泜河渡槽支撑系统预压施工技术研究

单旭辉

（河北省南水北调工程建设管理局，石家庄 050035）

泜河渡槽支撑系统预压施工技术研究

单旭辉

（河北省南水北调工程建设管理局，石家庄 050035）

大型渡槽槽身挠度控制要求较严格，要求对其施工支撑系统进行预压，测出排架、地基沉降变形，为支撑系统施工设置预拱值提供依据。因渡槽自身荷载较大，而支撑系统预压最大加载是按其自身荷载的1．2倍考虑，故采用半跨预压方案。首先计算出半跨槽身整体荷载，然后将其分解到主、次梁和板上，根据分布荷载，采用等效预压方式对吨袋进行整体布置，并对地基、支架、垫层进行强度验算，验证整个支撑系统的安全性、可靠性。在地基和模板上布置若干个观测点，通过三级预压方式，测得相关沉降数据。采用二次抛物线函数对数据进行模拟，可以计算出支撑系统各个部位的预拱值，为支撑系统施工提供依据。

渡槽；挠度；支撑系统；预拱值；等效预压；沉降变形

泜河渡槽位于河北省临城县境内，是一座大型河渠交叉建筑物。为保证渡槽槽身设计挠度要求，需确定支撑系统的变形值，检验支撑系统的强度及稳定性，消除整个支撑系统的塑性变形，消除地基的沉降变形，测量出支撑系统的弹性变形，为施工预拱度的设置提供依据，对泜河渡槽支撑系统预压是非常有前瞻性和必要性的。

本次预压选择具有代表性的第8跨进行支撑系统预压，以检查支撑系统的稳定性及变形值。最大加载按上部结构荷载1．2倍考虑，因加载较大，故采用半跨预压方案。

1 工程概况

泜河渡槽由进出口渐变段、进出口检修闸段、进出口连接段和槽身段组成，起点桩号150＋541，终点桩号150＋999。其中：槽身段起点桩号150＋621，终点桩号150＋891，共分9跨，单跨长30m，全长270m。渡槽上部槽身为三槽一联带拉杆预应力钢筋混凝土梁式矩形槽。槽身宽度24．3m，上部翼缘外侧宽度25．5m。 槽内设计水深5．58m，加大水深5．98m，渡槽纵坡为1/4100。 30m跨单槽断面尺寸为7．0m×6．7m，边墙厚0．6m，顶部设2．7m宽人行道板；中墙厚0．7m，顶部设3．0m宽的人行道板。后浇带设置在各跨槽身两端，宽0．575m。结构尺寸如图1，2（图中尺寸单位：mm）。

图1 泜河渡槽槽身横断图

图2 泜河渡槽槽身纵断图

2 支撑系统预压施工技术

2．1 支撑系统预压前准备工作

（1）支撑体系预压前，应对施工区域内的不良地质的分布情况充分掌握，对不合格地基，要及时处理。

（2）地基处理方式：在压实合格的地面上回填基础砂砾料。基础砂砾料取至泜河河道内砂砾料。分层填筑压实厚度不小于50cm，相对密度不小于0．75。含水量8%～12%，砂石含泥量不大于5%，石料粒径不大于100mm。采用YZT－18振动平碾压实，初拟作业时先静压1遍、弱振2遍、强振6～8遍；振动行驶速度不超过2km/h。施工压实参数根据压实试验确定。墩身两侧部位采用3台手扶式振动夯配合压实，分层厚度控制在30cm以内。在施工过程中，每碾压一层后，应用人工或机械（反铲）将表面拉毛，以利于接合。地基处理顺序与槽身施工顺序相同，也可以根据施工情况提前完成地基处理。施工中加强压实检测频率，满足压实标准。

