1 200 t加肋矩形渡槽槽身整體預制綜合技術

王光輝

(中國葛洲壩集團第一工程有限公司，湖北 宜昌 443002)

鄂北地區水資源配置工程(簡稱鄂北調水)是國務院重點推進、優先實施的172項全局性、戰略性節水供水重大水利工程之一，線路起點在丹江口水庫清泉溝隧洞進口閘，自西北向東南方向延伸，末端在大悟縣王家沖水庫，全長269.34 km。主要建筑物有明渠23.93 km、暗涵30.53 km、隧洞119.77 km、倒虹吸75.85 km、渡槽19.1 km，各類閘閥75座，擴建水庫1座。

孟樓渡槽是本工程中最長的渡槽，設計流量38 m3/s，全長4 990 m，其中槽身段長4 920 m，164跨，每跨長30 m。單槽斷面尺寸：內輪廓6.5 m×5.0 m(凈寬×凈高)，外輪廓 8.7 m×(7.1～6.6) m，底板厚 0.4 m，邊墻厚度為 0.5 m，邊墻頂設寬1.7 m的人行道板；槽身外部設側肋及底肋，橫向墻頂設拉桿，外肋間距1.92 m、寬0.4 m、高0.6 m；底肋寬0.4(0.6) m、高0.8(1.5) m。槽頂拉桿寬0.3 m、高0.4 m，空槽重1 200 t。

自重達1 200 t的加肋簡支矩形渡槽采用整體預制、吊裝工藝施工，在中國水利工程中的應用并不常見[12],目前渡槽預制、安裝作業已全部完成，施工過程安全、快速。為此，現僅就本結構渡槽的現場預制綜合技術，主要包括制槽廠總體布置設計、渡槽預制、安裝技術設計及安全管理4個方面內容作一簡單闡述，供同行參考。

1 預制渡槽廠設計

1.1 場地布置

當前中國預制渡槽架設一般采用輪胎式汽車吊機、龍門吊(門式起重機)和架槽機等方式。其中，輪胎式汽車吊機架槽一般適用于槽片數量少、槽體重量輕、施工場地平坦開闊的工程；龍門吊架槽一般適用于施工場地起伏不大、平坦開闊、線路不長的工程；架槽機架槽適用范圍比前兩者廣。

在中國采用架槽機進行渡槽架設的工程往往槽體外形尺寸、重量及規模都比較大，其槽體在場地集中預制，提槽機、運槽車與其配套聯合運行。提槽機布置在場區內。因此，在進行場地布置時要考慮提槽機的運行方式和運行軌跡。場地布置包括鋼筋及預應力鋼筋安裝臺座布置、提槽機軌道布置、模板安裝和拆除及鋼筋安裝用龍門吊軌道布置、制槽臺座區布置、存槽臺座區布置、鋼筋加工區及堆放場布置、混凝土生產系統場地布置以及槽體養護系統布置等(見圖1)。

圖1 制槽場總體平面布置圖 單位：m

1.2 附屬工程設計

附屬工程主要包括進場道路、施工供水供電、設備軌道、鋼筋安裝臺座、制槽臺座、存槽臺座、排水系統、拌和系統以及生產生活、辦公用房等。道路設計要滿足通行能力、方便、經濟的原則；水電供給以滿足施工需要為原則；鋼筋安裝臺座、渡槽制作臺座、存槽臺座，需要滿足鋼筋施工、模板施工以及預應力施工、提槽機作業要求；拌和系統設計要考慮粉料及地材供貨能力、混凝土拌制質量及生產強度、滿足混凝土出機口溫渡要求所需設置的制冷系統等[1]。

1.3 制槽廠生產能力設計

生產能力設計是制槽廠設計的重要內容，關系到整個工程項目的順利實施。制槽場設計時，應根據項目總工期、渡槽結構特點、整個施工過程各工序、各環節情況、施工環境以及員工技術水平等因素，先測算制槽過程各工序時間，根據測算結果，計算鋼筋安裝占用鋼筋臺座時間、模板及槽片占用渡槽制作臺座時間、預應力及拉桿梁施工和混凝土齡期要求占用存槽臺座時間，根據各環節占用臺座的時間，得出臺座與模板的配套系數(單套模板能滿足幾個臺座的施工)、單個臺座的使用頻次和月生產能力。

