裝配式技術(shù)在渡槽建設(shè)中的應(yīng)用研究
——以韶山灌區(qū)涓上飛鏈渡槽為例

廖滿軍，李亞民，趙仙龍，李金恒，周 黎

（中國(guó)水利水電第八工程局有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410004）

國(guó)務(wù)院“十四五”建筑業(yè)發(fā)展規(guī)劃提出要大力發(fā)展裝配式建筑。構(gòu)建裝配式建筑標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)和生產(chǎn)體系，推動(dòng)生產(chǎn)和施工智能化升級(jí)，擴(kuò)大標(biāo)準(zhǔn)化構(gòu)件和部品部件使用規(guī)模，提高裝配式建筑綜合效益。完善適用不同建筑類型裝配式混凝土建筑結(jié)構(gòu)體系，加大高性能混凝土、高強(qiáng)鋼筋和消能減震、預(yù)應(yīng)力技術(shù)集成應(yīng)用。裝配式技術(shù)在水利工程中建設(shè)也大有作為。

1 韶山灌區(qū)涓上飛鏈渡槽拆除重建工程概況

韶山灌區(qū)涉及湘潭、長(zhǎng)沙、婁底3 市，湘鄉(xiāng)市、湘潭縣、韶山市、雨湖區(qū)、寧鄉(xiāng)市、岳麓區(qū)、雙峰縣7 個(gè)縣（市、區(qū)）39 個(gè)鄉(xiāng)（鎮(zhèn)），設(shè)計(jì)灌溉面積為100萬畝，是一座以農(nóng)業(yè)灌溉、防洪、排澇為主，兼具發(fā)電、工礦及城鎮(zhèn)供水、旅游開發(fā)、生態(tài)環(huán)保、養(yǎng)殖等綜合利用功能的大型灌區(qū)。

涓上飛鏈渡槽拆除重建是韶山灌區(qū)“十四五”續(xù)建配套與現(xiàn)代化改造項(xiàng)目關(guān)鍵子項(xiàng)目，是韶山灌區(qū)南干渠跨越涓水的交叉建筑物（見圖1），位于高豐村和陳家洼里之間，拆除原涓上飛鏈渡槽，并按照原建筑形式重建，該渡槽槽身段采用直線形簡(jiǎn)支鋼筋混凝土梁式渡槽和拱上排架式相結(jié)合的形式，槽身采用U形結(jié)構(gòu)，排架柱段排架間距為15 m，槽身標(biāo)準(zhǔn)段長(zhǎng)15 m，拱上排架段槽身標(biāo)準(zhǔn)段長(zhǎng)19 m，拱身每跨38 m，渡槽全長(zhǎng)338 m。渡槽槽身為U 形槽，槽身310 m，進(jìn)出口連接段長(zhǎng)均為14 m；排架形式為單排架+雙排架。

圖1 涓上飛鏈渡槽現(xiàn)狀圖

根據(jù)韶山灌區(qū)工程管理局的相關(guān)規(guī)定，非灌溉期一般為當(dāng)年的10 月中旬至第二年的3 月中旬，停水期5 個(gè)月，涓上飛鏈渡槽施工必須在此期間內(nèi)完成拆除重建。涓上飛鏈渡槽拆除重建主要特性詳見表1。

表1 涓上飛鏈渡槽拆除重建主要特性數(shù)量

2 初步設(shè)計(jì)方案

原初步設(shè)計(jì)方案（見圖2）：基礎(chǔ)形式為擴(kuò)大基礎(chǔ)（現(xiàn)澆）+雙排柱/拱（現(xiàn)澆）+槽身（預(yù)制）。

圖2 涓上飛鏈渡槽初步設(shè)計(jì)圖

施工方案基于渡槽跨度較大且工期較短，新老渡槽結(jié)構(gòu)形式一致，采用分期實(shí)施方案，新老結(jié)合處做好防滲措施。槽身采用預(yù)制結(jié)構(gòu)，楠竹長(zhǎng)虹渡槽槽身單節(jié)重量161 t，涓上飛鏈渡槽槽身單節(jié)重量77 t。