土料和砂石料回填至地面控制高程以下15cm后，先做地基承载力试验，测定地基承载力。地基承载力满足设计荷载要求后，在回填面顶部浇筑15cm厚C20混凝土盖板承重。

（3）支撑体系基础应设置防排水措施，不得被雨水、养护水浸泡。

（4）支撑体系预压前，支撑体系必须具有足够的强度、刚度和稳定性，支撑体系经过验收合格后，方可进行预压。

2．2 支撑系统预压荷载计算及验算

2．2．1 预压材料

支架预压材料采用吨袋预压，填充砂的堆积干容重为1．5t/m3，预估含水量为5%（试压时由试验确定），每个吨袋的装填重量为1．2t。

2．2．2 半跨荷载

半跨钢筋混凝土荷载为1601．156t，其他荷载按150t计，总荷载为1751．156t。 依据相关预压规范取安全系数1．2，确定加载重量为2101．39t。

2．2．3 分解预压荷载及堆高

预压荷载采用等效预压荷载分布。

2．2．3．1 侧面主梁

半跨混凝土荷载为334．8t，堆积编织袋279个，分两排堆积，每排15个，堆高7．3m。

2．2．3．2 中部主梁

半跨混凝土荷载为343．32t，堆积编织袋287个，分两排堆积，每排15个，堆高7．6m。

2．2．3．3 板

板的厚度为0．4m，单块板混凝土荷载为15．99t。 堆积编织袋14个，分两层堆放，堆高1．4m。

2．2．3．4 次梁

单块板混凝土荷载为6．12t，堆积编织袋6个，侧立堆放（考虑与板组合荷载叠加）。

由于支架上部全部为纵横主次I10的工字钢结构，且布局结构为：0．6m×0．6m（主梁），0．6m×0．35m（次梁），0．6m×0．6m或0．9m（板），且呈现纵横垂直交错布置，使荷载受力结构均匀传递于支架，结实程度远高于木枋结构，故此处只做整体工字钢上预压荷载计算，计算结果统计于表1。

表1 等效预压荷载分布及吨袋布置方案

2．2．4 强度验算

2．2．4．1 基础验算及检测

为保证满堂排架的安全及减少槽身沉降破坏，必须严格控制地基压实度和沉降量。主梁下地基承载力验算值为最大，因此选取该值作为地基承载力标准值。经计算，地基荷载为10．44t/m2，为防止地基不均匀受力及支撑排架结构偏差，考虑1．4倍安全系数，地基承载力应不小于143．2kN/m2。

对第8跨回填基础进行承载力检测，在回填区内共检测3个点位。经检测，3个点的地基承载力均大于180kN/m2，地基承载力均满足要求。

2．2．4．2 碗扣支架承载力验算

支架采用多功能碗扣式支架，纵向排距60cm，横向跨距30cm，每根立杆受正向压力为1．88t。 按1．2安全系数考虑，压力为2．25t＜4t（立杆强度），立杆强度满足要求。

2．2．4．3 垫层混凝土强度验算

本工程碗扣式满堂脚手架，主梁下立杆间距为0．6m×0．3m（横向0．6m，纵向0．3m），次梁下立杆间距0．3m×1．2m（横向0．3m，纵向1．2m），板下立杆间距为0．6m×1．2m（横向0．6m，纵向1．2m）。 因此方案所需的对混凝土基础承载力计算如下：中梁下立杆311．1kPa；边梁下立杆352．2kPa；次梁下立杆119．83kPa；板下立杆间43．5kPa。

经试验检测，混凝土同期养护3d，强度可达到设计强度的40%～50%，按40%计算，C20混凝土3d强度为8．0MPa（8000kN/m2）。所以，在垫层混凝土浇筑完成后3d再进行排架搭设，完全可以满足施工要求。

通过以上分析，表明排架搭设地基及处理是安全、可靠的。

2．3 支撑系统预压实施

预压可采用半副预压的方式进行，预压的配重按照2101．39t计。

2．3．1 预压操作方法

（1）加载预压前，首先分布设置观测点并测量各观测点的标高。

（2）预压加载分三级进行，每加载一级持荷1h，再进行下一级加载，第一级加载量的60%即总荷载1050．69t，第二级加载量的100%即总荷载1751．2t，第三级加载量的120%即总荷载2101．39t。压重荷载的分布严格按照等效压重的原则执行，荷载位置与渡槽槽体自重荷载分布一致。

（3）预压采用土袋或沙包（原材料）预压。

（4）每加载一级测量1次各观测点的标高，之后每天早晚各观测1次，计算并统计出沉降量，连续3d沉降量小于2mm/d，则可以卸载。

（5）卸载完成后，再观测各观测点的标高，求取弹性和非弹性变形量，并于槽身预应力张拉前后和支架拆除前后测量各点对应梁面的高程变化，求取张拉起拱值和梁体的弹性变形量。

