小井沟水利工程倒冲沟拱式渡槽施工技术

赵启强， 钟永兵， 罗志远

(中国水利水电第十工程局有限公司，四川都江堰 611830)

小井沟水利工程倒冲沟拱式渡槽施工技术

赵启强， 钟永兵， 罗志远

(中国水利水电第十工程局有限公司，四川都江堰 611830)

拱式渡槽主要由拱座、主拱圈、拱上排架和上部槽身结构几部分组成。介绍了小井沟水利工程倒冲沟拱式渡槽采用的施工技术与工艺，尤其对主拱圈的“钢管柱+贝雷片”组合支架和施工工艺进行了重点叙述，可供类似工程施工借鉴。

拱式渡槽；钢管柱+贝雷片组合支架；施工；小井沟水利工程

1 工程概述

倒冲沟拱式渡槽为自贡小井沟水利工程输水干渠的重要建筑物之一，全长228．98 m，进口桩号为干渠6+943．964，出口桩号为干渠7+172．944，进口底板高程401．514 m，出口底板高程401．361 m，坡降为1/1 500。该渡槽主要结构由承台与拱座、主拱圈、排架柱及槽身4部分组成。主拱圈为空腹式双片拱肋结构，跨度为80 m，矢高20 m，拱肋间采用横系梁连接，混凝土强度等级为C40；承台及拱座为实体重力式结构，混凝土强度等级为C20；排架柱设计为单排架，横截尺寸为70 cm× 90 cm，设计最大高度20 m，混凝土强度等级C25；槽身为U型薄壁结构，断面尺寸为4．3 m×3．52 m，拱上单跨槽身长度为6．5 m，拱两侧单跨槽身长度为12 m。倒冲沟渡槽结构形式见图1。

2 施工方案的确定

图1 倒冲沟渡槽立视图

2．1 总体施工顺序

根据倒冲沟渡槽结构特点，按照先后顺序分为四个步骤进行施工:第一步，原始地面的覆盖层剥离和承台、拱座基础、拱肋施工支架基础的开挖，开挖工作按照自上而下的顺序推进，支架基础在承台及拱座基础开挖完成后进行；第二步，肋拱左右两岸承台、排架及拱肋的拱座施工，拱肋左右两岸承台浇筑与土石方开挖同步进行，拱肋左右两岸槽身待其排架完成后施工；第三步，拱肋的施工，主要工作为施工支架的搭设、模板和钢筋制安、分段混凝土浇筑等；第四步，拱上排架和槽身的施工，将继续使用施工拱肋的支架作为支撑结构，待拱上结构施工完毕且混凝土强度达到28 d强度要求后按照自上而下的顺序逐层拆除支架。

2．2 施工支架方案

倒冲沟渡槽采用空腹式双片拱肋作为主拱圈，主拱圈是支承结构中的主要承重结构，拱上结构将槽身荷载传递给主拱圈，然后由主拱圈传递给拱座基础，搭设拱肋承重支架是主拱圈施工的重点和关键。结合现场实际地形条件，主拱圈搭设满堂脚手架整体性要求高。而且钢管间、排距较小，从而影响到沟底河道的正常行洪及当地居民的通行。通过相关技术咨询和论证，倒冲沟拱式渡槽主拱圈采用钢管柱+贝雷梁组合支架作为主拱圈的施工支架，在其上部采用碗扣式脚手架做支撑杆件的方式作为拱肋施工支架，拱左右两岸槽身及拱上排架、槽身段搭设扣件式满堂脚手架作为施工支架。

2．3 施工现场采取的材料运输方式

渡槽排架、拱肋及槽身施工属于高空作业，且其施工区域广、跨度大。该工程渡槽施工采用固定式塔吊进行材料与混凝土垂直运输。结合现场地形，在渡槽的左、右两侧各安装了1台回转半径为45 m的塔吊，塔吊基础布置在拱座基础附近，2台塔吊可控范围为180 m。渡槽两端均有20 m槽身结构在塔吊施吊范围以外，但最大吊装高度仅8 m，故采用25 t汽车吊进行吊装运输。

3 基础开挖

沿倒冲沟渡槽纵向轴线自上而下将地表覆盖层通槽开挖至基岩面，开挖宽度为12 m，开挖深度根据实际岩层情况确定。为了避免爆破对岩石结构面产生破坏，在施工中，渡槽承台、拱座基础石方的开挖均采用反铲配液压破碎头开挖。承台及拱座基础严格按照设计蓝图且开挖至设计高程或弱风化层，开挖基面平整或呈向山体略微内倾一定角度，以减少基础的扩大应力。

4 承台及拱座的施工

基础开挖验收合格后浇筑垫层混凝土，待凝后进行测量放样工作，随即进行钢筋和模板的制安。钢筋在综合加工厂制作，汽车运至现场进行人工绑扎、校正及安装；模板采用标准钢模拼接组合，钢管围檩，对拉螺杆、钢管支撑固定。