混凝土及砌體拆除：主要為原渡槽的混凝土及漿砌石拆除，采用靜態(tài)爆破方法拆除。人工鉆孔，孔內(nèi)裝破碎劑。棄渣采用1 m3挖掘機(jī)挖裝，8 t 自卸汽車運(yùn)至附近渠道用于路基填筑，平均運(yùn)距約10 km。

基礎(chǔ)開挖：土方開挖采用1 m3挖掘機(jī)開挖土方，開挖料就近堆存用于回填。石方開挖采用液壓破碎錘配合風(fēng)鎬拆除。1 m3反鏟挖掘機(jī)挖裝，8 t 自卸汽車運(yùn)至附近渠道路堤填筑段用于回填，平均運(yùn)距約10 km；或運(yùn)至附近支渠用于回填。

土方回填：利用開挖料，不足部分取自附近渠道工程，74 kW 推土機(jī)推平，拖拉機(jī)壓實(shí)，局部采用2.8 kW 蛙式打夯機(jī)夯實(shí)。

混凝土澆筑：主要為基礎(chǔ)及排架的混凝土工程?；炷敛捎?.8 m3攪拌機(jī)生產(chǎn)，5 t 自卸汽車水平運(yùn)輸，墊層混凝土直接入倉(cāng)；下部結(jié)構(gòu)混凝土采用溜槽入倉(cāng)；上部結(jié)構(gòu)泵送入倉(cāng)?；炷敛捎萌斯て絺}(cāng)，1.1 kW 插入式振搗器振搗。

湖口縣地處長(zhǎng)江中下游油菜產(chǎn)業(yè)帶核心區(qū)域，是國(guó)家油菜生產(chǎn)重點(diǎn)縣，近年來在農(nóng)業(yè)部油菜增產(chǎn)模式攻關(guān)及產(chǎn)業(yè)政策扶持下，深入推進(jìn)“效益糧油，綠色糧油，品牌糧油”建設(shè)，結(jié)合綠色高產(chǎn)高效關(guān)鍵技術(shù)示范推廣和技術(shù)瓶頸攻關(guān)，優(yōu)化資源配置，提煉技術(shù)措施，集成組裝了一批標(biāo)準(zhǔn)化、模式化、可復(fù)制、可推廣的油菜種植技術(shù)模式。

槽身混凝土：采用預(yù)制結(jié)構(gòu)，可在各施工點(diǎn)附近空?qǐng)龅丶蓄A(yù)制，機(jī)械運(yùn)輸，300 t 汽車起重機(jī)吊裝人工配合安裝。

3 裝配式技術(shù)應(yīng)用新方案

根據(jù)項(xiàng)目工期要求、地質(zhì)條件等因素綜合考慮，本項(xiàng)目擬采用裝配式技術(shù)應(yīng)用新方案：基礎(chǔ)形式為PHC 管樁（預(yù)制）+承臺(tái)（預(yù)制）單、雙排柱/拱（預(yù)制）+槽身（預(yù)制）。（見圖3、圖4）

圖3 涓上飛鏈渡槽裝配式方案示意圖

圖4 涓上飛鏈渡槽裝配式方案拱跨部位示意圖

3.1 新裝配式方案優(yōu)勢(shì)

1）根據(jù)地質(zhì)條件，采用預(yù)制管樁施工速度最快，質(zhì)量易保證。

2） 上部結(jié)構(gòu)采用常規(guī)汽車吊，進(jìn)行安裝可以方便實(shí)現(xiàn)；過河渡槽采用預(yù)制吊裝拼裝可以減少高大支模架的搭設(shè)，節(jié)約成本，縮短工期，降低高處作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)。

3）拱肋對(duì)于跨度較大的整片一次預(yù)制吊裝自身結(jié)構(gòu)受力不滿足，跨度38 m 結(jié)構(gòu)吊裝運(yùn)輸易折斷，采用兩片拱肋可以解決問題；設(shè)計(jì)時(shí)通過計(jì)算確定安裝時(shí)兩片拱肋沒有形成整體，受力狀態(tài)為三鉸拱，連接成整體時(shí)為無鉸拱，受力滿足要求。

