山區(qū)復(fù)雜地形條件下大型渡槽施工技術(shù)

徐仁軍

(中國(guó)水利水電第十一工程局有限公司，河南 鄭州 450001)

1 概 述

渡槽作為跨越河流、深峽谷、窄場(chǎng)地等復(fù)雜條件下的架空輸水構(gòu)筑物，在水利工程中應(yīng)用較廣。與涵洞相比，渡槽在跨越溝谷和河道時(shí)不改變?cè)械男泻閿嗝?；與倒虹吸相比，渡槽施工工序少，施工較為簡(jiǎn)便，施工占地少，且水頭損失??；在有交通要求的地方，渡槽上面還可以做交通便道，這使得其應(yīng)用相當(dāng)廣泛。

從施工工藝技術(shù)區(qū)分，渡槽可分為兩種：一是預(yù)制裝配式；二是現(xiàn)澆整體式。對(duì)于前者而言，預(yù)制裝配式渡槽在施工過(guò)程中所耗費(fèi)的成本較低，建筑材料、勞動(dòng)力的損耗也較少，施工速度較快，在質(zhì)量控制方面也比較簡(jiǎn)單。但是這些都不足以掩蓋它的缺點(diǎn)，即山區(qū)復(fù)雜地形條件下施工過(guò)程中難以解決的難題，如適宜的預(yù)制場(chǎng)地，預(yù)制完成的渡槽槽身運(yùn)輸，就連吊裝都有極大的實(shí)施難度。故一般來(lái)說(shuō)，現(xiàn)澆整體式結(jié)構(gòu)的應(yīng)用比較多。

2 實(shí)例分析

四川省蓬溪船山灌區(qū)為武都引水第二期灌區(qū)工程的發(fā)展灌區(qū)，是繼武引二期灌區(qū)之后的一項(xiàng)具有灌溉、城鄉(xiāng)工業(yè)生活供水等功能的綜合性大型水利工程。西梓干渠延長(zhǎng)段上共布置有5座渡槽，總長(zhǎng)798.0 m。毛溝溝1號(hào)渡槽及毛溝溝2號(hào)渡槽長(zhǎng)均為84 m；龍馬埡渡槽長(zhǎng)252 m；狗兒埡渡槽長(zhǎng)280 m；鵝背山渡槽長(zhǎng)98 m。通過(guò)對(duì)5座渡槽所處的部位、地形條件、施工現(xiàn)場(chǎng)的交通條件及施工成本等因素進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析和比選，提出渡槽工程各種不同的施工方案，解決的關(guān)鍵問(wèn)題在于山區(qū)大型渡槽支撐系統(tǒng)地基選擇及設(shè)計(jì)、槽身支撐系統(tǒng)、模板加固方式、混凝土入倉(cāng)方式、貝雷梁支架沉降監(jiān)測(cè)等工序的施工方案。

(1)渡槽支撐系統(tǒng)地基選擇及設(shè)計(jì)技術(shù)

本工程渡槽基礎(chǔ)多為弱風(fēng)化粉砂質(zhì)泥巖，飽和抗壓強(qiáng)度3.6 MPa，為極軟巖；弱風(fēng)化砂巖，飽和抗壓強(qiáng)度11.1 MPa，為軟巖；新鮮砂巖飽和抗壓強(qiáng)度18.3 MPa，為較軟巖。施工區(qū)域土層壓縮變形大、透水性微弱、抗剪強(qiáng)度和承載能力均較低。由于土層厚度較大、開(kāi)挖工程量較大，若要利用其作為渡槽支撐系統(tǒng)地基，須進(jìn)行加固或相應(yīng)的工程處理。通過(guò)計(jì)算設(shè)計(jì)合理的基礎(chǔ)形式，從而達(dá)到承重及支撐結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的要求。

(2)不同跨高及跨距、不同地形渡槽槽身支撐系統(tǒng)技術(shù)

本工程渡槽距地面高度1～28.4 m，標(biāo)準(zhǔn)墩距14.0 m、最大墩距25 m。根據(jù)不同跨高及跨距、不同地形對(duì)傳統(tǒng)支架及鋼管貝雷梁形式安全性、經(jīng)濟(jì)性、適用性等比選后確定其支架形式，從而達(dá)到節(jié)約成本的目的。

(3)模板加固方式

針對(duì)薄殼結(jié)構(gòu)渡槽槽身施工，采用合理的模板加固方式，以及承受不同類型荷載的支撐系統(tǒng)，防止?jié)仓^(guò)程中結(jié)構(gòu)產(chǎn)生變形。

(4)混凝土入倉(cāng)方式

本工程渡槽為“U”型薄殼槽身，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、鋼筋分布較密，倉(cāng)面狹窄(槽身混凝土壁厚18～20 cm)，混凝土入倉(cāng)、振搗難；應(yīng)尋找一個(gè)合理的入倉(cāng)方式解決混凝土入倉(cāng)難問(wèn)題。

(5)貝雷梁支架沉降監(jiān)測(cè)

