渡槽貝雷架24 m預(yù)應(yīng)力槽身預(yù)壓施工技術(shù)

林國(guó)華，藍(lán)天緣，蘇興彬

（崇左市左江治旱工程管理中心，廣西 崇左 532200）

廣西左江治旱馱英水庫(kù)及灌區(qū)工程是水利部172個(gè)重點(diǎn)項(xiàng)目之一，其灌區(qū)位于廣西崇左市，灌區(qū)覆蓋面積較大，區(qū)域內(nèi)部條件復(fù)雜[1]，需建造大量的高架輸水灌溉渡槽以解決遠(yuǎn)距離輸水供水問題。根據(jù)當(dāng)?shù)氐墓こ痰刭|(zhì)條件，該灌區(qū)多數(shù)渡槽為24 m長(zhǎng)預(yù)應(yīng)力薄壁混凝土結(jié)構(gòu)，呈U型斷面。為了解決墩身高，施工難度大、工作量大等問題，24 m長(zhǎng)的渡槽槽身采用懸掛式簡(jiǎn)支貝雷架支撐現(xiàn)澆施工。由于渡槽槽身撓度控制要求較為嚴(yán)格，需要對(duì)槽身現(xiàn)澆貝雷架進(jìn)行預(yù)壓[1，2]。通過對(duì)槽身進(jìn)行預(yù)壓，然后測(cè)量貝雷架的位移和變形，計(jì)算得到貝雷架在實(shí)際荷載作用下的彈性和非彈性變形，為消除結(jié)構(gòu)的非彈性變形及正確設(shè)置預(yù)拱度提供準(zhǔn)確參數(shù)，保證澆筑的槽身結(jié)構(gòu)線形符合設(shè)計(jì)要求，最終保障模架的正常工作和安全使用。

1 工程概況

1.1 地質(zhì)條件

馱英灌區(qū)寧明干渠工程從六旭村西北側(cè)谷底處的總干渠引出，之后沿該谷地的175 m 等高線布置。該工程干渠線路按所通過地段的地貌特點(diǎn)可分為：①平原線，即常見的平原上的渠道，所經(jīng)過的地層以地四下堆積物為主；②谷底或坡麓線，即在谷底兩側(cè)（山麓腳下）修渠；③山腹線，即沿半山坡修渠；④嶺脊線，即在丘陵地區(qū)沿山頂嶺脊修渠；⑤橫斷嶺谷線，即橫穿嶺脊和橫跨峽谷的渠線；⑥隧洞線。

該干渠經(jīng)過的主要地層有泥盆系、石炭系、二疊系、三疊系、侏羅系、白堊系、第三系和第四系。渡槽墩基主要以強(qiáng)風(fēng)化基巖為持力層，承載力基本滿足要求。但大部分渡槽墩基位于丘陵溝渠內(nèi)，墩基持力層為沖洪積軟塑狀淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、松散狀粉細(xì)砂、淤泥質(zhì)砂等軟弱地層中，需要進(jìn)行換填。

1.2 槽身結(jié)構(gòu)

寧明干渠渡槽槽墩分為重力式、排架式和薄壁空心式，最大墩高34 m。渡槽總長(zhǎng)9.65 km，U 型斷面槽身22 座，矩形斷面槽身16 座（2.2 m×1.95 m）。槽身為簡(jiǎn)支梁式薄殼結(jié)構(gòu)，支座為固定支座預(yù)埋鋼墊板支座。渡槽槽身跨徑24 m，槽身長(zhǎng)23.96 m。渡槽進(jìn)口設(shè)漸變段，漸變段前與梯形明渠平順連接，接U 型渡槽槽身；出口為U 型槽明渠平順連接。干渠渠首引水流量3.87 m3/s，渠首設(shè)計(jì)水位為176.30 m，渠末設(shè)計(jì)水位148.42 m。

2 槽身預(yù)壓總體方案及規(guī)定

采用注水法或吊放鋼筋進(jìn)行預(yù)壓。24 m 跨徑槽身預(yù)壓以下澗2#渡槽為例，施工時(shí)單跨混凝土重（含鋼筋）108.6 t，槽身模板及設(shè)備重34 t，施工人員重1 t（15 人），故全部施工荷載共143.6 t，安全系數(shù)取值1.2（考慮風(fēng)荷載、動(dòng)荷載的影響），故預(yù)壓總重量為172.32 t。

