预应力U型薄壳渡槽施工技术应用

冯 松孙 锋何 强

预应力U型薄壳渡槽施工技术应用

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一、工程概况

南水北调中线工程水源地为汉江中上游的丹江口水库，主要向输水沿线的河南、河北、北京、天津四省市的20多座大中城市提供生活和生产用水。中线输水干渠全长1277km，本文所引用渡槽为南水北调中线一期总干渠大型渡槽之一。渡槽槽身为相互独立的3槽预应力混凝土U形结构，单跨40m，共18跨，单槽内空尺寸7.23m×9.0m，槽壁厚0.35m，槽底厚1m，混凝土强度等级C50，抗渗等级W8，抗冻等级F200，设计流量为350m3/s，加大流量为420m3/s，纵比降1∶2880。渡槽槽身总工程量为：混凝土3.25万m3，钢筋5022t，钢绞线 1944t。

二、模板工程

为解决跨河施工难题，并加快工程进度，工程采用移动式造槽机设备施工。

1.移动式造槽机的组成

移动式造槽机整套设备包括主梁系统、内梁系统和过跨移位系统。其中主梁系统包括外模系统，外模系统通过挑梁对称地吊挂在主梁的两侧，由液压千斤顶控制模板的张合。待整跨渡槽浇筑完成后，利用过跨移位系统将活动支架及模板向前牵引至下一跨上，并浇筑该跨渡槽，如此重复向前推移，逐跨浇筑，直到U型渡槽全部浇完。

2.移动式造槽机的工作原理

造槽机的工作状态为：外模系统主梁上的前支腿与槽墩上的支腿预埋件固接，将荷载传递到前方槽墩，后支腿与已浇筑渡槽槽顶预埋件固接，并通过内梁后支腿将力传递到已浇筑好的渡槽后再传递到槽墩。造槽机过跨移位包括外模过跨移位和内模过跨移位两个过程。

三、钢筋、钢绞线工程

1.钢筋、钢绞线加工

针对槽身钢筋弧度大，直径粗特点，工程采用自制钢筋模具弯制、套筒机械连接技术。首先将下料好的钢筋进行丝头加工，加工好后立即带上丝头保护帽，接着放入自制钢筋模具弯制成型。加工成型的钢筋在使用之前，放置于钢筋棚内并用方木垫好。

钢绞线下料在特制的放盘筐中进行，防止钢绞线弹出伤人和扭绞。散盘后的钢绞线进行外观检查，有粘结钢绞线发现劈裂、重皮、小刺、折弯，无粘结钢绞线发现护套破损等需进行处理。钢绞线下料采用砂轮切割机切割，在平整的水泥地面上进行。下料后的钢绞线采用方木垫高，并覆盖保护。

2.钢筋、钢绞线（束）安装

钢筋、钢绞线分布为里、外为普通钢筋，中间为钢绞线，共有三层，因此钢筋、钢绞线的安装应由外至里分层绑扎。钢筋及钢绞线（束）安装顺序为：吊装槽身支座钢筋；在槽身外模上测量放样出钢筋及钢绞线的准确位置；在外钢模上绑扎槽身外层普通钢筋；安装钢绞线的定位托架；安装波纹管和纵、横向钢绞线束，并准确定位；安装内层普通钢筋；钢筋、钢绞线束的检查和验收。纵向钢绞线的定位网架间距不大于45cm，环向钢绞线的曲线段定位钢筋间距不大于30cm，直线段不大于50cm。浇筑前对波纹管和无粘结钢绞线进行一次细致检查，如波纹管破损或无粘结钢绞线护套破损应进行修补。

四、混凝土工程

1.混凝土的配制

经试验确定槽身混凝土的水胶比为0.28，混凝土材料用量（kg/m3）=水∶水泥∶粉煤灰∶砂∶碎石∶超塑化SP1减水剂∶PT-C1引气剂∶UF500纤维素纤维=150∶429∶107∶736∶946∶5.36∶0.0214∶0.9，坍落度为180～220mm，扩散度500～600mm，总碱含量2.31kg/m3。

