淺談南水北調工程大型排水渡槽槽身施工

□張世雷（河南省水利第二工程局）

1.工程概況

南水北調中線工程鄭州2段第三施工標段3座渡槽槽身段的上部結構均為預應力混凝土多縱梁矩形雙槽結構，下部結構為薄壁墩支撐，鉆孔灌注樁基礎。槽身斷面底寬11.5m，單槽孔口寬度5m。混凝土強度等級為C50。

排水渡槽主要由槽身段、落地槽段、連接段、上游進口段和下游消能防沖段等五部分組成，建筑物全長228.4m。其中槽身段長110m，上部為預應力混凝土多縱梁矩形單槽結構，孔口尺寸（寬×高）10m×2m；下部結構為薄壁墩支撐，鉆孔灌注樁基礎。

2.施工規劃

每節槽身的一期混凝土澆筑擬采用一次成型的方式進行（即槽底板和槽壁側墻同時立模和澆筑），在強度達到設計要求后及時完成預應力施工。如此完成槽身后，再統一進行節間止水及后澆帶的施工。

槽身底板模板以竹膠板為主（以適應后期張拉變形），槽壁內外模均采用定制的專用大鋼模板為主（在后期張拉時先行拆除）。

3.槽身混凝土施工

3.1 承重基礎處理

每跨槽身下部回填素土（分層回填、壓實）均回填至與墩帽頂平齊，在經歷了一個汛期的預沉降后在上部結構槽身混凝土施工前，依據上部結構施工時的荷載組合（以杏園西北溝渡槽為例，3座渡槽中荷載最大）及對回填土層（地基）承載力的驗算情況，再確定梁底承重基礎的設置，以滿足上部結構支立模板和承受上部全部荷載的需要。

3.1.1 回填土層（地基）承載力驗算

3.1.1.1 梁跨方向單位長度恒荷載

模板自重

聯結件自重

混凝土及鋼筋自重

[1]～[3]項合計：

3.1.1.2 活荷載計算

活荷載為施工荷載標準值與振搗混凝土時產生的荷載：

由（1）、（2）得，梁底單位長度豎向荷載標準值為:

3.1.1.3 回填土層承載力驗算

式中：N—上部結構傳至基礎頂面的豎向荷載 (kN)，為85.91kN/m；

A0—梁底回填土層計算面積，取0.8×1.0=0.8m2；

kc—地基承載力調整系數，考慮為新填素土，取0.5;

[fa0]—地基承載力基本容許值(kN/m2)。

本工程建基面處大多為黃土狀輕壤土或黃土狀輕粉質壤土，地基承載力基本容許值分別為165kN/m2和185kN/m2。本案例中采用[fa0]＝165kN/m2進行驗算。

則，N/A0=107.39kN/m2＞ Kc×a0=82.5kN/m2，不滿足要求。

3.1.2 承重基礎設置

為滿足上述承載力的要求，擬在縱梁下部回填土層頂面上增設C15混凝土基礎（寬1.2m，厚20cm）以提高其承載力。

承重混凝土基礎底壓力驗算

N/A≤Kc·fa0

式中：A—混凝土基底計算面積，取1.2×1.0=1.2m2；

其它參數含意同前式。

N/A=85.91/1.2=71.59kN/m2，Kc·fa0=0.5·165=82.5kN/m2則，N/A=71.59kN/m2＜Kc·fa0=82.5kN/m2，故滿足要求。

3.2 槽身模板及支撐系統

3.2.1 模板及支撐系統規劃

槽身底部回填分層夯實后，澆筑一道C15碎石混凝土墊層（梁底厚15cm，其它部位厚7cm），墊層上設枋木（15cm×15cm、間距30cm）支撐槽底模板。

槽壁內外模采用定制的大鋼模板，配以對拉螺栓和鋼管腳手架支撐系統。槽身每面內模支撐于槽身底板中設置的支撐鋼筋（25Φ25@600）上，內模位置由頂撐鋼管支撐系統及花籃螺栓調節固定。

槽身底板及梁底內側模均采用優質竹膠板現場加工制作、安裝。梁底及內側模板直接支放于梁底支撐枋木上，槽身底板模板支放于鋼筋架及枋木構成的支撐系統上（支撐鋼管架按60cm×80cm的方格網布置）。

按照《水電水利工程模板施工規范》DL/T5110-2000規定，模板起拱高度宜為全跨長度的1/1000～3/1000。為了保證槽身在施工時的變形要求，槽身底模施工時全長按二次拋物線設置預拱度，最大起拱高度按40mm控制，其它各點預起拱高度按以下公式進行計算：

y=-4.625×10-7x2+40

（坐標原點定在梁跨度的中點，單位：mm）。

對拉螺栓的兩端和支撐內模鋼筋的頂端設錐形連接頭，同時在對拉螺栓和支撐鋼筋的中部加焊一道鋼片止水。

3.2.2 模板安裝

地基經夯實處理后，先安裝底模系統，底模驗收合格后，方進入側模等工序施工。側模經清除污垢涂上脫模劑后，先安裝兩側外模，接著進行支座、鋼筋和穿束預應力波紋管安裝，待支座、鋼筋和穿束波紋管工程驗收合格后，再立內側模。內側模的定位主要由附屬在側墻鋼筋上的止頭鋼筋進行控制，在頂部由鋼管卡具進行控制。

為保證槽身混凝土表面不因拆模遭受損傷，混凝土須達到80%的設計強度后方可拆除側模。模板拆除后，再取掉錐形頭，并割除鋼筋絲頭。

鋼模板在每次拆除后，使用手持式電動刷清理板面，清理干凈后涂刷一層脫模劑（新機油），每次使用前對出現銹點部位進行清理，涂刷脫模劑，以減少鋼模板與混凝土面的吸附力，保證混凝土的表觀質量。

