淺談拱式渡槽拱跨支承體系施工

劉 江

(資陽市水務(wù)投資有限責(zé)任公司，四川 資陽，641300)

1 工程概況

鹽井灘渡槽屬于四川省都江堰灌區(qū)毗河供水一期工程總干渠第五流量段，位于四川省樂至縣寶林鎮(zhèn)境內(nèi)，全長545m，其中I類支撐18個，槽臺2個，中部跨越鹽井灘河，為4連跨65m拱式結(jié)構(gòu)，最大架空高度40m。渡槽進(jìn)口底板高程為445.342m，出口底板高程為445.161m，槽身凈空半徑為2.1m(凈空尺寸)，高3.05m(凈空尺寸)，設(shè)計(jì)過水流量為13.1m3/s。槽身橫剖面為“U”型鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，混凝土標(biāo)號C30W6F100，混凝土厚度為0.2m，縱向坡度為1/3000，槽身頂部設(shè)置有橫桿。本文主要介紹拱跨支撐體系施工方案，鹽井灘渡槽支撐體系采用鋼管柱組合貝雷梁支架系統(tǒng)，鋼管柱坐落于臨時墩上，相鄰鋼拱柱之間用工字鋼焊接確保鋼拱柱的穩(wěn)定，鋼管柱頂部鋪設(shè)2I50C，長9m的橫梁，橫梁上鋪貝雷架，貝雷架上鋪工字鋼分配梁，分配梁上搭設(shè)滿堂紅支架，后鋪模板。具體拱跨支撐體系詳見圖1。

圖1 鹽井灘渡槽支架設(shè)計(jì)縱向圖

2 拱跨支承體系施工工法

2.1 地基處理

鹽井灘渡槽共4連跨跨渡槽，A#至1#位于河流右岸臺階上，地質(zhì)情況較好，1#至2#、2#至3#全部位于河道內(nèi)，屬于施工時清淤后回填段，地基承載力較差，3#至B#段靠3#側(cè)部分位于河道內(nèi)，回填段地基承載力相對較差。

根據(jù)設(shè)計(jì)方案，鹽井灘渡槽拱跨支撐體系擴(kuò)大基礎(chǔ)要求地基承載力>108.92kPa，因此在施工擴(kuò)大基礎(chǔ)前需對地基承載力進(jìn)行檢測。對達(dá)不到設(shè)計(jì)承載力要求的地基采取換填的方式進(jìn)行地基處理。

換填處理方法為：對于含水量較大的軟弱基礎(chǔ)先將表層含水量較大的覆蓋層進(jìn)行清除，深度3m，臨時坡比1∶1；再選取級配連續(xù)的石渣料進(jìn)行回填，回填基礎(chǔ)較擴(kuò)大基礎(chǔ)放大1m。分層填筑，填筑密實(shí)，填筑層厚不超過80cm，對個別基礎(chǔ)開挖后仍還存在淤泥質(zhì)土情況，采取拋填塊石進(jìn)行擠淤，再進(jìn)行逐層填筑。換填完成后再次進(jìn)行地基承載力試驗(yàn)檢測，檢測合格后進(jìn)行支撐體系擴(kuò)大基礎(chǔ)施工。

由于鹽井灘渡槽部分基坑位于河道內(nèi)，開挖可利用料源均用于填筑施工圍堰，飽和土、河道淤積土開挖后不能作為回填料只能棄于渣場。因此，回填3#拱墩基坑與換填拱跨支撐體系擴(kuò)大基礎(chǔ)只能在就近明渠或渣場進(jìn)行取料填筑。

2.2 臨時墩施工

臨時墩為拱跨支撐體系放大C25鋼筋混凝土基礎(chǔ)，靠近拱墩或拱座處擴(kuò)大基礎(chǔ)由3根鋼管柱傳遞上部荷載，共受力2414.9kN，臨時墩尺寸設(shè)計(jì)為3m×11m×1.5m；中間部位擴(kuò)大基礎(chǔ)由6根鋼管柱傳遞上部荷載，最大受力4551.4kN，臨時墩尺寸設(shè)計(jì)為6m×11m×1.5m。