4）采用UHPC 混凝土+U 形鋼筋連接兩片拱肋及其支座部位可以減少連接段長(zhǎng)度12 d（d 為縱向鋼筋直徑），簡(jiǎn)單的吊模即可解決，普通混凝土連接段長(zhǎng)度需要35 d（d 為縱向鋼筋直徑），在拱肋上支模困難，以設(shè)計(jì)25 d 的縱向鋼筋直徑為例連接長(zhǎng)度12 d=300 mm，本項(xiàng)目連接段長(zhǎng)度采用350 mm。

3.2 裝配式渡槽結(jié)構(gòu)連接技術(shù)

1）鋼筋連接技術(shù)。普通鋼筋采用灌漿套筒連接和灌漿波紋鋼管連接；灌漿連接套筒按加工方式可采用鑄造灌漿套筒或機(jī)械加工灌漿套筒，按鋼筋連接方式可制作成全灌漿套筒或半灌漿套筒。灌漿連接套筒是目前預(yù)制拼裝下部結(jié)構(gòu)較常采用的一種連接方式，其作用是將一根鋼筋的力傳遞至另一根鋼筋。全灌漿套筒一端為預(yù)制安裝端，另一端為現(xiàn)場(chǎng)拼裝端，套筒中間設(shè)置鋼筋限位擋板，套筒下端設(shè)置壓漿口，套筒上端設(shè)置出漿口。半灌漿套筒的鋼筋機(jī)械連接端為預(yù)制安裝端，另一端為現(xiàn)場(chǎng)拼裝端，套筒下端設(shè)置壓漿口，上端設(shè)置出漿口。

裝配式混凝土渡槽預(yù)制節(jié)段的連接方式可根據(jù)結(jié)構(gòu)形式、施工條件等因素參考表2 確定。

表2 裝配式混凝土渡槽預(yù)制節(jié)段的常用連接方式及適用范圍參考表

圖5 承臺(tái)節(jié)點(diǎn)連接示意圖一

圖6 承臺(tái)節(jié)點(diǎn)連接示意圖二

施工工藝流程如下：

①預(yù)制管樁在工廠生產(chǎn)檢驗(yàn)合格后，運(yùn)輸至施工現(xiàn)場(chǎng)使用打樁機(jī)打入指定位置。

②將預(yù)制承臺(tái)吊裝至管樁上方，調(diào)整承臺(tái)的坐標(biāo)及標(biāo)高。

③在預(yù)制承臺(tái)預(yù)留的圓形洞口中插入U(xiǎn) 形鋼筋，錨入預(yù)制管樁中間部位。

④在預(yù)制承臺(tái)預(yù)留的圓形洞口中澆筑混凝土至第二層鋼筋上25 mm 左右，找平。

⑤養(yǎng)護(hù)3～5 天后，將預(yù)制排架柱吊裝至預(yù)制承臺(tái)預(yù)留的圓形洞口中，預(yù)制排架柱與預(yù)制承臺(tái)錨固部位需設(shè)置四棱臺(tái)抗剪鍵槽，調(diào)整好預(yù)制排架柱位置和標(biāo)高后，用鋼絲繩等臨時(shí)固定設(shè)施固定排架柱。

⑥在預(yù)制承臺(tái)洞口澆筑二次細(xì)石混凝土，待混凝土強(qiáng)度達(dá)到要求拆除臨時(shí)固定設(shè)施。

3）預(yù)制拱肋連接技術(shù)。預(yù)制拱肋拆分為兩片預(yù)制，吊裝和安裝時(shí)受力為三鉸拱，采用現(xiàn)澆連接時(shí)受力為兩鉸拱，兩片拱肋連接段及拱肋與墩身連接段采用活性粉末混凝土（或者UHPC 高性能混凝土）濕接縫連接（見圖7），活性粉末混凝土具有很好的致密性，可對(duì)鋼筋形成很好的握裹作用，大幅減少鋼筋需要的錨固長(zhǎng)度。當(dāng)鋼筋的搭接采用U 形鋼筋時(shí)，其搭接長(zhǎng)度可以進(jìn)一步減少。當(dāng)采用U 形鋼筋的搭接時(shí)搭接長(zhǎng)度應(yīng)大于12 倍縱向主筋的直徑。