2.混凝土浇筑

（1）混凝土工作窗的布置。全部布置在内模上，在底板上开两排窗口，在浇筑时，底模打开，混凝土直接入仓，浇满之后再关闭。反弧段开有12排窗口，每排共18个孔。

（2）混凝土入仓。采用2台混凝土汽车泵按左右侧、上下游对称下料。底板采用打开内模直接下料，反弧段从造槽机预留的下料窗口下料，直线段从槽顶直接下料。

（3）混凝土振捣。支座和底板采用Φ70插入式软轴振捣器振捣，圆弧段采用Φ70插入式软轴振捣器并辅以附着式振捣器振捣，每台造槽机配备附着式振捣器48个，振捣时间为30s，直线段和槽顶采用Φ70插入式软轴振捣器振捣。

（4）混凝土养护。夏季混凝土内部埋设冷却水管降低水化热，内外表面采用洒水和长流水养护的方法养护；冬季槽身两端采用保温被挡风，槽身内部生煤炉加温。

五、槽身预应力施工

钢绞线张拉前，千斤顶和油泵应进行配套标定，千斤顶安装位置应与钢绞线在同一轴线上，并与承压板保持垂直。纵向和环向预应力均采用分级加载法整体张拉。纵向预应钢绞线采用一端锚固。一端张拉，张拉端采用圆锚体系，固定端采用P型锚固体系，环向预应力采用两端张拉和扁锚体系，2台设备张拉速度保持一致。张拉顺序严格按设计要求进行，采用持荷5min来消除应力松弛，而不采用超张拉来弥补应力松弛。

1.张拉时机

湍河渡槽工程施加预应力必须同时满足以下条件：

①混凝土龄期≥7d；

②槽身混凝土抗压强度不低于设计强度等级值的80%。

夏季施工时强度易达到张拉要求，此时应严格控制龄期；冬季施工时龄期够，但强度增长慢，此时应严格控制强度。由于养护条件的区别，强度参考值一般以现场混凝土回弹值或同条件养护试块强度作为准，而不以养护室试块强度作为参考依据。

2.张拉顺序

湍河渡槽工程采用后张法施工。槽身纵向采用有粘结预应力钢绞线，单端张拉；环向采用无粘结钢绞线，两端同步张拉。为保证槽身受力均匀，纵、环向预应力钢绞线采用对称张拉。

按先张拉端肋环向钢绞线（共23束），再张拉纵向钢绞线（共40束），最后张拉渐变段至跨中区域环向钢绞线（共218束）的顺序进行。钢绞线张拉前先单根预紧再整束张拉，单根钢绞线的预紧力为张拉控制应力的10%。纵向钢绞线张拉完毕，才能进行造槽机外模拆除，所有预应力钢绞线张拉完毕造槽机才能移位过孔。

3.张拉工艺说明

①钢绞线的张拉实行双控，以张拉应力控制为主，以伸长值进行校核。每束预应力钢绞线张拉前先计算理论伸长值和相应的压力表读数，以此作为张拉施工的依据，每一束预应力钢绞线张拉时都应做详细的记录。实际伸长量应不超过理论伸长量的±6%，当伸长量超过±6%时应查明原因；

②钢绞线的张拉加载速率宜为100MPa/min；

③全槽断丝、滑丝总数不超过钢丝总数的0.5%，并不得位于槽体的同一侧，且一束内断丝不得超过一丝；

④钢绞线回缩量不大于6mm；

⑤锚固后夹片表面应平整，同束夹片外露量差不超过1mm；

⑥作好张拉记录和张拉过程中出现各种情况的原始记录，终张拉后经检查并确认全部合格后方可割丝；

⑦终张拉完24h后经检查人员确认并测量槽体挠度合格后，即可进行锚外钢绞线切割。钢绞线切割处距锚具30～35mm，采用砂轮机切割，防止对锚具造成损害。切割完成后用防水涂料对锚具进行防锈处理。

六、结语

通过南水北调中线湍河渡槽工程，掌握了现浇预应力混凝土U型薄壳的施工技术，熟悉了移动式造槽机的工作原理。在两年多的使用过程中发现，移动式造槽机不仅加快了工程进度，也解决了软基及跨河施工的难题，既安全又能保证施工质量，是今后在调水工程中值得推广的渡槽专用施工设备

1.中水淮河规划设计研究有限公司 233001 2.中水淮河安徽恒信工程咨询有限公司 233001）