3.2.3 對拉螺栓及支撐筋的處理

為確保水流不沿拉結螺栓或支撐筋外滲，拆模時不得振動對拉螺栓，對拉螺栓中間必須設置一道φ50的止水鋼片，且止水片必須與拉筋滿焊，嚴防水流沿止水片與拉筋間的空隙處滲漏。

3.3 槽身混凝土澆筑

3.3.1 材料選用

槽身采用C50混凝土，對砂、石骨料的強度、顆粒級配、粒徑以及坍落度都有較高的要求。由于槽身體積大，每節槽身混凝土達224m3，且槽身墻體較薄，加之波紋管、拉結筋分布較密，在混凝土澆筑時倉內平倉困難。因此，在做C50混凝土配合比試驗時，要求選用流動性大，和易性好的一級配混凝土（石子最大粒徑為20mm），以滿足入泵坍落度140～160㎜的要求。

3.3.2 混凝土澆筑

槽身混凝土澆筑采用水平分層法進行。底板分二層施工，第一層僅澆筑至底板（未含縱梁）頂層鋼筋以下10cm處，第二層才將底板及縱梁澆筑完畢。側墻按50cm水平分層對稱澆筑。

混凝土振搗方式采用2.2kW的插入式加長振搗棒進行振搗。為防止波紋管受損，縱梁混凝土施工時，采用局部區域分層法進行施工。先澆至波紋管底部，在振搗密實后再覆蓋波紋管，將縱梁澆筑完畢。

混凝土的振搗是混凝土質量的關鍵，欠振或超振或拔棒過快都將產生質量缺陷，嚴重的將產生質量事故。因此，在混凝土振搗時一定要合理掌握振搗時間。對于插入式振搗器，振搗結束的最佳時間是混凝土表面已泛漿且氣泡不再冒出的那一瞬間。振搗過程中不得觸及鋼筋、波紋管和模板。

3.4 預應力施工

本工程預應力鋼束采用標準GB/T5224－2003φS15.2mm高強低松弛鋼鉸線，fptk=1860MPa；錨具采用YJM15-7型錨具及其配件，與之相配套的張拉設備采用YCK1500型千斤頂；波紋管采用Φ70金屬波紋管。張拉控制應力σcon=0.75fptk=1395MPa。

張拉施工前需要完成槽身內預留孔道、編束、制錨、穿束和張拉機具設備的準備工作。

穿束前應全面檢查錨墊板和孔道，錨墊板應位置正確，若錨墊板移位，造成墊板平面和孔道中軸線不垂直時，應用楔形墊板加以糾正；孔道內應暢通，無水分和雜物，孔道應完整無缺。制好的鋼絲束應檢查其綁扎是否牢固、端頭有無彎折現象；鋼絲束按長度和孔位編號，穿束時核對長度，對號穿入孔道。

3.4.1 鋼絞線編束和穿束

3.4.1.1 下料：鋼絞線下料時，宜用砂輪鋸切割，若用氣割或電焊切割，應保證切口至夾片夾持部位之間的距離不少于10cm，以防加熱降低鋼絞線機械性能。下料長度參照各渡槽預應力鋼束構造圖中鋼鉸線材料表所示“下料長度”，并用下式進行復核，確保每根鋼鉸線的長度滿足要求。

式中：

L孔—孔道長度，以設計長度為準；L錨—工作錨所需長度；L頂—穿入千斤頂內所需最小長度；L安—工具錨及夾片外所需最小長度。

3.4.1.2 編束：鋼絞線編束時需在平坦、干燥且無油污的場地進行，各根鋼絞線盡量放平，不得纏繞，每1.0～1.5m綁扎一道，距束端0.5～1.0m和1.5m處，應加綁一道，以利安裝錨具。

3.4.1.3 穿束：穿束前仔細檢查構件端部的擴孔部分（即喇叭管）的形狀和尺寸，同時檢查波紋管的外表質量，只有上述兩項均檢驗合格后方可穿束。

穿束前采用膠布將鋼絞線束的端頭膠牢，以防捅破波紋管。一切都準備就緒后，用人工將盤卷的鋼絞線束緩緩穿入波紋管內。穿束后的波紋管由人工抬起緩緩穿入波紋管定位支架內，經調整后用20號扎絲固定在支架上，并不得在定位支架上拖動。

3.4.2 預應力張拉

3.4.2.1 預制T梁混凝土立方體強度達到混凝土強度設計等級的85%后，且混凝土齡期≥14d時，方可張拉鋼束。

3.4.2.2 張拉順序：張拉按照“先張拉中肋后兩邊對稱、先張拉底索再張拉上索”的原則進行，對稱鋼束采用兩套設備同時張拉。鋼束張拉時兩端對稱、均勻張拉，采用張拉力與引伸量雙控。兩端張拉達到要求應力后，先錨固一端，另一端補足應力后再錨固。

3.4.2.3 鋼絞線斷絲、滑絲不得超過1根，每個斷面斷絲之和不得超過該斷面鋼絲總數的1%。

3.4.2.4 安裝錨墊板時，應保證錨固面與鋼束垂直。

3.4.2.5 管道壓漿采用C50水泥漿，真空壓漿，并要求壓漿飽滿。為防止水泥漿產生干縮，可摻入一定量的膨脹劑，具體摻入量由實驗確定，以滿足補償收縮為準。3.4.2.6張拉工藝如圖1所示：

圖1 厚張拉工藝示意圖

3.4.2.7 加強對設備、錨具、預應力筋的檢查