張峰水庫輸水總干渠多跨連續肋拱結構施工技術

蔣斌，楊玉銀

(1.中國水利水電第五工程局有限公司第一分局，四川成都 610066;2.中國水利水電第五工程局有限公司安全監察部，四川成都 610066)

1 概述

拱形結構在我國有著悠久的歷史，隨著節約型經濟和結構技術的日益發展，拱形結構也得到了廣泛的應用。筆者結合張峰水庫輸水總干Ⅶ標12#(林村河)渡槽五跨連續雙肋拱排架渡槽的成功施工，對多跨連續肋拱結構施工進行了總結。

2 工程概況

張峰水庫輸水總干Ⅶ標12#(林村河)渡槽位于沁水縣端氏鎮曲則村林村河上，渡槽設計流量為2.49 m3/s，設計縱坡為 1/1 000，全長 288 m，最大高度38 m，跨度40 m，矢跨比1/5，其結構形式見圖1。渡槽采用等截面大跨度連續肋拱排架“U”型薄殼渡槽型式，肋拱斷面采用兩根斷面為60 cm×80 cm鋼筋混凝土拱橋，肋上設40 cm×60 cm排架，排架高6～12 m，排架上部為15 cm厚“U”型薄殼渡槽。12#渡槽(林村河)立面見圖1。

圖1 12#渡槽(林村河)立面圖

3 施工程序及其穩定性分析

結合渡槽肋拱采用兩根60 cm×80 cm(寬×高)、凈間距1.3 m的拱形斷面，建筑平面投影面寬度僅為2.5 m，且渡槽位于河床區的長度達210 m。該建筑具有高度大、橫斷面小、縱斷面長的線性特點，肋拱混凝土要求將封拱溫度控制在5℃～20℃，有效作業時間短。根據歷史氣溫記錄，必需在4～6月份完成全部肋拱封拱澆筑任務。

首先，對渡槽橋墩施工期穩定性進行分析，現場取最不利荷載組合進行施工荷載組合。最不利荷載組合為完成單跨肋拱混凝土澆筑，拆除肋拱下部腳手架，完成肋拱上部排架混凝土澆筑和完成上部渡槽槽身混凝土澆筑后再轉入下一跨肋拱澆筑。

經計算，其主要參數為:

(1)靜荷載:①肋拱混凝土重2 662 kN;②模板荷載180 kN;③上部腳手架荷載153 kN;④架板荷載 48.5 kN。

(2)動荷載:①振搗荷載按2 kN/m2計入;②施工人員及設備荷載按1 kN/m2計入。

墩身穩定計算:根據現場情況，采用5跨連續拱結構形式，其混凝土墩埋深較淺，僅4 m左右，因此對其進行了抗傾覆穩定性計算，其計算簡圖如圖2所示。

圖2 計算簡圖

經計算:M推=26 143 kN·m;M重=21 848 kN·m。

因M重＜M推，故在完成槽身混凝土澆筑狀態下再進行下跨施工勢必造成墩身失穩，因此，渡槽施工時在沒有進行下跨拱受力平衡時不能進行槽身混凝土澆筑。

根據該受力情況，進行不澆筑槽身混凝土狀況下的受力分析，經計算:其M推=17 080 kN·m;M重=21 535 kN·m。在該種施工荷截條件下M重＞M推，施工期安全穩定。

根據以上計算及分析，最終決定渡槽施工采取從兩個邊跨向中間跨推進施工，首先完成肋拱及拱上排架混凝土澆筑，待全部五跨肋拱封拱后，再進行槽身混凝土澆筑的施工方案。

4 施工方法

4.1 施工腳手架搭設的施工方法

4.1.1 肋拱及排架腳手架搭設方案

該建筑腳手架搭設具有高度大、斷面小、長度長的線性特點。擬采取碗扣式腳手架結合扣件式腳手腳方案進行搭設，按照最小斷面、最大搭設高度進行腳手架荷載驗算和安全性驗算，計算斷面如圖3所示。

(1)永久荷載(恒荷載)。① 腳手架結構自重:4.4 kN/m2;② 腳手架板等(竹串腳手板):0.35 kN/m2;③ 混凝土荷載:24 kN/m。

(2)可變荷載。① 施工荷載(均布荷載):3 kN/m2;②風荷載(作用于腳手架上的水平風荷載):=0.397 6 kN/m2;③ 腳手架風荷載體型系數:陣風系數1.64;④ 模板荷載;1.3 kN/m2;⑤ 振搗荷載:2 kN/m2;⑥施工人員及設備:1 kN/m2。