預(yù)壓應(yīng)符合以下規(guī)定：

（1）貝雷架預(yù)壓應(yīng)在貝雷架安裝完成后進(jìn)行；

（2）應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工情況選擇代表性區(qū)域進(jìn)行預(yù)壓；

（3）貝雷架預(yù)壓加載范圍不應(yīng)小于現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)物的實(shí)際投影面；

（4）貝雷架預(yù)壓前，應(yīng)布置沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)，預(yù)壓過程中應(yīng)對(duì)布置的沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測(cè)；

（5）在全部加載完成后的貝雷架預(yù)壓監(jiān)測(cè)過程中，當(dāng)滿足下列條件之一時(shí)，應(yīng)判定貝雷架預(yù)壓合格。①各監(jiān)測(cè)點(diǎn)最初24 h 的沉降量平均值小于1 mm；②各監(jiān)測(cè)點(diǎn)最初72 h的沉降量平均值小于5 mm。

3 槽身預(yù)壓施工流程

3.1 支架基礎(chǔ)預(yù)壓

3.1.1 支架基礎(chǔ)預(yù)壓的一般規(guī)定[3]

（1）支架基礎(chǔ)預(yù)壓前，應(yīng)查明施工區(qū)域內(nèi)不良地質(zhì)的分布情況。

（2）工程施工場(chǎng)區(qū)內(nèi)的支架基礎(chǔ)應(yīng)按不同類型進(jìn)行分類。

（3）支架基礎(chǔ)應(yīng)設(shè)置排水、隔水措施，不得被混凝土養(yǎng)護(hù)水和雨水浸泡。

（4）支架基礎(chǔ)預(yù)壓前，應(yīng)布置支架基礎(chǔ)的沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)，支架基礎(chǔ)預(yù)壓過程中，應(yīng)對(duì)支架基礎(chǔ)的沉降進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

（5）在對(duì)支架基礎(chǔ)代表性區(qū)域的預(yù)壓監(jiān)測(cè)過程中，當(dāng)最初72 h各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的沉降量平均值小于5 mm時(shí)，應(yīng)判定同類支架基礎(chǔ)的其余部分預(yù)壓合格。

（6）在對(duì)支架基礎(chǔ)的預(yù)壓監(jiān)測(cè)過程中，當(dāng)滿足下列條件之一時(shí)，則支架基礎(chǔ)預(yù)壓合格：a.各監(jiān)測(cè)點(diǎn)連續(xù)24 h的沉降量平均值小于1 mm；b.各監(jiān)測(cè)點(diǎn)連續(xù)72 h的沉降量平均值小于5 mm。

（7）在對(duì)支架基礎(chǔ)代表性區(qū)域的預(yù)壓監(jiān)測(cè)過程中，當(dāng)最初72 h各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的沉降量平均值大于5 mm時(shí)，同類支架基礎(chǔ)應(yīng)全部進(jìn)行處理，處理后的支架基礎(chǔ)應(yīng)重新選擇代表性區(qū)域進(jìn)行預(yù)壓。

3.1.2 地基基礎(chǔ)堆載預(yù)壓

（1）采用沙袋或現(xiàn)場(chǎng)鋼筋進(jìn)行地基基礎(chǔ)預(yù)壓。

（2）地基預(yù)壓荷載。上部槽身結(jié)構(gòu)自重和跨中鋼管柱支撐、模板重量及風(fēng)荷載、動(dòng)載、活載之和的1.2倍。

（3）鋼管柱支撐基礎(chǔ)面預(yù)壓范圍。鋼管柱支撐基礎(chǔ)面預(yù)壓范圍為基礎(chǔ)面范圍向外各擴(kuò)寬1.0 m的寬度。

（4）監(jiān)測(cè)記錄。采用水準(zhǔn)儀按照三等水準(zhǔn)測(cè)量要求進(jìn)行預(yù)壓監(jiān)測(cè)；支架基礎(chǔ)沉降監(jiān)測(cè)記錄與計(jì)算應(yīng)符合下列規(guī)定：加載前，應(yīng)監(jiān)測(cè)各監(jiān)測(cè)點(diǎn)初始值；全部預(yù)壓荷載施加完畢后，應(yīng)監(jiān)測(cè)并記錄各測(cè)點(diǎn)標(biāo)高；每間隔24 h應(yīng)監(jiān)測(cè)一次，并記錄各測(cè)點(diǎn)標(biāo)高、計(jì)算沉降量。