根據場地布置的臺座總數可計算出制槽廠的生產能力。通過生產能力情況，再結合總的施工計劃安排，測算工期，然后對臺座總數進行調整，以滿足業主工期的要求。

通過現場生產實踐，設計布置的6個制槽臺座(配6套底模、4套側模)、18個存槽臺座、2個鋼筋臺座，月生產能力平均能完成8榀渡槽的制造，滿足總進度計劃要求，表明設計布置數量是合理的。

2 渡槽預制技術

2.1 模板設計

從渡槽預制角度講，模板設計屬于施工設計內容，同時涉及到施工投入問題。由于周轉次數多，外觀質量要求高，預制渡槽模板采用鋼模板。

由于加肋渡槽外形結構復雜，內外面折線多，三向預應力張拉端錨固槽密集，且整個槽身需一次性澆筑成型，模板整體穩定性要求高、安拆工作量大，因此，設計時應充分考慮模板的施工難度。在模板分幅分塊、連接、加固以及整體穩定性等方面進行重點分析和研究，以方便安裝和拆模，避免拆模時造成渡槽表面的損壞[5,8]。

根據現行規程規范要求，通過設計計算，槽身底板及底肋底板和側面采用55系列模板，面板為5 mm鋼板，邊框及肋筋為5 mm鋼板；槽身側墻模板采用86系列模板，面板為6 mm鋼板，邊框及肋筋為8 mm扁鋼；主龍骨(背楞)為雙向10號槽鋼，內置背楞為8號槽鋼；槽身加肋處模板采用端包側、底包側結構，模板豎向、橫向分模按加強肋結構配置，以方便施工周轉(見圖2)；渡槽封端模板與側墻模板所用材料相同。

圖2 槽身模板圖片

2.2 整體預制施工工藝設計

渡槽預制工藝主要包括鋼筋、模板、混凝土及預應力施工等重點工作。對于本工程渡槽預制施工將經歷鋼筋加工、鋼筋(預應力筋)安裝、模板安裝、混凝土澆筑、蒸汽養護、模板拆除、預應力第一階段施工作業、出槽、預應力第二階段施工作業、預應力孔道灌漿及張拉端封錨、灑水自然養護、槽頂拉桿施工等環節(見圖3)，設計了鋼筋加工廠、鋼筋(預應力筋)制安臺座區、槽身制作臺座區、存槽臺座區，不同的工序作業均在不同的制作區(廠)完成，能有效避免槽身施工過程中的交叉作業；作業人員分工明確、責任清晰、管理有序，提高了渡槽施工速度，加快了工期，優化了安全管理，且保證了渡槽的施工質量。