承台混凝土浇筑要求连续进行，一次成型；拱座混凝土分仓分层浇筑而成，层高按照2．5～3 m控制。混凝土罐车运料至浇筑现场，人工配合挖掘机入仓，仓内混凝土分层厚度不应超过30 cm，φ50软轴振捣器振捣密实且振捣器要垂直插至前一层混凝土中，以保证混凝土结合良好。

5 主拱圈施工

5．1 组合支架的施工

5．1．1 支架搭设

主拱圈是渡槽支承结构中的主要承重结构，倒冲沟拱式渡槽主拱圈施工采用钢管柱+贝雷梁组合支架作为主拱圈的施工支架。钢管柱+贝雷梁组合支架分为4部分，自下而上分别为混凝土基础、φ630钢管柱、贝雷梁、φ48×3．5 mm碗扣架。

钢管柱+贝雷梁组合支架杆件均采用螺栓或卡扣连接，支架基础混凝土预埋螺杆与钢管柱连接，钢管柱竖向采用法兰盘连接并设置加筋板，钢管柱之间用20型工字钢按照5 m间距焊接水平连接和斜撑杆件。钢管柱安装完成后，每排钢管柱顶端铺设2排40型工字钢横梁，用于铺设贝雷架，在安装40型工字钢时设置险位卡，防止其侧移和倾覆；在40型工字钢横梁上安装贝雷架，贝雷架沿槽身纵向中心轴线向两边对称布置，中心间距为180 cm，共铺设5组。在安装贝雷片时要设置限位装置，以防止贝雷片滑移；在贝雷桁架上横向布设20型工字钢分配梁，间距60 cm，用U型卡在贝雷片上固定，分配梁的主要作用是便于上部φ48×3．5 mm碗扣式脚手架搭设；碗扣式脚手架起架3层、步距为60 cm，以上均为120 cm，槽身底板以下脚手架立杆纵横距为60 cm×60 cm，槽身两侧脚手架立杆纵、横距为60 cm×90 cm，支架宽度为2×0．9+8×0．6+2×0．9=8．4 (m)。为便于拱肋施工，双片拱肋结构外侧均搭设1．5 m宽人行通道，通道铺钢模板防滑并与下部施工支架扣接牢固。

主拱圈施工支架搭设整体立面布置情况见图2。

5．1．2 支架预压

为了确保支架系统的安全，满足拱肋线形的要求，支架系统安装完成后进行堆载预压。预压荷载为1．25倍拱肋重量，以消除支架基础的非弹性变形。具体预压措施如下:

(1)预压材料。

结合施工实际条件，施工支架上堆码相应重量的土石砂袋作为该支架的预压材料，单个土石砂袋的重量控制在500 kg内，以便于吊装。

图2 主拱圈施工支架搭设立面图

(2)预压加载方法。

根据钢管脚手架预压技术规程，支架预压加载过程宜分为3级进行，依次施加的荷载应为单元内预压荷载值的60%、80%、120%；预压材料采用两侧塔机吊装至预压平台，吊装时应由专人统一指挥，参与吊装的人员应有明确分工；结合支架变形观测点的布置要求，该渡槽对于跨度超过40 m的部位，在纵向10 m距离设置观测断面，每个观测断面上的观测点不少于5个且对称布置；加载前对观测点进行测量复核，支架逐级加载时，每间隔12 h对支架沉降量进行监测，累计观测两次，当支架观测点连续2次沉降差平均值均小于2 mm时，方可继续加载；全部荷载施加完毕，每间隔24 h观测一次，累计观测3次，记录各测点标高，当各测点沉降量平均值小于1 mm或连续3次各测点沉降量平均值累计小于5 mm时，方可进行支架卸载。

(3)卸载方法。

人工配合塔机进行卸载，支架两侧应对称、均衡、同步卸载；卸载6 h后，对观测点进行卸载后的观测，以便于计算支架的综合变形。

5．2 拱肋混凝土的施工

(1)模板安装。

主拱圈支架搭设完成后，在碗扣式脚手架的每根立杆顶部安装一个可调节高度的顶托，顶面横向设置10 cm×10 cm木方；顺拱轴线方向安装拱肋底模，采用18 mm厚木胶合板，底模木枋采用5 cm×10 cm木方，间排距20 cm，底模直接用铁钉钉在木枋上；拱肋侧模采用18 mm厚木胶合板，按照图纸要求提前在加工厂分段制作成型，底模安装完毕，按照编号拼装侧模，侧模安装应先安装内侧模板，拱肋钢筋制作完成后，再安装外侧模板。

模板在安装过程中，采取“底包侧”的结构形式，模板接缝处粘贴双面胶条填实，以保证板缝拼接密实、不漏浆。拱肋模板在安装过程中，应根据实际情况设置变形缝，缝宽2 cm，避免拱肋在浇筑过程中由于重力或支架沉降造成拱肋模板整体破坏。