臨時墩基礎(chǔ)開挖坡比按照1∶1進(jìn)行，經(jīng)地基承載力檢測合格后為防止雨水、地下水等浸泡立即進(jìn)行C15墊層混凝土施工，墊層厚度為10cm，墊層采用混凝土罐車或反鏟直接入倉，人工平倉。

墊層施工完成后進(jìn)行測量放線、定位，開始鋼筋幫扎、預(yù)埋件埋設(shè)及混凝土澆筑施工。

2.2.1 鋼筋施工

在施工之前，首先需對臨時墩位置進(jìn)行測量放樣，并對臨時墩的輪廓以及縱橫鋼筋設(shè)置位置進(jìn)行明確標(biāo)識。鋼筋施工中，首先按標(biāo)識位置進(jìn)行第一層鋼筋綁扎，第一層鋼筋幫扎結(jié)束后接著綁扎第二層鋼筋，第二層綁扎好后，在第一層與第二層之間焊接支撐鋼筋，將一、二層鋼筋網(wǎng)片撐起，焊接時按梅花形布置，保證第二層鋼筋網(wǎng)片有足夠的強(qiáng)度，在綁扎上層鋼筋時可以確保滿足施工人員行走也不變形。要保證每層鋼筋網(wǎng)片綁扎的順直度、間距、保護(hù)層及同一截面焊接接頭等項(xiàng)目確保合格，并注意鋼管柱底座預(yù)埋件的埋設(shè)與位置的固定。

2.2.2 模板施工

臨時墩施工采用組合模板或木模板拼裝，加固模板采用內(nèi)拉外撐的方法。根據(jù)鋼筋網(wǎng)布置情況，布設(shè)拉筋，拉筋引出模板外用螺栓加固。外部模板四周用鋼管連接加固，用方木支頂于基坑壁，確保澆筑過程中模板結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性。模板表面清除干凈，均勻涂刷脫模劑，模板縫間采用橡膠條填塞，防止漏漿。

2.2.3 臨時墩混凝土澆筑

臨時墩一次性澆筑施工。臨時墩混凝土澆筑方量較大，為保證施工連續(xù)性，在施工前進(jìn)行嚴(yán)密的組織。施工中采用混凝土罐車與泵車配合入倉澆筑。

為了保證臨時墩位置處混凝土的密實(shí)性和均勻性，混凝土澆筑時按30cm厚度分層澆筑。澆筑過程中配備3條插入式振動棒，振搗時間控制在11s～16s。振動棒與側(cè)模保持不小于10cm間距，防止因其振動擾動模板。對施工人員進(jìn)行詳細(xì)技術(shù)交底和現(xiàn)場指導(dǎo)工作，對施工人員指定具體振搗范圍，明確責(zé)任，互相監(jiān)督，嚴(yán)防漏振、過振現(xiàn)象，嚴(yán)格控制分層厚度，視混凝土布料厚度及時移動泵管，嚴(yán)禁出現(xiàn)混凝土堆積現(xiàn)象。泵送混凝土因水膠比較大，施工中將會出現(xiàn)不同程度的泌水，為及時將產(chǎn)生的泌水和浮漿清除，防止其影響混凝土的質(zhì)量，在模板的兩側(cè)設(shè)置小孔洞，將產(chǎn)生的浮漿及時排出模板外后，再行堵塞。

在拌和過程中嚴(yán)格控制拌和時間，確?；炷辆鶆颍炷凉嘬囘\(yùn)輸過程中應(yīng)不停攪拌，確?；炷辆鶆蛞恢?。

混凝土達(dá)到終凝后，為防止混凝土表面產(chǎn)生收縮裂縫，及時灑水養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)期不得少于28d。

2.3 鋼管柱組合貝雷梁安裝

2.3.1 鋼管柱安裝

根據(jù)設(shè)計(jì)的鋼管柱頂高程與臨時墩頂高程，提前備好料，鋼管柱采用法蘭盤進(jìn)行連接，法蘭盤為厚20mm鋼板，法蘭盤與法蘭盤用16孔D=25mm，L=100mm高強(qiáng)螺栓連接，鋼管柱安裝時采用汽車吊及人工輔助方式，并采取分段吊裝的方法，分段長度0.5m～9m，鋼管柱固定前要對垂直度進(jìn)行嚴(yán)格的控制。鋼管柱安裝施工程序如圖2所示，鋼管柱連接方式如圖3所示。