圖7 UHPC 拱頂連接示意圖

拱上預(yù)制排架柱與預(yù)制拱肋采用套筒灌漿連接。

3.3 施工方案

1）預(yù)制梁場(chǎng)及便道施工：構(gòu)件預(yù)制場(chǎng)設(shè)置在渡槽出水口附近，租地約4 900 m2，施工營(yíng)地租用預(yù)制場(chǎng)旁的已有建筑，設(shè)置實(shí)驗(yàn)室、辦公區(qū)及住宿區(qū)。構(gòu)件預(yù)制場(chǎng)與施工現(xiàn)場(chǎng)由場(chǎng)外道路相連，運(yùn)距約150 m。場(chǎng)內(nèi)便道設(shè)置在槽位上游，標(biāo)準(zhǔn)寬度為10 m，總長(zhǎng)約310 m。水中便道標(biāo)高43.59 m，墩間設(shè)置3 處過水涵管。預(yù)制場(chǎng)內(nèi)配備承臺(tái)、拱架、排架、槽身模板各1 套，除槽身外模為鋼模外，其他均為塑料模。湘潭冬季低于0 ℃時(shí)間約10 天，應(yīng)考慮梁場(chǎng)混凝土冬季保溫施工。

渡槽基礎(chǔ)為PHC 管樁，單樁承載力1 050 kN，持力層為強(qiáng)風(fēng)化砂礫巖，樁長(zhǎng)（3～7）m。采用專用打樁錘插打，當(dāng)遇孤石時(shí)，采用孔內(nèi)引孔法壓樁。

2）擴(kuò)大基礎(chǔ)及墩柱施工：水中擴(kuò)大基礎(chǔ)、墩柱施工采用土石圍堰筑島+鋼板樁圍堰止水圍堰，岸上擴(kuò)大基坑采用放坡開挖，坡比1∶1.5，混凝土澆筑采用商品混凝土。

3）排柱及拱圈吊裝：排架柱最大重量為25 t，承臺(tái)34 t（單臺(tái)），采用2 臺(tái)130 t 吊裝（一主一副）。半身拱47.7 t，采用2 臺(tái)300 t 汽車吊同時(shí)吊裝拼裝。

4）槽身吊裝或邊跨現(xiàn)澆施工：渡槽首尾槽身采用現(xiàn)澆，其他采用預(yù)制槽身。槽身整體預(yù)制，分片吊裝，15 m 節(jié)重71.6 t，8 m 節(jié)重38.5 t，由兩臺(tái)200 t 汽車吊抬吊吊裝。

5）槽身附屬：本項(xiàng)目槽身單跨長(zhǎng)度為15 m，采用整體預(yù)制，槽身安裝完成后，立即進(jìn)行槽身伸縮縫防水施工，渡槽上方人行道板采用預(yù)制場(chǎng)預(yù)制，運(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng)，依次由槽身出水口向進(jìn)水口方向人工安裝。待人行道板施工完成后，進(jìn)行渡槽欄桿施工。當(dāng)槽身重量太大、常規(guī)吊裝設(shè)備不滿足要求時(shí)，可以采用1/2 預(yù)制方式（見圖8）。槽身頂部如果作為人行通道設(shè)計(jì)有蓋板及欄桿，也可以采用裝配式技術(shù)方案（見圖9）。

圖8 預(yù)制槽身節(jié)點(diǎn)連接示意圖

圖9 預(yù)制槽身及附屬裝配式技術(shù)方案示意圖

4 結(jié) 語

本項(xiàng)目采用全裝配式技術(shù)新方案，研究了基礎(chǔ)、承臺(tái)、排架柱、拱肋、渡槽等部位的裝配式連接方式及構(gòu)造要求，實(shí)現(xiàn)了以空間換時(shí)間快速施工，非常適合目前灌區(qū)改造項(xiàng)目渡槽拆除重建存在的建設(shè)周期短的特點(diǎn)；渡槽建設(shè)期（非灌溉期）一般跨越冬季，對(duì)防水要求高，冬季施工傳統(tǒng)現(xiàn)澆很難保證施工質(zhì)量，而采用裝配式構(gòu)件可以在工廠預(yù)制，有利于保證施工質(zhì)量；綜合上述因素，裝配式技術(shù)在渡槽建設(shè)中值得推廣應(yīng)用。