨槽身，總投入2310.3萬元；使用優(yōu)化后的配合比進(jìn)行槽身混凝土的施工每完成一跨槽身人工、設(shè)備費(fèi)用為（240×7×15+30000/30×7）/10000=3.22萬元，共計(jì)453跨槽身，總投入1458.66萬元。

通過對(duì)槽身模板配置、槽身混凝土材料投入、槽身施工人員、設(shè)備投入等方面進(jìn)行經(jīng)濟(jì)對(duì)比分析，使用優(yōu)化前配合比、優(yōu)化后的配合比成本對(duì)比如表5，可知使用優(yōu)化后的配合比進(jìn)行槽身混凝土的施工可以節(jié)省投資約1286.31萬元。

表5 綜合成本分析對(duì)比表

5.結(jié)論

通過對(duì)海南省紅嶺灌區(qū)工程?hào)|干渠土建施工第Ⅲ標(biāo)段項(xiàng)目部渡槽工程高溫多雨地區(qū)多跨度渡槽混凝土快速施工技術(shù)的應(yīng)用與研究，完成了渡槽施工難度大，提高了安全風(fēng)險(xiǎn)，節(jié)約了工程建設(shè)投資、縮短施工工期，并總結(jié)了一套完整的施工方法，對(duì)今后類似高溫多雨地區(qū)多跨度渡槽混凝土施工具有一定借鑒作用。