2．3．2 观测点布置

（1）地基沉降测量点布置在地面支架底槽钢上，用以观测地基在支架预压时，地基的沉降和卸载后的弹性恢复量。在条件允许的情况下，尽量与上部观测点对应布置。

（2）上部（模板上）点的布设：在每一跨箱梁的两端端横梁、跨中、1/4跨位置的支架顶部共8个断面，每个断面各设置4个沉降观测点，共32个观测点。

2．3．3 测量

测量依据GB12897—2006《国家一、二级等水准测量规范》。

2.3.3.1 标高测量法

根据以上的预压荷载计算和测点布置设计，上层测点用安装标杆的方法设置测量点，标高测量标杆用直径25mm的钢筋制作，长度30cm，标杆底部加焊10cm×10cm×10mm钢板，将标杆焊接于渡槽底模下侧，保证位置准确，高度稳定；下层测点直接在槽钢上测量。

2.3.3.2 检测频次

在预压前对底模观测1次并记录，加载前系统的观测，作为原始数据；每级加载完成后，应每间隔12h对支架沉降量进行1次监测，当支架底模各监测点12h的沉降量平均值小于2mm时，再进行下一级加载；加载结束后每天测量1次，当连续3d沉降量均小于2mm/d时，预压结束，可以卸载。卸载完成后对地基及排架回复量进行一次系统观测，卸载的回复量为弹性变形。

2．4 数据整理

根据观测的数据进行分析，对现浇预应力混凝土渡槽模板支架在混凝土浇筑时产生的变形进行有效控制。依据变形量调整箱梁的底标高，实现混凝土浇筑后能达到设计所要求的梁底标高。

根据预压过程的记录数据，绘制荷载与沉降量的关系曲线，计算出各观测点的变形，其中包括非弹性变形与弹性变形，综合考虑张拉后梁体的上拱度和拆架后梁面标高变化确定支架模板的最终预抛高值。

3 预拱度值设置

预拱度值设置：实际立模高度＝设计立模高度＋预拱度观测值。 按二次抛物线法分配，公式为：Y＝0．0000966X2＋0．018。根据实测值和计算值，得到预拱值分配，详见表2。

表2 预拱值分配 单位：m

4 结语

通过对大型渡槽支撑系统进行预压，可以合理地设置槽身预拱度，预拱度设置时宜遵循“宁高勿低”的原则。选择合适的模型计算，得到了预拱值分配公式，保证了槽身设计挠度，使槽身在施工和通水状态下均能达到设计要求。

［1］王法武，石飞雪．大跨径预应力混凝土桥梁长期挠度控制研究［J］．公路，2006（8）：72－76．

［2］丁文胜，吕志涛，等．混凝土收缩徐变预测模型的分析比较［J］．桥梁建设，2004（6）：13－16．

［3］雷俊卿．桥梁悬臂施工与设计［M］．北京：人民交通出版社，2000．

［4］JGT/T194—2009，钢管满堂红支架预压技术规程［S］．

［5］GB5009—2001，建筑结构荷载规范［S］．

［6］GB50007—2002，建筑地基基础设计规范［S］．

［7］JGJ130—2001，建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范［S］．

［8］JGJ166—2008，建筑施工碗扣式钢管脚手架安全技术规范［S］．

［9］GB50026—2007，工程测量规范［S］．

Study of the Construction Technology of Pre－compaction on Aqueduct Supporting System

SHAN Xu－hui
（Hebei Province South－to－North Water Transfer Project Construction Administration，Shijiazhuang050035，China）

The large aqueduct requires the high deflection of design．And the supporting system should be precompressed．The deformation of subsidence of shelving and foundation should be measured．These are basis for the set of pre－arch value of the supporting system．With large load of the aqueduct， the maximum load of the supporting system is 1．2 times as much as itself．Thus the half－span pre －compaction scheme is adopted．First， the half－span load is calculated．Then the load is assigned to primary－secondary beam and plate．On the basis of distributed load the ton bags are set by the way of equivalent pre－compaction and the cushions， stands， and foundations are checked．And then the security and reliability of the whole supporting system is checked．By means of three－level pre－compaction， several observation points are arranged on the template and foundation．The concerning subsidence data are obtained．By modeling the data with parabolic function， the pre－arch values of every part of the supporting system are obtained as the basis of support system construction．

aqueduct；deflection；supporting system；pre－arch value；equivalent pre－compaction；deformation of subsidence

TV5；U443．15

B

1672-9900（2012）01-0048-04

2011－12－30

单旭辉（1975—），男（汉族），河北石家庄人，高级工程师，主要从事建筑管理及混凝土研究工作，（Tel）18931610880。