（5）預(yù)壓驗(yàn)收。支架基礎(chǔ)預(yù)壓應(yīng)符合《鋼管滿堂支架預(yù)壓技術(shù)規(guī)程》JGJ/T194-2009 第4.1.5 條或第4.1.6條的規(guī)定。

（6）地基基礎(chǔ)處理驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)及方法。①地基承載力：不小于160 kPa，采用釬探或標(biāo)貫試驗(yàn)確定；②標(biāo)高：滿足計(jì)算起始面標(biāo)高，全站儀或水準(zhǔn)儀測(cè)定；③坐標(biāo)及軸線：符合設(shè)計(jì)要求，全站儀測(cè)定。槽身施工預(yù)壓重量172.32 t，基礎(chǔ)承載力計(jì)算：172.32÷（3.5×3.5）×9.8=137.86 kPa＜160 kPa，滿足承載力要求。

3.2 加載方案

施工前，先安裝好貝雷架，貝雷架上安裝好預(yù)應(yīng)力槽身外模。為了解貝雷架施工變形情況，預(yù)壓盡量與槽體自重分布相符，采用向貝雷架上吊放鋼筋配重的方式進(jìn)行預(yù)壓。在24 m 跨中位置增設(shè)鋼管柱支撐（見圖1），支設(shè)鋼管柱前場(chǎng)地需平整、碾壓夯實(shí)，并澆筑20 cm厚混凝土墊層，在墊層頂面鋪設(shè)2 cm厚鋼板，鋼板與鋼管立柱間通過焊接連接，6根鋼管柱間采用I14工字鋼焊接，間距1.5 m。

圖1 鋼管柱截面結(jié)構(gòu)尺寸示意圖

先計(jì)算好每一級(jí)的加載重量，然后進(jìn)行加載，對(duì)施工荷載分4 級(jí)進(jìn)行加載，即60%荷載、80%荷載、100%荷載及120%荷載。

3.3 沉降觀測(cè)方案

3.3.1 精度要求與觀測(cè)儀器的選擇

根據(jù)技術(shù)精度要求，采用三等水準(zhǔn)測(cè)量的要求進(jìn)行精確測(cè)量，其主要技術(shù)要求見表1和表2。

每千米水準(zhǔn)測(cè)量偶然中誤差≤1.0每千米水準(zhǔn)測(cè)量全中誤差≤2.0限 差檢測(cè)已測(cè)段高差之差6 L往返測(cè)不符值4 L附合路線或環(huán)線閉合差4 L

等級(jí) 二等儀器類型視線長(zhǎng)度/m前后視距差/m前后視距累積差/m S05≤50≤1.0≤3.0視線高度（下絲讀數(shù))/m≥0.3基輔分劃讀數(shù)之差/mm≤0.5基輔分劃所得高差之差/mm≤0.7檢測(cè)間歇點(diǎn)高差之差/mm≤1.0

根據(jù)沉降觀測(cè)精度要求高的特點(diǎn)，為能精確反映貝雷架和地基在不斷加載作用下的沉降情況，使用儀器為DSZ2精密水準(zhǔn)儀。

3.3.2 水準(zhǔn)基點(diǎn)、工作基點(diǎn)的設(shè)置

為便于進(jìn)行沉降觀測(cè)，在槽梁范圍內(nèi)沿線布設(shè)適當(dāng)水準(zhǔn)點(diǎn)和工作基點(diǎn)。

3.3.3 觀測(cè)點(diǎn)的布設(shè)

沉降觀測(cè)點(diǎn)布置如圖2 所示，監(jiān)測(cè)斷面位置每隔1/4 跨徑應(yīng)布設(shè)1 個(gè)，共5 個(gè)監(jiān)測(cè)斷面，每個(gè)監(jiān)測(cè)斷面上的觀測(cè)點(diǎn)為5個(gè)，且以軸線為基準(zhǔn)對(duì)稱布置。共設(shè)置25個(gè)測(cè)點(diǎn)，編號(hào)為m1～m25，直接做好記號(hào)，采用精密水準(zhǔn)儀對(duì)各測(cè)點(diǎn)進(jìn)行沉降觀測(cè)。

圖2 沉降觀測(cè)平面布置圖

3.3.4 注意事項(xiàng)

