西范灌區(qū)東擴(kuò)工程渡槽施工質(zhì)量?jī)?yōu)化研究

尹 曉

（山西省水利水電工程建設(shè)監(jiān)理有限公司，山西 太原 030002）

0 引言

渡槽也稱過(guò)水橋，是渠系建筑物中應(yīng)用最廣的交叉建筑物之一，通常用于架空輸送渠系水或排洪導(dǎo)流[1]。渡槽一般由基礎(chǔ)、支撐結(jié)構(gòu)、槽身和進(jìn)出口建筑物組成，荷載傳遞路徑通常是槽身及水體自重—支撐結(jié)構(gòu)—基礎(chǔ)—地基。

由于西范灌區(qū)南吳坡渡槽地基為自重濕陷性場(chǎng)地，濕陷等級(jí)多為Ⅲ級(jí)（嚴(yán)重）～Ⅳ級(jí)（很?chē)?yán)重），系統(tǒng)優(yōu)化排架、槽身預(yù)制及吊裝等模塊施工，對(duì)于完善西范灌區(qū)東擴(kuò)工程施工質(zhì)量具有十分顯著的作用。

1 工程概況

西范灌區(qū)東擴(kuò)工程位于山西省運(yùn)城西北部，主要是為解決當(dāng)?shù)馗珊等彼?，并兼顧恢?fù)改善原西范灌區(qū)26.87 萬(wàn)畝及汾南灌區(qū)11.6 萬(wàn)畝耕地而興建。南吳坡渡槽總長(zhǎng)度72 m，由槽身、排架柱、基礎(chǔ)及進(jìn)、出口漸變段組成。渡槽設(shè)計(jì)流量為6.45 m3/s，采用C30 鋼筋混凝土薄殼結(jié)構(gòu)，槽身斷面為U 型。其水力設(shè)計(jì)要素見(jiàn)表1。

表1 南吳坡渡槽水力計(jì)算結(jié)果表

2 工程施工

渡槽主要施工內(nèi)容包括排架基礎(chǔ)、排架、槽身預(yù)制及吊裝。

2.1 工藝流程

排架施工工藝流程：基礎(chǔ)處理→鋼筋制安→模板制安→混凝土澆筑→搭設(shè)腳手架、構(gòu)建施工平臺(tái)→下層排架施工。

渡槽槽身預(yù)制施工工藝流程：地基處理→底模施工→安裝外模架及外模→鋼筋制安→內(nèi)模施工（含預(yù)制拉桿安裝）→澆筑混凝土→拆內(nèi)模、外?！B(yǎng)護(hù)→吊裝。

槽身吊裝工藝流程：起重機(jī)進(jìn)場(chǎng)平穩(wěn)支撐→吊臂伸出、吊鉤降落→綁扎構(gòu)件、套牢繩索→吊升構(gòu)件→回轉(zhuǎn)、移動(dòng)構(gòu)件到就位點(diǎn)→降落構(gòu)件→解開(kāi)繩索、完成吊裝。

2.2 槽身預(yù)制

2.2.1 底模施工

在壓實(shí)好的基面上用紅磚砌筑長(zhǎng)14.4 m，寬0.3 m，厚0.37 m 的磚砌體，在槽身支架處預(yù)留高0.13 m、寬0.1 m 孔，距槽身底部0.141 m，為外模底部拉桿連接用（異形部位底模采用混凝土澆筑）。然后用M10 砂漿找平，找平層厚度4 cm，起拱值為3 cm（其中中部起拱值2‰L），找平層每5.25 m設(shè)1 道分格縫。

2.2.2 鋼筋制安

槽身橫向分布筋Φ14@100、Φ8@200，縱向分布筋Φ10@200，鋼筋焊接接頭采用搭接雙面焊接，搭接長(zhǎng)度5 d，鋼筋保護(hù)層厚度2.5 cm。

2.2.3 內(nèi)模施工

內(nèi)模配置采用定型模板，每塊定型模板間采用螺絲鏈接。將拉桿安裝就位后，從槽頭插入剩下一側(cè)翼沿的主筋進(jìn)行綁扎。在拉桿位置內(nèi)模安裝低于拉桿底部2 cm，用硬質(zhì)塑料泡沫支墊，以保證拆模時(shí)拉桿自重卡死模板。混凝土墊塊使用前均用鋼絲刷刷成糙面，且澆筑前確保各面清潔，防止處理不當(dāng)引起槽身漏水。內(nèi)外模間設(shè)置支撐筋以控制模板間的相對(duì)位置，保證渡槽混凝土的厚度。內(nèi)模面板使用δ=5 mm 鋼板，邊框法蘭和肋條使用80×12 mm 鋼板，支架使用8#槽鋼；連接孔φ20×24 長(zhǎng)孔,距面板40 mm，用φ20 螺母固定。