圖2 鋼管柱安裝施工程序

圖3 鋼管柱連接方式

安裝鋼管柱前，鋼管柱位置兩邊按照規(guī)范搭設(shè)雙排腳手架，作為人員施工作業(yè)平臺。腳手架立桿橫距1.3m，縱距1.8m，步距1.8m，剪刀撐斜桿與地面的傾角擬定為60°，跨越立桿最多為5根。高度在24m及以上的需在外側(cè)全立面連續(xù)設(shè)置剪刀撐，高度在24m以下的需在外側(cè)兩端、轉(zhuǎn)角及中間間隔不超過15m的立面上，各設(shè)置一道剪刀撐，并由底至頂連續(xù)設(shè)置。雙排腳手架橫向斜撐應(yīng)在同一節(jié)間，由底至頂層呈之字形連續(xù)布置，高度在24m以下的可不設(shè)橫向斜撐，高度在24m以上的除拐角設(shè)置橫向斜撐外，中間每隔6跨距設(shè)置一道。雙排腳手架內(nèi)設(shè)置相應(yīng)的人走行梯，搭設(shè)跳板，并進(jìn)行固定，罩上安全網(wǎng)。鋼管柱橫撐布置方式如圖4所示。

圖4 鋼管柱橫撐布置方式

鋼管柱安裝時吊車司機(jī)由專人指揮，鋼管柱主要承受豎向軸力，需嚴(yán)格控制安裝垂直度，為防止縱向偏移，每隔5m用工字鋼設(shè)置一道橫撐和斜撐，承臺底座預(yù)埋螺栓與鋼管柱連接。

2.3.2 橫梁安裝

為便于安裝貝雷梁，在鋼管柱上水平放置兩根9m長I40C或I50C橫梁，根據(jù)受力分析計(jì)算，拱跨支撐體系應(yīng)力最大位置出現(xiàn)在拱跨兩邊靠近拱墩(或拱座)跨段，因此，拱跨支撐體系兩側(cè)跨段鋼管柱上橫梁選用2I50C，長9m，中間選用2I40C，長9m。兩根工字鋼橫梁提前在加工廠制作完成，安裝時按照渡槽中線對稱布置，橫梁采用吊車吊裝至鋼管柱頂部放置，人工利用腳手架平臺配合汽車吊進(jìn)行安裝。并設(shè)置限位裝置，防止工字鋼橫梁側(cè)移和傾覆。橫梁I50C或I40C在支點(diǎn)部位必須設(shè)置加勁板，采用1cm厚鋼板焊接，防止局部應(yīng)力過大。

支承結(jié)構(gòu)采用的貝雷梁由3m標(biāo)準(zhǔn)貝雷片拼裝組成，單根貝雷梁長度12m，由上、下弦桿、豎桿及斜桿扣接而成。

根據(jù)受力計(jì)算分析，橫梁上需安裝12排長12m的貝雷梁，拱肋處貝雷梁加密，沿渡槽中線對稱布置。中間位置安裝2排貝雷梁間距90cm，間隔90cm后兩邊各安裝4排間距45cm的貝雷梁，再間距90cm兩邊各安裝一排貝雷梁。兩排貝雷梁用花架連接加固，并設(shè)置限位裝置，防止貝雷片滑移。貝雷梁安排如圖5所示。

圖5 貝雷梁安裝

貝雷片在地面拼裝完一排后用塔吊進(jìn)行吊裝，人工利用腳手架平臺配合安裝。整個安裝過程中專職安全員全程監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)突發(fā)情況，立即采取措施，并將人員撤離安全地帶。