（1）每次觀測(cè)所用的儀器及水準(zhǔn)尺固定，觀測(cè)人員固定，觀測(cè)路線固定，觀測(cè)環(huán)境和條件要基本相同。

（2）觀測(cè)時(shí)間及環(huán)境。不允許在高溫、強(qiáng)光和大風(fēng)等情況下觀測(cè)，要勤觀測(cè)、勤記錄，及時(shí)反饋。

（3）測(cè)量時(shí)，水準(zhǔn)尺氣泡要穩(wěn)定居中，扶尺員應(yīng)快速穩(wěn)定地豎直標(biāo)尺，提高觀測(cè)效率。

（4）水準(zhǔn)測(cè)量每次測(cè)量在一站內(nèi)完成，觀測(cè)值的閉合差控制在1 mm之內(nèi)。

（5）若一端為單排架，另一端為薄壁空心墩，單排架一側(cè)的貝雷梁下部需設(shè)置鋼管柱支撐，支撐基礎(chǔ)應(yīng)在排架柱基礎(chǔ)范圍外（見圖3）。

圖3 貝雷梁下部設(shè)置的鋼管柱支撐

3.3.5 沉降觀測(cè)

沉降觀測(cè)分4步進(jìn)行：加載前，觀測(cè)各測(cè)點(diǎn)測(cè)量高程H0，記錄表格；然后對(duì)第一步加載約為預(yù)壓荷載的60%，測(cè)量各測(cè)點(diǎn)的高程H1；第二步加載約為受力范圍內(nèi)預(yù)壓荷載的80%，測(cè)量各測(cè)點(diǎn)的高程H2；第三步加載約為受力范圍內(nèi)預(yù)壓荷載的100%，測(cè)量各測(cè)點(diǎn)的高程H3；第四步加載約為受力范圍內(nèi)預(yù)壓荷載的120%，測(cè)量各測(cè)點(diǎn)的高程H4。對(duì)每次加載結(jié)束穩(wěn)定后進(jìn)行測(cè)量讀數(shù)，并做好相應(yīng)的記錄。貝雷架預(yù)壓觀測(cè)內(nèi)容包括：前后兩次觀測(cè)的沉降差、貝雷架彈性變形量及貝雷架非彈性變形量。

每級(jí)加載完成后，應(yīng)先停止下一級(jí)加載，并應(yīng)每間隔12 h 對(duì)貝雷架沉降量進(jìn)行一次監(jiān)測(cè)。當(dāng)貝雷架頂部監(jiān)測(cè)點(diǎn)12 h 的沉降量平均值小于2 mm時(shí)，可進(jìn)行下一級(jí)加載。

沉降穩(wěn)定后，維持加載24 h，預(yù)壓滿足下列要求之一：①各測(cè)點(diǎn)沉降量平均值小于1 mm；②連續(xù)3次各測(cè)點(diǎn)沉降量平均值累計(jì)小于5 mm可一次性卸載，貝雷架兩側(cè)應(yīng)對(duì)稱、均衡、同步卸載。卸載6 h后應(yīng)監(jiān)測(cè)各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的標(biāo)高，并計(jì)算貝雷架各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的彈性變形量、非彈性變形量；監(jiān)測(cè)工作結(jié)束后，應(yīng)提供監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置圖及監(jiān)測(cè)記錄表。

載荷試驗(yàn)應(yīng)對(duì)稱、分層、分級(jí)加載并加強(qiáng)變形監(jiān)測(cè)，一旦發(fā)生不利趨勢(shì)時(shí)，立即進(jìn)行卸載，待荷載卸載完畢并確保安全后進(jìn)行貝雷架體系加固，加固后重新開始分級(jí)載荷試驗(yàn)，試驗(yàn)通過后方可進(jìn)行槽身施工。

3.4 穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)及終止加載

（1）穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)滿足下列條件之一時(shí)，判定沉降穩(wěn)定：①各監(jiān)測(cè)點(diǎn)最初24 h的沉降量平均值小于1 mm；②各監(jiān)測(cè)點(diǎn)最初72 h的沉降量平均值小于5 mm。

（2）終止加載情況。當(dāng)出現(xiàn)下列情況之一時(shí)，可終止加載：①貝雷架全部荷載加載完畢，經(jīng)觀測(cè)貝雷架變形穩(wěn)定可終止加載；②預(yù)壓過程中如發(fā)現(xiàn)貝雷架橫向左右對(duì)稱斷面沉降差超過10 mm 時(shí)應(yīng)停止加載并分析原因。