各個功能區之間的銜接采用施工技術手段能實現工廠式流水作業，有效提高施工效率：

(1) 鋼筋加工廠緊鄰鋼筋(預應力筋)制安臺座區，通過人工搬運等方式實現兩者之間的連接；

(2) 鋼筋(預應力筋)制安臺座區通過龍門吊實現對整個鋼筋骨架籠體的吊移，實現與制槽區的銜接；

(3) 制槽區與存槽區的銜接通過提槽機來完成。

渡槽預制施工過程中應嚴格控制鋼筋、預應力筋、模板安裝精度，做好模板的清面、刷脫模劑以及維護保養工作。

由于渡槽側壁面折線較多、張拉端加強鋼筋網及錨固槽密集，除滿足一般混凝土施工工藝外，要格外注重混凝土拌和質量及振搗控制，采用附著式和插入式相結合的方法。

蒸汽養護嚴格按照方案設計進行控制，確保槽體混凝土強度的正常發展，避免裂縫的發生[11]。

預應力施工設計時，要注意掌握設計文件的要求和預應力設計參數，明確張拉順序并需詳細計算各束鋼絞線的張拉力和錨固伸長值。

圖3 渡槽整體預制施工工藝流程圖

2.3 鋼筋骨架整體入模技術設計

在鋼筋制安臺座區按設計藍圖完成單跨渡槽鋼筋以及預應力筋預綁扎、安裝工作，形成完整的渡槽鋼筋骨架籠。很明顯，這項施工設計的主要內容是制槽廠龍門吊及其配套裝置。

龍門吊是一個大型起重設備，其設計驗算必須嚴格。當采用廠家定制時，設計計算由廠家負責；施工現場要對所采用的特制吊具(吊點)進行設計計算，確定吊具的結構形式及材質。

2.4 渡槽蒸養方案設計與實施

對采用蒸汽養護的預制渡槽來說，蒸汽養護是一道關鍵的施工工序，應進行系統的方案設計。通過系統設計,合理擬定參數,對所需要的鍋爐、管道及養護棚等設施的相關數據進行詳細計算[1-2]；嚴格蒸汽養護工藝標準及過程控制，保證渡槽蒸養質量；同時鍋爐的使用應滿足安全、環保要求。

渡槽混凝土澆筑完畢后4～6 h，開始采用蒸汽養護方法進行混凝土養護，開始養護前，對制槽臺座用養護棚封閉，蒸汽養護時間30 h左右，養護分4個階段進行：靜停階段→升溫階段→恒溫階段→降溫階段。

(1) 靜停期：槽體混凝土澆筑完畢至混凝土初凝之前的養護期為靜停期。靜停期間保持棚內溫度不低于5 ℃，澆筑完4～6 h后方可升溫(夏季為4 h，冬季為6 h)。靜停期可向棚內供給小量的蒸汽，將棚內溫度控制在20 ℃以內(冬季)。

(2) 升溫期：溫度由靜停期升至規定的恒溫階段為升溫期。前2 h升溫速度控制在6～8 ℃/h，之后可放寬至10 ℃/h。

靜停期結束后，向槽體送汽升溫。升溫過程中每10 min觀察溫度、濕度一次，控制升溫速度，并使罩內濕度在90%以上。溫升速率通過溫控系統來監測控制。當養護溫度達到60 ℃時，調整送汽質量，控制棚內的溫度在這種狀態下，開始進入恒溫養護階段。

(3) 恒溫期：恒溫養護期間蒸汽溫度不宜超過60 ℃；恒溫期一般保持10～12 h，具體時間可根據試驗確定。恒溫加熱階段要保持90%～100%的相對濕度。

恒溫期溫度應控制在(60±2) ℃。每小時由控制系統監測一次槽內的溫度、濕度，及時調整蒸汽質量和送汽速度。恒溫結束前，檢測混凝土同條件養護試件的強度，當達到設計強度的85%時，便可進入降溫期。

(4) 降溫期：恒溫結束前，檢測混凝土養護試件的強度，當達到設計強度的85%時，便可進入降溫期。啟動通風系統開始降溫，為防止梁由于降溫過快而產生裂縫，降溫速度控制在10 ℃/h內。停止養護后出倉的槽身溫度與外界的溫度差不應超過15 ℃。

通過設計及生產實踐，現場布置1臺蒸汽蒸發量為6.5 t/h、蒸汽壓力1.25 MPa的生物質低壓鍋爐，能滿足供汽要求。32 m(長)×10.0 m(寬)×9.0 m(高)的整體蒸養棚罩采用型鋼自制而成，使用2臺門機平吊就位和拆離。

2.5 出槽技術設計

出槽是指將渡槽從制槽臺座上吊離到存槽區的施工過程。這項施工設計的主要內容是槽廠專用的提槽機及其配套裝置。

提槽機是由門架、轉向支撐裝置、大車走行機構、起吊機構、吊具、液壓系統、電氣系統及安全裝置等組成的一個大型起重設備，采用廠家定制，其設計計算由廠家負責。

3 架槽技術

3.1 架槽設備選型

針對本工程渡槽預制的總體布置及結構特點，要完成渡槽架設安裝工作，應采用渡槽提運架成套施工裝備。渡槽提運架成套施工裝備由1臺1 200 t提槽機、1臺1 200 t輪軌式運槽車、1臺1 200 t架槽機組成[4]。

