輸水工程大跨度現澆拱式渡槽施工技術

楊 偉

(自貢小井溝水利工程有限責任公司，四川 自貢 643115)

輸水工程大跨度現澆拱式渡槽施工技術

楊 偉

(自貢小井溝水利工程有限責任公司，四川 自貢 643115)

本工程輸水工程渡槽有矩形、U型、扒地等結構形式,其中拱式渡槽跨度大、高差大、結構復雜,造成施工難度大、質量控制難,對輸水工程建成后安全運行起到關鍵性作用。本文主要針對拱式渡槽拱座基礎承載力要求高、支撐系統的安全穩定系數高、拱脅模板安裝成形質量高、砼澆筑工序和工藝高等特點,闡述基礎處理、支撐系統、混凝土澆筑等施工技術及質量控制方法等,為以后相似工程提供參考。

輸水工程;大跨度;現澆;拱式渡槽;施工技術

1 工程概況

本文中輸水工程拱式渡槽的設計流量9～10m3/s，最大架空高度39～42m，拱座跨度80m，矢跨比為1/4。拱式渡槽主要由承臺基礎、拱肋基礎、標準排架、A型排架、拱肋、拱上排架和上部槽身結構組成。拱肋主要承受軸向推力，拱圈由2片拱肋組成，拱肋厚1.8m，拱肋寬度為0.9m，兩拱肋外邊線距離4.7m，中間加設橫向連系梁，拱肋曲線采用二次拋物線形式，上承式結構，拱圈上部為鋼筋砼排架，排架上部為槽身。

2 施工程序及施工布置

2.1 施工程序

拱式渡槽施工為輸水工程施工的關鍵，其施工程序尤為重要。根據拱式渡槽結構特點，其施工程序為:定位放線→基礎處理→拱肋滿樘架支撐→底模板→拱肋鋼筋制安→側模板支撐→砼澆筑→下一段拱肋施工→間隔槽施工→拱上排架施工→槽身支撐→渡槽外模鋪裝→鋼筋制安→槽身拉桿止水預制件安裝→渡槽120°內模鋪裝→砼澆筑(其余內模隨澆隨安)→附屬設施安裝。

2.2 施工布置

自上而下進行基礎開挖和基礎砼施工，施工完成后主要以拱座及拱肋和拱上排架的施工為主要關鍵路線，排架為施工作業調節面，形成平行交叉作業。施工風、水、電、道路根據現場地形條件，合理布置。如圖1所示。

3 主要施工方法

3.1 土石方開挖

采用自上而下分層通槽臺階式開挖，土方采用1.5m3液壓反鏟挖掘機直接開挖，石方采用淺孔松動爆破開挖。

3.2 拱座及灌漿施工

基礎進行砼找平后進行錨筋施工，然后基礎砼澆筑1～2m，并達到強度后進行固結灌漿，結束后按設計要求將拱座砼澆筑完成。

3.3 拱肋施工

3.3.1 基礎處理

基礎覆蓋土及淤泥清除，并開挖至基巖，對于沖溝及附近范圍基礎無法開挖至基巖的進行基礎硬化。在跨度范圍內的基礎無法滿足開挖至硬基時，將基礎換填，保證承載能力。如圖2所示。

3.3.2 拱肋支撐結構

(1)測量放線。按照拱架放樣圖上支座的坐標，將支座位置測放到墩臺上。測量以渡槽中心線和墩臺中心線2條基線為基準。先測出上下游最外側拱架片的中心線，再測出最外側2拱架片的支座中心位置，然后測出其余拱架片支座中心位置。

圖1 拱式渡槽立面布置

圖2 拱式渡槽跨沖溝過流及基礎硬化示意圖

(2)支撐結構及計算荷載。因拱身跨度及離地高度較大，采用滿堂紅鋼管架支撐外加纜風繩進行加固。首先將拱肋基礎范圍內分臺階開挖至硬基巖，并在地勢平坦處澆筑8m×2m寬，30c m厚C 20砼條形帶，便于度汛。鋼管架搭接過程中，預留鋼管爬梯、操作平臺，便于人員上下及作業，鋼管架兩側及分層掛安全網防護。

拱身支撐結構中拱架的設計計算最為重要，直接關系施工安全，也是施工質量控制重點，具體過程如下:①拱架的計算荷載考慮拱圈自重、模板、墊木、拱架與拱圈之間各項材料的自重、拱架自重、施工人員、機具重力、橫向風力。計算荷載選擇:選取單排立柱，以平面桿件體系計算;立桿自由長度取大橫桿的間距，兩端視為鉸接;頂端小橫桿按連續桿計算;考慮作用在拱架上的豎直荷載，不考慮水平力和風力。荷載布置:主拱圈為肋拱，肋寬較窄，每根頂端小橫桿下布置10根立桿，作用在小橫桿上的荷載按集中力荷載考慮。頂端小橫桿按七跨連續梁計算。小橫桿把荷載以連續梁支反力形式傳給立桿，立桿按兩端鉸接的受壓桿件計算。承重架搭設:通過荷載計算、分析，確定承重架搭設參數，立桿間距與剪刀撐，腳手架底部(排)高度1.5m，其余步距不大于1.8m，腳手架立桿縱距0.6m，橫距0.6m。剪刀撐按水平距離不大于9m，角度在45°～60°上下，左右連續設置剪刀撐(每間隔4排立桿進行設置)，并延伸到頂部橫桿以上。立桿須采用對接扣件進行連接，對于承重架頂部立桿無法采用對接扣件的部位，可采用十字扣件進行搭接，但豎向方向頂部應采用雙抱箍施工。架體內封閉，拱肋沿曲線2片拱肋外部操作平臺鋪設平臺，施工層及以下每隔3步和底排內立桿應用密目網或其它措施進行封閉隔離。通道、腳手架外側應設來回之字形斜道，形成轉角平臺，設防護欄桿、掃地桿，內設密目網封閉。對基礎的要求，搭設承重架前將搭設部位的表土全部進行清理，落在堅硬巖石上，下部墊水平傳力墊塊。②拱頂預拱度按經驗估算:δ=l2/5000*f，設置預拱度時，拱頂處應按全部預拱度總值設置，拱腳處為零，其余各點可按拱軸線坐標高度比例或按二次拋物線分配。按二次拋物線分配時的計算方法，公式為:δ x=δ (1-4x2/l2)，式中:δ x-任意點(距離為x)的預加高度，m;δ-拱頂總預加高度，m;l-拱圈計算跨徑，m;x-跨中至任意點的水平距離，m。