貝雷架及地基變形量（尤其是地基）超過計(jì)算值時(shí)，停止加載并分析原因。

在預(yù)壓過程中同時(shí)觀測(cè)貝雷架的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，貝雷架變形、傾斜應(yīng)停止加載并分析原因。

3.5 卸載

貝雷架兩側(cè)應(yīng)對(duì)稱、均衡、同步卸載。當(dāng)預(yù)壓卸載完成后，要對(duì)貝雷架的標(biāo)高及模板尺寸等進(jìn)行復(fù)核，對(duì)發(fā)生松動(dòng)、變形、移位等情況的地方要及時(shí)處理，對(duì)沉降進(jìn)行調(diào)整，完全合格后，方可進(jìn)行第一階段鋼筋綁扎等工作。

3.6 安全操作平臺(tái)設(shè)置

為方便施工，應(yīng)在槽身兩側(cè)設(shè)置平臺(tái)，起到臨邊人員防護(hù)作用。在施工的槽墩墩帽上設(shè)置臨邊防護(hù)，增設(shè)20 cm擋腳板。

4 觀測(cè)數(shù)據(jù)整理和分析

4.1 數(shù)據(jù)整理

每個(gè)測(cè)點(diǎn)、每級(jí)加載后對(duì)沉降量進(jìn)行連續(xù)觀測(cè)直到沉降穩(wěn)定。取沉降穩(wěn)定后即最后一次觀測(cè)值作為該級(jí)荷載下的最終沉降觀測(cè)值。得到的觀測(cè)值與零荷載時(shí)的觀測(cè)值之差，作為該點(diǎn)在該級(jí)荷載下的實(shí)際沉降量。在每級(jí)荷載下，根據(jù)觀測(cè)數(shù)據(jù)和各荷載量繪制荷載—沉降量曲線圖

4.2 彈性變形分析

彈性變形為δ1=h1-h3（h1為加載前測(cè)點(diǎn)初始標(biāo)高值；h3為卸載后測(cè)點(diǎn)標(biāo)高值）。通過試壓后，可以認(rèn)為貝雷架的非彈性變形已經(jīng)消除。彈性變形成δ2=h3-h2（h2 為卸載前測(cè)點(diǎn)標(biāo)高值）。根據(jù)該彈性變形值，在底模上設(shè)置預(yù)拱度δ2，以使貝雷架變形后梁體線型滿足設(shè)計(jì)要求。

4.3 預(yù)壓沉降成果的應(yīng)用

根據(jù)對(duì)貝雷架預(yù)壓沉降結(jié)果，在底模上設(shè)置施工預(yù)拱度。對(duì)于已進(jìn)行預(yù)壓區(qū)段，根據(jù)式（1）調(diào)整各測(cè)點(diǎn)底模標(biāo)高：

對(duì)于沒進(jìn)行預(yù)壓的區(qū)段，參考式（2）調(diào)整各測(cè)點(diǎn)底模標(biāo)高：

根據(jù)施工藍(lán)圖渡槽槽身應(yīng)設(shè)置向下的二次拋物線反拱，槽身跨中成槽后最大反拱值為20 mm。支架安裝完畢并實(shí)施預(yù)壓后應(yīng)按實(shí)測(cè)的彈性變形量和施工控制要求，結(jié)合成槽后的槽身反拱值（見表3）確定立模標(biāo)高。槽身設(shè)置反拱時(shí)，預(yù)應(yīng)力管道也同時(shí)設(shè)置反拱。

23.46 0 X/m Y/mm 0 0 0.75 2.48 1.73 5.46 3.73 10.70 5.73 14.77 7.73 17.87 9.73 19.42 11.73 20.00 13.73 19.42 15.73 17.67 17.73 14.77 19.73 10.70 21.73 5.46 22.71 2.48

5 結(jié)語

馱英水庫(kù)灌區(qū)寧明干渠工程開展的24 m 渡槽貝雷架預(yù)應(yīng)力槽身預(yù)壓施工工程實(shí)踐，對(duì)于貝雷架在高跨徑，高墩身，多種類槽墩的渡槽施工中積累了預(yù)壓施工經(jīng)驗(yàn)，對(duì)類似工程施工具有一定的借鑒意義。