由于受地形復(fù)雜、跨高跨距大以及澆筑過(guò)程中的不穩(wěn)定因素，需要在貝雷梁選取合適部位布置測(cè)量控制點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

3 關(guān)鍵施工技術(shù)與應(yīng)用

(1)渡槽支撐系統(tǒng)地基選擇及設(shè)計(jì)技術(shù)

渡槽施工區(qū)域內(nèi)土層壓縮變形大、透水性微弱、抗剪強(qiáng)度和承載能力均較低。在搭設(shè)貝雷架鋼管柱位置利用反鏟開(kāi)挖至基巖后，進(jìn)行地基承載力試驗(yàn)，大于等于設(shè)計(jì)地基承載力200 kPa時(shí)，方可在基礎(chǔ)位置施工鋼筋混凝土承臺(tái)，承臺(tái)結(jié)構(gòu)根據(jù)槽身尺寸設(shè)置為600 cm×250 cm×50 cm。承臺(tái)采用C25混凝土澆筑，貝雷梁鋼管柱通過(guò)法蘭盤與預(yù)埋在承臺(tái)上部的2 cm厚鋼板埋件相連接。

(2)不同跨高及跨距、不同地形渡槽槽身支撐系統(tǒng)技術(shù)

渡槽排架高度在3 m以下的槽身施工，支撐系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式采用滿堂支架+定型鋼模施工，基礎(chǔ)處理采用回填石料+槽鋼的形式，達(dá)到了節(jié)約基礎(chǔ)處理成本、減少腳手架用量、實(shí)現(xiàn)快速施工的目的。

施工工藝：場(chǎng)地平整、處理→材料配備→底座→縱向掃地桿→立桿→橫向掃地桿→橫向水平桿→縱向水平桿→剪刀撐→鋪腳手板→扎防護(hù)欄桿→扎安全網(wǎng)→驗(yàn)收、掛牌使用→拆除。

施工方法：渡槽槽身模板共設(shè)19道支撐架，間距80 cm左右，滿堂腳手架的排距為80 cm，結(jié)合槽身混凝土的澆筑次序及U型結(jié)構(gòu)的特性，滿堂腳手架的間距為40 mm；渡槽槽身模板整體寬度為6 m左右，滿堂腳手架搭設(shè)寬度為8 m，左右各留1 m的人行通道位置，每側(cè)人行通道于槽底和槽頂各設(shè)置1道。地面至下部人行通道采用簡(jiǎn)易樓梯連接，上下通道采用豎梯連接，并設(shè)防護(hù)欄桿、防護(hù)網(wǎng)等，滿鋪馬道板。

滿堂腳手架支架系統(tǒng)混凝土、模板等荷載傳遞路徑：模板支撐架→滿堂腳手架頂托→立桿→地基。

渡槽排架處于山間埡口地形復(fù)雜或者排架高度3 m以上的槽身施工，支撐系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式采用鋼管柱+千斤頂+貝雷片+定型鋼模施工，貝雷梁基礎(chǔ)利用板式基礎(chǔ)上臺(tái)階作為支承；不但從材料及人員投入中得以控制，而且操作工藝簡(jiǎn)單、拆卸方便。

貝雷梁支架系統(tǒng)混凝土、模板等荷載傳遞路徑：模板支撐架→貝雷梁支架→鋼管柱→地基。

鋼管柱安裝：鋼管柱底部座法蘭盤與混凝土基礎(chǔ)承臺(tái)預(yù)埋地腳螺栓連接固定，延鋼管柱豎向每隔3 m采用I14工字鋼與渡槽排架柱水平連接固定，防止鋼管柱偏移和傾覆。鋼管柱頂端放置液壓千斤頂，并采取合理的限位方式固定千斤頂，防止千斤頂水平位移和傾覆。千斤頂頂部布置2根50C工字鋼橫梁，橫梁采用槽鋼抱箍與渡槽排架柱水平連接，防止橫梁位移。工字鋼橫梁上部縱向鋪設(shè)5組加強(qiáng)型貝雷梁，貝雷梁與橫梁接觸部位設(shè)置限位鋼板，防止貝雷梁位移；貝雷梁頂部按照縱向80 cm間距鋪設(shè)20號(hào)工字鋼分配梁，分配梁位置與槽身外模支撐架位置保持一致。

完成上述桿件安裝和節(jié)點(diǎn)加固后，進(jìn)行渡槽槽身外側(cè)模板安裝和加固。槽身兩側(cè)各設(shè)置2道風(fēng)纜繩，地錨設(shè)置在渡槽中心線8 m以外，兩端各設(shè)置1處。1.0 m×1.0 m×1.5 m地錨采用C20混凝土澆筑而成，地錨內(nèi)設(shè)置φ10鋼筋網(wǎng)片，錨環(huán)采用φ20圓鋼制作成“幾”字形，澆筑地錨時(shí)預(yù)埋，埋深0.5 m。纜鳳繩采用6×37型，直徑17.5 mm的鋼絲繩，一端系于地錨，一端系槽身模板上。