(3)拱架的卸落。為使拱架承受的荷載平穩地傳授給拱圈，拱架的落架順序需從拱頂到拱腳、兩邊對稱橫向同步落架。落架的同時應加強對拱肋變形觀測。

3.3.3 拱肋鋼筋、模板安裝

(1)拱圈放樣。拱圈和拱助采用坐標法放樣。首先在搭設的承重架立桿上根據測量的拱底曲線和軸線按照每米一個斷面進行放樣，以紅油漆標識在立桿上，并依據此曲線線形和高程控制點用預先做好的弧形鋼管沿標記點形成4道弧形鋼管拱圈，再據此拱圈對立桿進行調整，并依據底模所采用的材料厚度進行底模以下的支架系統的模板線放樣。

(2)拱肋鋼筋、模板。所有鋼筋按照二次拋物線對主筋進行放樣后在加工廠制作，汽車運至施工作業面，塔式垂直提升，人工綁扎。拱肋的主鋼筋提前將鋼筋端頭預埋入墩臺混凝土中，鋼筋接頭應錯開，為適應拱助在澆筑過程中的變形，拱肋的主鋼筋接頭在間隔縫中設置。

拱肋模板底摸厚度根據弧形木或橫梁間距的大小來確定，厚度為5c m。為使側向放置的模板與拱圈內弧線圓順一致，預先將木板壓彎。拱肋側面模板，預先按樣板分段制作，然后拼裝在底模板上，并用拉木、螺栓拉桿及斜撐等固定。安裝時，先安置內側模板，等鋼筋入模后再安置外側模板。模板在適當長度內設一道變形縫，縫寬約2c m，以避免在拱架沉降時模板間相互頂死。處于拱軸線較陡區段的拱段，應設置拱肋蓋板?；炷练謩e達到設計要求強度后，拱肋模板先拆側模，后底模。

(3)拱肋及聯系梁澆筑。為使拱架變形保持均勻和盡可能最小，拱肋混凝土澆筑采取分段對稱澆筑。根據拱長，劃分7塊，分4次對稱澆筑，首先澆筑塊1、塊2，以防止拱頂模板上翹、拱架變形，其次對澆筑塊3進行施工以起到壓重作用，最后進行塊4澆筑。具體如圖3所示。

混凝土設計強度達到70%以上才能澆筑下一段。現場采用2臺塔機運輸入倉，各區段拱肋間橫向聯系梁與拱肋同時施工，入倉速度及入倉方量2區段基本一致。填充間隔縫混凝土應由兩拱腳向拱頂對稱進行，拱頂及兩拱腳間隔縫應在最后封拱時澆筑。

圖3 拱肋澆筑分塊示意圖

3.4 拱上排架施工

拱上排架應在拱肋混凝土強度達到設計強度85%后開始施工，排架高度在拱頂高程以下的部分從兩拱腳向跨中對稱進行，排架高度在拱頂高程以上的部分從跨中向上下游側對稱澆筑。渡槽排架形式有單排架、A型排架，采用 C 20鋼筋混凝土結構。排架模板主要采用組合鋼模板，螺桿對拉，井架支撐。鋼筋制安同拱肋基本一致，混凝土分層以一個橫梁為分層高度。

3.5 拱上槽身施工

拱上槽身混凝土在拱上排架混凝土強度達到設計強度后進行。澆筑從拱肋跨中開始向上下游側對稱澆筑。每跨槽身混凝土應一次連續澆完。渡槽槽身采取搭設滿堂腳手架作為支撐，承載施工荷載。槽身除槽端采用定型鋼模外，其余均采用組合鋼模板，現場拼裝，鋼管作圍檁，先安外模后安內模。模板固定采用內頂外拉法，并用剪刀撐連成整體。鋼筋制安同拱肋基本一致?；炷翝仓柘葷不⌒蔚?20°范圍，其余的隨內模邊安裝邊澆筑。澆完后及時灑水養護。如圖4所示。

4 結語

渡槽工程是輸水工程的施工重點，而拱式渡槽更為重中之重，直接關系著輸水工程長期運行安全，必須嚴格控制各道工序施工質量。為此，拱式渡槽施工前，必須保證下部基礎處理施工質量，尤其是拱下支撐系統施工質量;混凝土施工過程中，一定要嚴格執行科學的分段、對稱澆筑等施工順序、施工工藝，確保施工安全。輸水工程拱式渡槽施工可根據不同的地質、地形條件、跨度、高度、功能進行調整，本工程施工方法可為相似工程提供參考。

圖4 渡槽拱上槽身支撐示意圖

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T V 672+.3

B

1008-1305(2016)05-0119-04

10.3969/j.issn.1008-1305.2016.05.041

2016-05-07

楊 偉(1981年—)，男，工程師。