(1) ME1200提槽機主要用于制槽場的渡槽搬運、首跨(第3孔)及前兩孔渡槽的架設、向運槽車裝槽，同時還兼運槽車、架槽機的組裝和拆除工作。

(2) DY1200輪軌式運槽車主要用于在已架設好的渡槽頂上完成槽上運槽作業，向架槽機喂槽。

(3) DF1200架槽機架設由運槽車運來的渡槽和完成自身過孔等功能。

(4) 提槽機、架槽機在作業工況時應滿足、實現四點起吊、三點平衡的功能；運槽車運輸過程中應始終能夠保持三點平衡，防止渡槽受扭。

3.2 工況檢算

提運架成套施工裝備使用前要對控制工況下自身結構體受力情況以及渡槽槽體受力情況進行檢算。檢算時，要根據渡槽結構設計及預應力布置情況，檢算最不利工況下渡槽的抗彎強度及主控截面的正應力；要根據過程中的運行工況對施工裝備進行系統、詳細的結構檢算，得出準確的檢算結論，保證使用中的施工裝備以及槽體受力安全[6-7,9-10]。

通過構件的檢算和設計，確定了由門架、走行機構、走行轉向裝置、起升機構和液壓電控系統組成的整個提槽機設備(見圖4)；由運槽車A、運槽車B、管狀結構連接桿、發電機組、駕駛室、電控系統組成的運槽車整體結構；主要由導梁、2臺門式起重機、電控系統和液壓系統組成的整個架槽機結構。采用四點起吊、三點平衡技術，防止渡槽在吊運時發生扭曲。在整個施工期間，結構受力安全、運行平穩。

圖4 提槽機結構圖

3.4 架槽順序及作業程序設計

架槽順序主要受渡槽線路條件、制槽場布置以及周邊環境的關系制約，應找到滿足總工期的架槽施工順序。孟樓渡槽首跨架設在第3孔，按第3孔到最后一孔順序、最后完成第2孔和第1孔的架設。

作業程序設計較簡單，對特定的提運架施工裝備，它的作業程序設計一般都是固定的，設計生產廠家會給出詳細的作業程序圖示。

3.5 提運架施工裝備的組裝及試架

提運架施工裝備進場后，按照總裝設計圖紙分別對其進行組裝，檢查各部分的動作及性能，組裝后的檢查要分項進行并做好記錄。

組裝完畢且檢查合格后，要進行渡槽試吊試架。試吊試架前要編寫試吊試架方案并做好技術交底工作，明確試吊試架方法及目的。試吊試架時成立專門工作小組，整個過程要組織嚴密、控制到位。試架中發現問題，應及時處理。

4 安全管理

(1) 進行預應力張拉時，重點要防止斷筋傷人和作業排架、高處作業人員及設備安全。

(2) 嚴格按照鍋爐安全使用規定規范操作。

(3) 編制詳細的《龍門吊安全使用手冊》，對作業層進行詳細的技術交底，嚴格規范操作程序。

(4) 編制詳細的《提運架設備安全操作手冊》和《提運架設備安裝與拆除專項方案》[3]；嚴格按照通過技術監督部門審查認證的產品使用說明書和操作手冊進行安裝、調試、使用和拆除，對操作人員要進行強化技術培訓，嚴格規范操作程序。

(5) 定期對機具設備進行全面安全大檢查，杜絕機械安全隱患；作好日常巡檢、維護保養工作，杜絕帶病工作。

(6) 吊槽、運槽、架槽過程中設立專人監護，發現異常情況及時停止作業，待情況查明并采取措施后方可繼續進行。

(7) 配備必要的聯絡工具，保證所有操作過程相互配合，動作同步、協調、一致。

(8) 配備必要的高空作業防護用品。

5 結 語

對自重達1 200 t的大型矩形加肋薄壁預制渡槽施工，其中槽身模板設計、槽身鋼筋骨架制作整體吊裝、渡槽混凝土澆筑一次成型、蒸汽養護工藝、提運架成套設備聯合使用等都是一個成功的嘗試。這些技術的應用，保證了工程質量，提高了施工速度，滿足了進度要求。類似工程施工時要根據不同的渡槽結構形式做好模板規劃設計及施工期的維護保養工作；制槽場的布置要做好排水系統的規劃和建設；渡槽安裝專用設備要做好日常檢查、維護工作，嚴禁帶病作業；加強作業人員安全教育和培訓，嚴格操作規程，確保安全、高效地完成各項施工任務。