(2)钢筋制安。

钢筋进场后按规格分批验收、堆存，不得混杂并挂设标识。制作成型的钢筋应及时运往现场使用，不宜长期存放。

钢筋安装顺序按拱脚至拱跨1/4段，先安箍筋、后穿主筋的办法，拱跨1/4处至拱顶段先穿主筋、后套箍筋以利施工；间隔槽钢筋除纵向在焊接分段钢筋时一次成型外，其余的横向钢筋和箍筋可在浇筑前绑扎。

为确保混凝土外观质量，减少保护层垫块与模板的接触面积，在钢筋与模板间设置砂浆保护层垫块，垫块每m2不少于4个，呈梅花型布置。

(3)混凝土浇筑。

主拱圈混凝土按照分段浇筑方式对称浇注，从拱脚逐步推进至拱顶，根据施工图纸中的分段坐标，主拱圈分作7段浇注，分段接头设置在拱肋自重作用下弯矩最小的地方。为避免混凝土干缩变形而产生的结构破坏，主拱圈分段处顺拱轴方向设置2 m宽的间隔槽。待主拱圈分段混凝土浇注完成且强度等级达到设计要求后，再进行间隔槽混凝土的施工，浇注顺序依然是从拱脚处向拱顶对称进行。

各分段混凝土应一次连续浇注完毕，若因故中断，应浇注成垂直于拱轴线的施工缝；如已浇注成斜面，应凿成垂直于拱轴线的平面或台阶式结合面。

混凝土浇注完成初凝后，铺草垫覆盖并洒水养护，养护时间为7 d，在混凝土初凝前不得受水冲蚀。

6 排架及槽身的施工

6．1 排架施工

主拱圈以上排架待主拱圈混凝土强度达到设计要求后进行，主拱圈左右两侧排架在完成相应的承台混凝土施工后即可进行施工。

排架钢筋的连接按规范要求错开接头1 m，钢筋接头采用单面搭接焊。

模板采用木模板，外拉、柱箍固定模板，四周用扶正脚手架固定牢固，以保证浇注混凝土时对模板产生的侧压力不致使模板倾覆、发生变形和位移，每仓立模高度不超过4 m。混凝土施工缝设在联系梁的顶面。

排架混凝土采用罐车从拌和站运输至工作面，卸入0．5 m3的混凝土立罐，25 t汽车吊或塔吊吊运入仓。分层振捣，每层厚30～50 cm，浇至离模板顶5 cm时收仓，养护待强。施工到排架顶部盖梁部位时，必须通过精确测量，控制好盖梁高程，预埋钢板。

6．2 槽身施工

渡槽槽身为U型截面，外观质量要求高，拱上槽身单跨长度为6．5 m，拱左右两侧槽身单跨长度为12 m。

倒冲沟渡槽采用定型钢模进行槽身混凝土浇注，定型钢模组装时间短，施工效率高且浇注成型的槽身外观质量好。拱上槽身按照先浇注跨中段，然后对称浇注两侧段的顺序进行，以确保下方主拱圈加载均衡。

根据混凝土结构设计规范要求，对于单跨4 m以上的梁按照1/1 000～1/3 000设置预拱度，本渡槽槽身按照3/1 000设置预拱度，取值3．3～3．5 cm。

槽身钢筋安装规格和间距严格执行设计和规范要求，保护层采用预制混凝土垫块绑在钢筋上固定，应保证保护层厚度。

根据结构长度，单跨槽身作为1个浇筑单位，混凝土运送到浇注现场后，采用25 t汽车吊或塔吊提升至作业面，人工卸料入仓，采用φ30软轴振捣器振捣，与侧模保持50～100 mm的距离，振捣时严格控制插入间距，防止过震、漏震现象的出现。

7 结 语

拱式渡槽施工采用“钢管柱+贝雷梁组合支架”作为施工支架是一个较好的方案选择，其安全性、稳定性和适用性在小井沟水利工程倒冲沟拱式渡槽施工中均得到了较好的体现。但值得注意的是:在整个渡槽施工过程中，必须高度重视对施工支架的安全管控，特别是在主拱圈拱肋施工期间，需派专人24 h进行现场安全监测，同时控制混凝土浇注的入仓速度，以确保施工支架的安全稳定。

小井沟水利工程倒冲沟拱式渡槽施工通过采用科学的施工方案和合理的施工工艺，并在施工期间注重质量控制和安全管理，每道工序都经过严格检查与验收后再实施，保证了工程质量和安全，节约了施工成本，同时，施工工期也比原计划提前两个月完工，成功地将倒冲沟拱式渡槽打造成小井沟水利工程的一个亮点，赢得了各方赞誉。

(责任编辑:李燕辉)

TV52;TV37

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1001-2184(2015)05-0009-04

赵启强(1975-)，男，四川巴中人，高级工程师，从事水利水电工程施工技术与管理工作；

钟永兵(1976-)，男，四川威远人，高级工程师，从事水利水电工程施工技术与管理工作；

罗志远(1988-)，男，湖北宜昌人，助理工程师，从事水利水电工程施工技术与管理工作．

2015-08-25