山區復雜地形條件下大型渡槽施工技術

徐仁軍

(中國水利水電第十一工程局有限公司，河南 鄭州 450001)

1 概 述

渡槽作為跨越河流、深峽谷、窄場地等復雜條件下的架空輸水構筑物，在水利工程中應用較廣。與涵洞相比，渡槽在跨越溝谷和河道時不改變原有的行洪斷面；與倒虹吸相比，渡槽施工工序少，施工較為簡便，施工占地少，且水頭損失小；在有交通要求的地方，渡槽上面還可以做交通便道，這使得其應用相當廣泛。

從施工工藝技術區分，渡槽可分為兩種：一是預制裝配式；二是現澆整體式。對于前者而言，預制裝配式渡槽在施工過程中所耗費的成本較低，建筑材料、勞動力的損耗也較少，施工速度較快，在質量控制方面也比較簡單。但是這些都不足以掩蓋它的缺點，即山區復雜地形條件下施工過程中難以解決的難題，如適宜的預制場地，預制完成的渡槽槽身運輸，就連吊裝都有極大的實施難度。故一般來說，現澆整體式結構的應用比較多。

2 實例分析

四川省蓬溪船山灌區為武都引水第二期灌區工程的發展灌區，是繼武引二期灌區之后的一項具有灌溉、城鄉工業生活供水等功能的綜合性大型水利工程。西梓干渠延長段上共布置有5座渡槽，總長798.0 m。毛溝溝1號渡槽及毛溝溝2號渡槽長均為84 m；龍馬埡渡槽長252 m；狗兒埡渡槽長280 m；鵝背山渡槽長98 m。通過對5座渡槽所處的部位、地形條件、施工現場的交通條件及施工成本等因素進行技術經濟分析和比選，提出渡槽工程各種不同的施工方案，解決的關鍵問題在于山區大型渡槽支撐系統地基選擇及設計、槽身支撐系統、模板加固方式、混凝土入倉方式、貝雷梁支架沉降監測等工序的施工方案。

(1)渡槽支撐系統地基選擇及設計技術

本工程渡槽基礎多為弱風化粉砂質泥巖，飽和抗壓強度3.6 MPa，為極軟巖；弱風化砂巖，飽和抗壓強度11.1 MPa，為軟巖；新鮮砂巖飽和抗壓強度18.3 MPa，為較軟巖。施工區域土層壓縮變形大、透水性微弱、抗剪強度和承載能力均較低。由于土層厚度較大、開挖工程量較大，若要利用其作為渡槽支撐系統地基，須進行加固或相應的工程處理。通過計算設計合理的基礎形式，從而達到承重及支撐結構穩定的要求。

(2)不同跨高及跨距、不同地形渡槽槽身支撐系統技術

本工程渡槽距地面高度1～28.4 m，標準墩距14.0 m、最大墩距25 m。根據不同跨高及跨距、不同地形對傳統支架及鋼管貝雷梁形式安全性、經濟性、適用性等比選后確定其支架形式，從而達到節約成本的目的。

(3)模板加固方式

針對薄殼結構渡槽槽身施工，采用合理的模板加固方式，以及承受不同類型荷載的支撐系統，防止澆筑過程中結構產生變形。

(4)混凝土入倉方式

本工程渡槽為“U”型薄殼槽身，結構復雜、鋼筋分布較密，倉面狹窄(槽身混凝土壁厚18～20 cm)，混凝土入倉、振搗難；應尋找一個合理的入倉方式解決混凝土入倉難問題。

(5)貝雷梁支架沉降監測

由于受地形復雜、跨高跨距大以及澆筑過程中的不穩定因素，需要在貝雷梁選取合適部位布置測量控制點進行實時監測。

3 關鍵施工技術與應用

(1)渡槽支撐系統地基選擇及設計技術

渡槽施工區域內土層壓縮變形大、透水性微弱、抗剪強度和承載能力均較低。在搭設貝雷架鋼管柱位置利用反鏟開挖至基巖后，進行地基承載力試驗，大于等于設計地基承載力200 kPa時，方可在基礎位置施工鋼筋混凝土承臺，承臺結構根據槽身尺寸設置為600 cm×250 cm×50 cm。承臺采用C25混凝土澆筑，貝雷梁鋼管柱通過法蘭盤與預埋在承臺上部的2 cm厚鋼板埋件相連接。

(2)不同跨高及跨距、不同地形渡槽槽身支撐系統技術

渡槽排架高度在3 m以下的槽身施工，支撐系統結構形式采用滿堂支架+定型鋼模施工，基礎處理采用回填石料+槽鋼的形式，達到了節約基礎處理成本、減少腳手架用量、實現快速施工的目的。

施工工藝：場地平整、處理→材料配備→底座→縱向掃地桿→立桿→橫向掃地桿→橫向水平桿→縱向水平桿→剪刀撐→鋪腳手板→扎防護欄桿→扎安全網→驗收、掛牌使用→拆除。

施工方法：渡槽槽身模板共設19道支撐架，間距80 cm左右，滿堂腳手架的排距為80 cm，結合槽身混凝土的澆筑次序及U型結構的特性，滿堂腳手架的間距為40 mm；渡槽槽身模板整體寬度為6 m左右，滿堂腳手架搭設寬度為8 m，左右各留1 m的人行通道位置，每側人行通道于槽底和槽頂各設置1道。地面至下部人行通道采用簡易樓梯連接，上下通道采用豎梯連接，并設防護欄桿、防護網等，滿鋪馬道板。