2.2.4 混凝土澆筑

混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)為C30F150W6，由9 m3混凝土罐車(chē)運(yùn)輸至工地現(xiàn)場(chǎng)，采用溜槽入倉(cāng)?；炷劣刹垌攦蓚?cè)均勻下料，每層鋪料厚度0.3 m。振搗采用φ30 mm 軟軸插入式振動(dòng)棒，共需2 臺(tái)，振搗前檢查混凝土的均勻性和坍落度。

2.2.5 槽身伸縮縫處理

槽身吊裝就位后，伸縮縫按圖紙及規(guī)范要求進(jìn)行施工。首先在分縫中先填塞閉孔泡沫板，然后鋪設(shè)U 型橡膠止水帶（寬290 mm），用環(huán)氧樹(shù)脂粘貼，將鋼絲網(wǎng)安放就序，緊貼于U 型橡膠止水帶上，最后在鋼絲網(wǎng)上鋪設(shè)環(huán)氧砂漿，分縫采用雙聚硫密封膏填縫。

2.3 排架施工

2.3.1 模板腳手架施工

配置定型模板，采用Φ48.3×3.6 鋼管、10 mm×10 mm 方木固定，用φ16 的對(duì)拉螺栓聯(lián)接?；炷翂|塊使用前均用鋼絲刷刷成糙面，且澆筑前確保各面清潔。根據(jù)排架結(jié)構(gòu)特征分層澆筑，隨混凝土澆筑高度搭設(shè)腳手架，便于提供施工平臺(tái)，保障施工安全。

2.3.2 混凝土澆筑

承臺(tái)混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的70%后開(kāi)始澆筑排架砼，排架采用分段法施工，施工縫設(shè)在排架橫梁頂部以上30 cm 處，分段搭設(shè)鋼管架施工平臺(tái)，排架混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)為C25F150，混凝土由自有的強(qiáng)制式拌和機(jī)拌制，混凝土罐車(chē)配手推車(chē)水平運(yùn)輸，25 t 汽吊垂直提升0.5 m3料桶入倉(cāng)，溜槽入倉(cāng)。

2.3.3 模板拆除

由于排架模板不承重，澆筑過(guò)程中取2 組混凝土試塊，同條件養(yǎng)護(hù)下待混凝土試塊強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的50%，方可進(jìn)行模板拆除。

2.4 槽身吊裝

2.4.1 槽身吊點(diǎn)位置的確定

槽身2 個(gè)吊點(diǎn)位置選擇在槽身兩端支座附近，并采用Φ325 mm、δ=5 mm 鋼管制作長(zhǎng)8 m 的平衡梁進(jìn)行吊裝作業(yè)。槽身混凝土為C30F150W6，槽身2 個(gè)吊點(diǎn)位置選擇在槽身兩端面支座附近，通過(guò)平衡梁減小槽身受力，避免產(chǎn)生吊裝變形問(wèn)題，使設(shè)計(jì)剛度、強(qiáng)度滿足吊裝要求。

2.4.2 吊帶槽身受力計(jì)算

（1）槽身捆綁吊帶

槽身捆綁吊帶計(jì)算：

式中：T 為槽身捆綁吊繩實(shí)際拉力；ɑ 為槽身捆綁吊繩與槽身水平面的夾角，按60°計(jì)；G 為槽身重量。

經(jīng)計(jì)算，T=4.62 t，依據(jù)規(guī)范一般用途合成纖維扁平吊裝帶，選用30 t 的吊帶進(jìn)行吊裝，配套相應(yīng)卡環(huán)。

（2）混凝土拉桿受力計(jì)算

槽身吊裝時(shí)，吊點(diǎn)處的混凝土拉桿按軸心受壓構(gòu)件進(jìn)行計(jì)算，混凝土拉桿正截面受壓承載力按式（2）計(jì)算:

式中：N 為軸向壓力設(shè)計(jì)值；＆為混凝土拉桿受壓時(shí)的穩(wěn)定系數(shù)；fc為混凝土軸心受壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；A 為混凝土拉桿截面積；f1y 為縱向鋼筋抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，A1s 為受壓區(qū)縱向鋼筋截面面積。