(3)模板加固措施

槽身模板加固采用20號(hào)工字鋼橫梁，通過(guò)增設(shè)槽身上下橫梁連接使壓頂與底模對(duì)拉防止槽身內(nèi)模上浮，壓頂工字鋼橫梁間距1 m。在模板頂部將內(nèi)、外模板連接，承受混凝土澆筑和振搗的測(cè)向壓力和振動(dòng)力，防止?jié)仓^(guò)程中產(chǎn)生變形、模板上浮和脹模，所有模板間縫隙均填塞雙面膠防止混凝土漿液外流(見(jiàn)圖1)。

圖1 模板加固示意

(4)混凝土入倉(cāng)措施

在槽身內(nèi)模兩側(cè)設(shè)置2排混凝土受料入口，不但解決混凝土入倉(cāng)問(wèn)題，同時(shí)也作為底部混凝土振搗作業(yè)口，確保槽身底部混凝土的振搗質(zhì)量。在受料口處布設(shè)豎向溜桶，以實(shí)現(xiàn)混凝土順利入倉(cāng)；受料口間距為1.9 m，以保證混凝土填充整個(gè)模板空間，混凝土振搗密實(shí)，保證混凝土的質(zhì)量?；炷翝仓樞虿捎孟戎虚g后兩端，從渡槽的中部開(kāi)始向兩端對(duì)稱澆筑，均衡上升，每層澆筑厚度控制在30～50 cm內(nèi)。中部采用附壁振搗器，其他部位主要采用φ30型軟軸振搗棒振搗。

(5)合理布置貝雷梁沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)

①貝雷梁撓度計(jì)算

貝雷梁支架上的荷載主要包含永久荷載和可變荷載，永久荷載包括鋼筋混凝土重量、模板重量及支架自重，可變荷載包含施工荷載和風(fēng)荷載。根據(jù)《路橋施工計(jì)算手冊(cè)》和《橋梁支架安全施工手冊(cè)》以及相關(guān)的規(guī)范進(jìn)行貝雷梁的撓度計(jì)算。

貝雷梁采用上下加強(qiáng)弦桿的單層321加強(qiáng)型，雙排單層加強(qiáng)型貝雷梁EI=2 425 224.48 kN·m2。

②施工過(guò)程中貝雷梁變形觀測(cè)

貝雷梁順?biāo)鞣较虿贾?排監(jiān)測(cè)點(diǎn)，每排按橫槽向左、中、右布置3個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，共9個(gè)沉降觀測(cè)點(diǎn)。監(jiān)測(cè)點(diǎn)采用徠卡全站儀配套的反射片，貼在貝雷架底部側(cè)面，便于全站儀觀測(cè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)高程。使用徠卡全站儀，后方交會(huì)法設(shè)站，設(shè)置儀器的EDM模式為反射片測(cè)量模式，直接測(cè)量每一個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的絕對(duì)高程，做好記錄。當(dāng)沉降超過(guò)限值時(shí)，應(yīng)及時(shí)向澆筑負(fù)責(zé)人匯報(bào)。

對(duì)每一個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的測(cè)量時(shí)段為：澆筑前初始值→第四車混凝土荷載施加完成→第六車混凝土荷載施加完成→第八車混凝土荷載施加完成→第九車混凝土荷載施加完成→第十車混凝土荷載施加完成→第十一車混凝土荷載施加完成結(jié)束測(cè)量。

對(duì)每一個(gè)時(shí)段的所有監(jiān)測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)作好外業(yè)記錄，錄入在在Excel中計(jì)算出各測(cè)點(diǎn)的相鄰兩次沉降值和累計(jì)沉降值(見(jiàn)圖2)。

(a)

(b)

(c)

③貝雷梁沉降對(duì)比分析

根據(jù)渡槽結(jié)構(gòu)的各種荷載組合計(jì)算得出貝雷梁的最大沉降值為53.67 mm，施工過(guò)程中通過(guò)對(duì)各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的連續(xù)沉降觀測(cè)，2號(hào)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的沉降值最大為22 mm。

由此得出的結(jié)論，山區(qū)復(fù)雜地形條件下大型渡槽施工，采用貝雷梁結(jié)構(gòu)支撐系統(tǒng)方案，既滿足結(jié)構(gòu)安全要求，又能得到最大的經(jīng)濟(jì)效益。

4 推廣應(yīng)用情況及前景

渡槽工程施工中屬危險(xiǎn)性較大的分部工程，屬高空作業(yè)、安全責(zé)任較大，如果施工過(guò)程中采取方案不合理將造成不可預(yù)見(jiàn)的損失，所以應(yīng)針對(duì)渡槽施工安全、經(jīng)濟(jì)及合理性等方面進(jìn)行比選及優(yōu)化來(lái)確定其施工工藝及方法。

通過(guò)山區(qū)大型渡槽施工技術(shù)，積累渡槽的相關(guān)施工技術(shù)及經(jīng)驗(yàn)，分析施工中關(guān)鍵點(diǎn)及控制要素，總結(jié)了一套經(jīng)濟(jì)、適用的渡槽施工方法，保證了工程的施工質(zhì)量，降低了施工成本。

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