滿堂腳手架支架系統混凝土、模板等荷載傳遞路徑：模板支撐架→滿堂腳手架頂托→立桿→地基。

渡槽排架處于山間埡口地形復雜或者排架高度3 m以上的槽身施工，支撐系統結構形式采用鋼管柱+千斤頂+貝雷片+定型鋼模施工，貝雷梁基礎利用板式基礎上臺階作為支承；不但從材料及人員投入中得以控制，而且操作工藝簡單、拆卸方便。

貝雷梁支架系統混凝土、模板等荷載傳遞路徑：模板支撐架→貝雷梁支架→鋼管柱→地基。

鋼管柱安裝：鋼管柱底部座法蘭盤與混凝土基礎承臺預埋地腳螺栓連接固定，延鋼管柱豎向每隔3 m采用I14工字鋼與渡槽排架柱水平連接固定，防止鋼管柱偏移和傾覆。鋼管柱頂端放置液壓千斤頂，并采取合理的限位方式固定千斤頂，防止千斤頂水平位移和傾覆。千斤頂頂部布置2根50C工字鋼橫梁，橫梁采用槽鋼抱箍與渡槽排架柱水平連接，防止橫梁位移。工字鋼橫梁上部縱向鋪設5組加強型貝雷梁，貝雷梁與橫梁接觸部位設置限位鋼板，防止貝雷梁位移；貝雷梁頂部按照縱向80 cm間距鋪設20號工字鋼分配梁，分配梁位置與槽身外模支撐架位置保持一致。

完成上述桿件安裝和節點加固后，進行渡槽槽身外側模板安裝和加固。槽身兩側各設置2道風纜繩，地錨設置在渡槽中心線8 m以外，兩端各設置1處。1.0 m×1.0 m×1.5 m地錨采用C20混凝土澆筑而成，地錨內設置φ10鋼筋網片，錨環采用φ20圓鋼制作成“幾”字形，澆筑地錨時預埋，埋深0.5 m。纜鳳繩采用6×37型，直徑17.5 mm的鋼絲繩，一端系于地錨，一端系槽身模板上。

(3)模板加固措施

槽身模板加固采用20號工字鋼橫梁，通過增設槽身上下橫梁連接使壓頂與底模對拉防止槽身內模上浮，壓頂工字鋼橫梁間距1 m。在模板頂部將內、外模板連接，承受混凝土澆筑和振搗的測向壓力和振動力，防止澆筑過程中產生變形、模板上浮和脹模，所有模板間縫隙均填塞雙面膠防止混凝土漿液外流(見圖1)。

圖1 模板加固示意

(4)混凝土入倉措施

在槽身內模兩側設置2排混凝土受料入口，不但解決混凝土入倉問題，同時也作為底部混凝土振搗作業口，確保槽身底部混凝土的振搗質量。在受料口處布設豎向溜桶，以實現混凝土順利入倉；受料口間距為1.9 m，以保證混凝土填充整個模板空間，混凝土振搗密實，保證混凝土的質量。混凝土澆筑順序采用先中間后兩端，從渡槽的中部開始向兩端對稱澆筑，均衡上升，每層澆筑厚度控制在30～50 cm內。中部采用附壁振搗器，其他部位主要采用φ30型軟軸振搗棒振搗。

(5)合理布置貝雷梁沉降監測點

①貝雷梁撓度計算

貝雷梁支架上的荷載主要包含永久荷載和可變荷載，永久荷載包括鋼筋混凝土重量、模板重量及支架自重，可變荷載包含施工荷載和風荷載。根據《路橋施工計算手冊》和《橋梁支架安全施工手冊》以及相關的規范進行貝雷梁的撓度計算。

貝雷梁采用上下加強弦桿的單層321加強型，雙排單層加強型貝雷梁EI=2 425 224.48 kN·m2。

②施工過程中貝雷梁變形觀測

貝雷梁順水流方向布置3排監測點，每排按橫槽向左、中、右布置3個監測點，共9個沉降觀測點。監測點采用徠卡全站儀配套的反射片，貼在貝雷架底部側面，便于全站儀觀測監測點高程。使用徠卡全站儀，后方交會法設站，設置儀器的EDM模式為反射片測量模式，直接測量每一個監測點的絕對高程，做好記錄。當沉降超過限值時，應及時向澆筑負責人匯報。

對每一個監測點的測量時段為：澆筑前初始值→第四車混凝土荷載施加完成→第六車混凝土荷載施加完成→第八車混凝土荷載施加完成→第九車混凝土荷載施加完成→第十車混凝土荷載施加完成→第十一車混凝土荷載施加完成結束測量。

對每一個時段的所有監測點監測數據作好外業記錄，錄入在在Excel中計算出各測點的相鄰兩次沉降值和累計沉降值(見圖2)。

(a)

(b)

(c)

③貝雷梁沉降對比分析

根據渡槽結構的各種荷載組合計算得出貝雷梁的最大沉降值為53.67 mm，施工過程中通過對各個監測點的連續沉降觀測，2號監測點的沉降值最大為22 mm。

由此得出的結論，山區復雜地形條件下大型渡槽施工，采用貝雷梁結構支撐系統方案，既滿足結構安全要求，又能得到最大的經濟效益。

4 推廣應用情況及前景

渡槽工程施工中屬危險性較大的分部工程，屬高空作業、安全責任較大，如果施工過程中采取方案不合理將造成不可預見的損失，所以應針對渡槽施工安全、經濟及合理性等方面進行比選及優化來確定其施工工藝及方法。

通過山區大型渡槽施工技術，積累渡槽的相關施工技術及經驗，分析施工中關鍵點及控制要素，總結了一套經濟、適用的渡槽施工方法，保證了工程的施工質量，降低了施工成本。

■