圖3 計算斷面示意圖

經過對其腳手架縱、橫向水平桿荷載、立桿荷載、風荷載對立桿產生彎矩值、立桿軸向力、立桿穩定性、縱向水平桿、橫向水平桿穩定性、斜桿受力、地基承載力等受力情況進行分析及計算，其受力均滿足結構安全要求，因此，采取了如圖3斷面型式進行腳手架搭設，并根據規范設置纜風繩。

4.1.2 肋拱腳手架搭設方法

肋拱碗扣式腳手架的搭設按照碗式腳手架的標準間距確定好底基層立桿并用兩層橫桿鎖定，然后用水準儀進行可調底座調平，調平后將各碗扣接點扣死，達到平面水平、立面垂直，經水準儀、經緯儀進行底層驗收后方可進行下層立桿接長。在施工中隨時檢查腳手架的垂直度，搭設時，及時對每個節點進行檢查，發現構件有損壞或變形的及時進行更換，特別是立桿有彎曲和碗扣破損的現象一律不得使用。采用扣件式管架搭設剪刀撐，剪刀撐必須隨架體搭設進度同步，立桿在水平方向按50%錯開接頭，腳手搭設至纜風繩高度時立即按施工方案要求采用纜風繩加固，加固完畢再行進行加高。

4.1.3 拱上腳手架搭設方法

肋拱上部扣件式腳手架搭設(圖4)。該部位腳手架采用扣件式鋼管架，其搭設待拱底模拆除后開始進行搭設，搭設時要求首先進行拱部位的抱箍鋼管搭設，以確保架管牢固附著于拱上，有效的把架管上部的受力傳遞于拱上，然后將拱上腳手架起到與拱頂齊平高程時開始拆除肋拱底部架管，并順利完成作業面上移。拱上扣件式腳手架搭設時要緊扶已澆筑好的排架(墩上排架)，待其達到排架頂部時即開始搭設斜撐平臺鋼管，架好通道。

圖4 拱上腳手架搭設簡圖

腳手架的拆除。不論是扣件式腳手架還是碗扣式腳手架，拆除時均要求按照拱受力的特點左右對稱拆除。左右兩側同時由高向低逐層拆除，杜絕單面或不均勻拆除。

4.2 肋拱施工方法

因肋拱封拱溫度需控制在5℃～20℃。根據施工時段開兩個作業面同時開展，即從渡槽兩個邊跨向中間跨推進施工，肋拱混凝土澆筑采用“滿堂紅”腳手架支承組合鋼模板分跨進行澆筑，JS500拌和站集中拌制混凝土，農用自卸汽車將混凝土水平運輸至作業面下部，由人工轉入膠輪車，門架升降機進行垂直運輸，人工推膠輪車溜筒入倉，人工平倉，φ50振搗棒振搗密實。由于肋拱長度為44 m，為防止從拱腳澆筑造成拱軸線變形或位移，因此，對每跨肋拱混凝土共分為5個倉位，分序進行澆筑，分倉情況見圖5。先拱腳部Ⅰ部，Ⅰ部澆筑完成后澆筑頂部Ⅱ部。為防止桿件混凝土產生收縮裂縫，待Ⅰ、Ⅱ部混凝土澆筑完成14 d后進行Ⅲ部澆筑，最后進行封拱澆筑，將封拱混凝土的澆筑溫度控制在設計要求的溫度時段進行。拱圈澆筑完成后7 d左右進行側墻模板拆除，待混凝土強度達到設計強度時進行底拱模板拆除。模板拆除時，先由頂拱拆除，然后逐漸、平行均勻拆除。

圖5 肋拱分序澆筑分倉圖

4.3 排架及槽身施工方法

當肋拱混凝土強度達到設計強度的70%或拱圈合攏超過10 d后開始澆筑排架混凝土。排架采用分段法施工，每段以排架橫梁頂部以上30 cm為一澆筑分層段，以每跨肋拱為單元搭設鋼管架施工平臺，待排架混凝土澆筑完成7 d后開始進行槽身混凝土澆筑。根據拱形受力的特點，為防止拱的不均勻受力給拱造成破壞，排架及槽身混凝土澆筑采用同跨肋拱左右對稱的澆筑方案進行澆筑。

5 經驗及總結

多跨連續拱在施工過程中結構受力較為復雜，施工期荷載特別是施工期拱圈自身受力以及對下部橋墩結構的穩定至關重要。因此，首先要求按施工過程中最不利荷載組合進行計算，確定出拱形以上最大施工荷載及總體施工方案，然后依據總體施工方案進行各細部施工方案的制定，拱上部結構的施工基本方案為同一拱跨左右對稱上升，不得非對稱上升，以免發生拱受力不均引起施工腳手架受力不均而變形造成工程事故。對于多跨連續拱渡槽施工，其關鍵是分析各個施工階段的受力并采取相應的措施，確保施工安全。