2.3.4 分配梁安裝

貝雷梁安裝固定好之后，在貝雷梁上橫向鋪設(shè)I20a分配梁，主要作用是便于搭設(shè)上部滿堂支架。分配梁安裝時可利用之前雙排腳手架平臺搭設(shè)通向貝雷片頂端的人走行梯。人走行梯搭設(shè)完成后在貝雷梁橫向間隔搭設(shè)跳板，跳板寬0.45m，長8m，每塊盡量搭設(shè)在分配梁60cm間距內(nèi)。跳板搭設(shè)完成后，進(jìn)行I20a分配梁的安裝，分配梁長度9m，間距為60cm，分配梁材料采用25t吊車吊裝至貝雷梁頂部，分配梁采用U型卡固定在貝雷片上，邊安裝分配梁邊進(jìn)行跳板位置的調(diào)整，直至整個跨段分配梁安裝完成。安裝完成后即進(jìn)行跳板的固定。過程中高空作業(yè)人員必須系好安全帶，且施工人員保持距離臨空面不小于90cm的安全距離。

圖6 U型螺桿與貝雷梁交錯布置

2.4 分配梁上滿堂支架安裝

為保證高空作業(yè)安全，滿堂支架采用全封閉式的，搭設(shè)寬度與貝雷梁布置寬度一致，滿堂支架橫距與縱距都取60cm，步距60cm，兩邊拱圈底部支架加密，橫距為30cm。分配梁上的滿堂支架搭設(shè)需要以貝雷梁上的跳板為基礎(chǔ)進(jìn)行滿堂支架的搭設(shè)，架管的垂直運(yùn)輸采用安裝好的塔吊，碗扣式支架搭設(shè)時同一貝雷梁跨度內(nèi)應(yīng)對稱搭設(shè)，具體方法如下。

(1)支架搭設(shè)前，需要對分配梁上標(biāo)識明確支架搭設(shè)位置，確保底座、墊板準(zhǔn)確地放在定位線上。

(2)滿堂架開始搭設(shè)立桿時，應(yīng)每隔6跨設(shè)置一根拋撐，連墻件安裝穩(wěn)定后，方可根據(jù)情況拆除。

5.監(jiān)護(hù)人自身素質(zhì)偏低，家庭教育缺失。因?yàn)榱羰貎和谋O(jiān)護(hù)人多是老年人，他們的年齡較大，對于外界事物的認(rèn)知無法及時更新，難以起到積極的指導(dǎo)和幫助作用，教育孩子的方式還是傳統(tǒng)固化的手段，缺乏最基本的交流。

(3)滿堂架縱向水平桿應(yīng)隨立桿按步搭設(shè)，并采用直角扣件與立桿固定。

(4)作業(yè)層、斜道的欄桿和擋腳板的搭設(shè)應(yīng)滿足：①欄桿和擋腳板均應(yīng)搭設(shè)在外立桿的內(nèi)側(cè)；②上欄桿上皮高度應(yīng)為1.2m；③擋腳板高度不應(yīng)小于180mm；④中欄桿應(yīng)居中設(shè)置。

(5)腳手板的鋪設(shè)應(yīng)滿足：①滿堂架施工平臺應(yīng)鋪滿、鋪穩(wěn)腳踏板；②腳手板探頭采用直徑3.2mm鍍鋅鋼絲固定在支承桿件上；③在拐角、斜道平臺口處的腳手板，采用鍍鋅鋼絲固定在橫向水平桿上，防止滑動。

封閉式滿堂碗扣式支架搭設(shè)完成后按照設(shè)計(jì)間距在腳手架上方進(jìn)行方木與拱圈、拱肋底模模板的安裝。

2.5 支撐體系預(yù)壓

考慮預(yù)壓加載方便，擬定在分配梁上進(jìn)行加載預(yù)壓，消除地基的沉降變形、鋼管柱的非彈性變形，獲得合理的主梁、貝雷梁的彈性變形數(shù)據(jù)，指導(dǎo)后期預(yù)拱度設(shè)置。分配梁上碗扣式支架及模板的非彈性變形根據(jù)經(jīng)驗(yàn)取值。

預(yù)壓的材料選用混凝土預(yù)制塊，重量=(混凝土總重+施工模板+施工人員)×1.1，材料采用塔機(jī)吊運(yùn)，均勻地分布在施工段上。預(yù)壓前要測量記錄原始值，預(yù)壓過程中以60%、80%、100%、110%記錄觀察變化值。