經(jīng)計(jì)算，N≤0.98×14.3×0.01×106=14.03 t＞水平分力8 t，混凝土拉桿受壓時(shí)處于安全狀態(tài)。

（3）混凝土槽身受力計(jì)算

槽身吊裝時(shí)，槽身受吊帶水平分力，槽身按軸心受壓構(gòu)件進(jìn)行計(jì)算，混凝土拉桿正截面受壓承載力按式（3）計(jì)算：

式中：N 為軸向壓力設(shè)計(jì)值；＆為混凝土槽身受壓時(shí)的穩(wěn)定系數(shù)；fc為混凝土軸心受壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；A 為混凝土槽身截面積；f1y 為縱向鋼筋抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，A1s 為受壓區(qū)縱向鋼筋截面面積。

經(jīng)計(jì)算，N≤0.82×14.3×0.38×106=445 t＞槽身吊裝水平=10 t，混凝土槽身受壓時(shí)處于安全狀態(tài)。

2.4.3 吊車(chē)起吊能力計(jì)算

起吊負(fù)荷P=19.3 t，起吊高度H=31.5 m，吊裝幅度R=35.4 m，吊車(chē)主臂長(zhǎng)度50.19 m。按照1 臺(tái)汽車(chē)起重機(jī)進(jìn)行吊裝作業(yè)，選用QAY350 t 汽車(chē)起重機(jī)，支腿8.0 m 全伸，140 t 配重，可360°旋轉(zhuǎn)，在幅度36 m 情況下，主臂長(zhǎng)度50.19 m，起吊重量21 t≥19.3 t，起吊高度35.57 m≥32.22 m。本渡槽槽身吊裝采用1 臺(tái)350 t 同時(shí)起吊滿足槽身吊裝要求。

2.4.4 槽身吊裝作業(yè)

槽身吊裝采用一臺(tái)350 t 汽車(chē)起重機(jī)汽車(chē)起重機(jī)開(kāi)至就位區(qū)域，25 t 汽車(chē)起重機(jī)安裝配重，安裝就位后，車(chē)的腳底部放置2.5 m×2.5 m×0.2 m 鋼板，厚度20 cm，吊裝前先進(jìn)行試吊，在起重工指揮下，緩緩吊起30 cm 后確認(rèn)受力合理，吊車(chē)支腿穩(wěn)固，吊帶狀態(tài)良好，方可繼續(xù)起吊。起吊速度v=1.0 m/min，起吊前在已經(jīng)安裝好的槽身端頭預(yù)先放置Φ20@300 圓鋼，以防止在槽身吊裝過(guò)程碰撞對(duì)槽身造成損壞。將吊裝的吊帶與槽身端肋兩側(cè)同時(shí)捆綁起來(lái)，防止吊裝吊帶發(fā)生移動(dòng)，確保吊裝安全。

2.5 渡槽綜合性能評(píng)估體系

建立渡槽綜合性能評(píng)估體系，分為安全性、適用性和耐久性三部分。安全性評(píng)估是對(duì)結(jié)構(gòu)域承載能力極限狀態(tài)的評(píng)估，適用性評(píng)估是對(duì)結(jié)構(gòu)正常使用極限狀態(tài)的評(píng)估，主要要求結(jié)構(gòu)整體及構(gòu)建損壞不得影響渡槽正常使用；耐久性評(píng)估主要是對(duì)材料強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)損傷的評(píng)估，要求在渡槽的服務(wù)期限內(nèi)構(gòu)件、建筑物表面或內(nèi)部侵蝕損傷速度符合要求，其評(píng)估指標(biāo)體系見(jiàn)圖1。

圖1 渡槽施工質(zhì)量及綜合性能評(píng)估體系

3 結(jié)語(yǔ)

渡槽施工質(zhì)量顯著影響著灌區(qū)渠系輸水性能的發(fā)揮。西范灌區(qū)東擴(kuò)工程因南吳坡渡槽地質(zhì)條件復(fù)雜，單項(xiàng)工程施工難度大分別從排架施工、槽身預(yù)制和槽身吊裝等三方面予以分析計(jì)算，針對(duì)其特點(diǎn)優(yōu)化了施工流程和方案，同時(shí)建立了渡槽施工質(zhì)量和綜合性能評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，可在工程完工或日后運(yùn)行期對(duì)渡槽開(kāi)展綜合評(píng)估，及時(shí)診斷和評(píng)判渡槽結(jié)構(gòu)狀態(tài)，以便采取針對(duì)性措施保證骨干工程達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)，發(fā)揮最佳工程效益。