預(yù)壓加載根據(jù)施工工況先后順序?qū)ΨQ加載、觀測。考慮施工工期及加載安全風(fēng)險加大原因，預(yù)壓時選取拱跨中具有代表性的一跨的跨中段進(jìn)行預(yù)壓。經(jīng)計(jì)算，鹽井灘渡槽中間段預(yù)壓重量=165.31t。

支架預(yù)壓時當(dāng)滿足下列條件之一即判定支架預(yù)壓為合格：

(1)各監(jiān)測點(diǎn)連續(xù)24h的沉降量平均值小于1mm；

(2)各監(jiān)測點(diǎn)連續(xù)72h的沉降量平均值小于5mm。

2.6 支架監(jiān)測監(jiān)控

為確保施工安全，在支架系統(tǒng)相應(yīng)構(gòu)件上布設(shè)有監(jiān)測點(diǎn)，采用全站儀進(jìn)行觀測，臨時墩兩側(cè)中間位置各布設(shè)一個監(jiān)測點(diǎn)，監(jiān)測臨時墩的沉降變形；在貝雷片相應(yīng)位置布設(shè)監(jiān)測點(diǎn)，監(jiān)測貝雷片的位移撓度變形量；為更好地控制拱圈線型，根據(jù)分段施工工況，在拱架上部兩側(cè)水平間隔9m(或8m)各布置一個監(jiān)測點(diǎn)。

在預(yù)壓過程中及澆筑過程進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，獲取相應(yīng)數(shù)據(jù)指導(dǎo)施工，若發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)異常，變形較大，超過允許值(預(yù)拱度取值，及相應(yīng)構(gòu)件變形允許值L/400)，立即報(bào)告項(xiàng)目部技術(shù)負(fù)責(zé)人，停止?jié)仓?，將人員撤離到安全地點(diǎn)后，分析原因，并采取相應(yīng)措施。

3 支架拆除及安全技術(shù)要點(diǎn)

3.1 支架拆除

拱圈混凝土澆筑完成后，必須做好養(yǎng)護(hù)工作，混凝土強(qiáng)度達(dá)到100%，方能拆除底模及支撐架；結(jié)合支架結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，自上而下拆除，其中分配梁上部碗扣式支架必須對稱拆除。擬定拆除程序如下：

兩跨拱跨支架同時拆除，首先進(jìn)行跨中分配梁上碗扣式支架的拆除，調(diào)整支架頂托高度，拆除模板、方木等；然后自上而下地進(jìn)行碗扣支架的拆除；跨中滿堂支架拆除后進(jìn)行兩側(cè)的支架對稱拆除，最后進(jìn)行拱腳支架的拆除。滿堂支架逐一對稱拆除后進(jìn)行分配梁、貝雷梁、主梁的拆除，拆除順序與滿堂支架相同。

鋼管柱拆除時首先將承臺與承臺之間鋼管柱間的工字鋼連接件拆除；其后再以承臺為單位利用前期搭設(shè)的腳手架平臺進(jìn)行鋼管柱的自上而下拆除；直至整個支撐體系拆除完成。

3.2 安全技術(shù)要點(diǎn)

支架拆除前，應(yīng)做好拆架人員安全教育，拆架人員進(jìn)入工地后，先檢查施工現(xiàn)場環(huán)境，包括架空線路、固松動部位、外腳手架、地面的設(shè)施等各類障礙物、連墻桿及被拆架體各吊點(diǎn)、附件、電氣裝置情況，凡能提前搭設(shè)、拆除的盡量先拆除掉。支架拆卸應(yīng)按照自上而下的原則，先拆除上部的底模和滿堂腳手架，再拆除分配梁和貝雷架，最后拆除鋼管柱，拆架人員到崗以后，需先檢查并加固松動部位，清除剩留的材料、物件。拆除后，所有清理物應(yīng)安全輸送至地面，嚴(yán)禁高處拋擲。拆除時要統(tǒng)一指揮，上下呼應(yīng)，動作協(xié)調(diào)，當(dāng)解開與另一人有關(guān)的結(jié)扣時，應(yīng)先通知對方，以防墜落。

拆架時應(yīng)劃分作業(yè)區(qū)，周圍設(shè)繩綁圍欄或豎立警戒標(biāo)志，地面應(yīng)設(shè)專人指揮，禁止非作業(yè)人員進(jìn)入。