输水工程大跨度现浇拱式渡槽施工技术

2017-01-11杨伟

水利技术监督 2016年5期

关键词：渡槽拱圈立杆

杨伟

(自贡小井沟水利工程有限责任公司，四川自贡 643115)

输水工程大跨度现浇拱式渡槽施工技术

杨伟

(自贡小井沟水利工程有限责任公司，四川自贡 643115)

本工程输水工程渡槽有矩形、U型、扒地等结构形式,其中拱式渡槽跨度大、高差大、结构复杂,造成施工难度大、质量控制难,对输水工程建成后安全运行起到关键性作用。本文主要针对拱式渡槽拱座基础承载力要求高、支撑系统的安全稳定系数高、拱胁模板安装成形质量高、砼浇筑工序和工艺高等特点,阐述基础处理、支撑系统、混凝土浇筑等施工技术及质量控制方法等,为以后相似工程提供参考。

输水工程;大跨度;现浇;拱式渡槽;施工技术

1 工程概况

本文中输水工程拱式渡槽的设计流量9～10m3/s，最大架空高度39～42m，拱座跨度80m，矢跨比为1/4。拱式渡槽主要由承台基础、拱肋基础、标准排架、A型排架、拱肋、拱上排架和上部槽身结构组成。拱肋主要承受轴向推力，拱圈由2片拱肋组成，拱肋厚1.8m，拱肋宽度为0.9m，两拱肋外边线距离4.7m，中间加设横向连系梁，拱肋曲线采用二次抛物线形式，上承式结构，拱圈上部为钢筋砼排架，排架上部为槽身。

2 施工程序及施工布置

2.1 施工程序

拱式渡槽施工为输水工程施工的关键，其施工程序尤为重要。根据拱式渡槽结构特点，其施工程序为:定位放线→基础处理→拱肋满樘架支撑→底模板→拱肋钢筋制安→侧模板支撑→砼浇筑→下一段拱肋施工→间隔槽施工→拱上排架施工→槽身支撑→渡槽外模铺装→钢筋制安→槽身拉杆止水预制件安装→渡槽120°内模铺装→砼浇筑(其余内模随浇随安)→附属设施安装。

2.2 施工布置

自上而下进行基础开挖和基础砼施工，施工完成后主要以拱座及拱肋和拱上排架的施工为主要关键路线，排架为施工作业调节面，形成平行交叉作业。施工风、水、电、道路根据现场地形条件，合理布置。如图1所示。

3 主要施工方法

3.1 土石方开挖

采用自上而下分层通槽台阶式开挖，土方采用1.5m3液压反铲挖掘机直接开挖，石方采用浅孔松动爆破开挖。

3.2 拱座及灌浆施工

基础进行砼找平后进行锚筋施工，然后基础砼浇筑1～2m，并达到强度后进行固结灌浆，结束后按设计要求将拱座砼浇筑完成。

3.3 拱肋施工

3.3.1 基础处理

基础覆盖土及淤泥清除，并开挖至基岩，对于冲沟及附近范围基础无法开挖至基岩的进行基础硬化。在跨度范围内的基础无法满足开挖至硬基时，将基础换填，保证承载能力。如图2所示。

3.3.2 拱肋支撑结构

(1)测量放线。按照拱架放样图上支座的坐标，将支座位置测放到墩台上。测量以渡槽中心线和墩台中心线2条基线为基准。先测出上下游最外侧拱架片的中心线，再测出最外侧2拱架片的支座中心位置，然后测出其余拱架片支座中心位置。

图1 拱式渡槽立面布置

图2 拱式渡槽跨冲沟过流及基础硬化示意图

(2)支撑结构及计算荷载。因拱身跨度及离地高度较大，采用满堂红钢管架支撑外加缆风绳进行加固。首先将拱肋基础范围内分台阶开挖至硬基岩，并在地势平坦处浇筑8m×2m宽，30c m厚C 20砼条形带，便于度汛。钢管架搭接过程中，预留钢管爬梯、操作平台，便于人员上下及作业，钢管架两侧及分层挂安全网防护。

拱身支撑结构中拱架的设计计算最为重要，直接关系施工安全，也是施工质量控制重点，具体过程如下:①拱架的计算荷载考虑拱圈自重、模板、垫木、拱架与拱圈之间各项材料的自重、拱架自重、施工人员、机具重力、横向风力。计算荷载选择:选取单排立柱，以平面杆件体系计算;立杆自由长度取大横杆的间距，两端视为铰接;顶端小横杆按连续杆计算;考虑作用在拱架上的竖直荷载，不考虑水平力和风力。荷载布置:主拱圈为肋拱，肋宽较窄，每根顶端小横杆下布置10根立杆，作用在小横杆上的荷载按集中力荷载考虑。顶端小横杆按七跨连续梁计算。小横杆把荷载以连续梁支反力形式传给立杆，立杆按两端铰接的受压杆件计算。承重架搭设:通过荷载计算、分析，确定承重架搭设参数，立杆间距与剪刀撑，脚手架底部(排)高度1.5m，其余步距不大于1.8m，脚手架立杆纵距0.6m，横距0.6m。剪刀撑按水平距离不大于9m，角度在45°～60°上下，左右连续设置剪刀撑(每间隔4排立杆进行设置)，并延伸到顶部横杆以上。立杆须采用对接扣件进行连接，对于承重架顶部立杆无法采用对接扣件的部位，可采用十字扣件进行搭接，但竖向方向顶部应采用双抱箍施工。架体内封闭，拱肋沿曲线2片拱肋外部操作平台铺设平台，施工层及以下每隔3步和底排内立杆应用密目网或其它措施进行封闭隔离。通道、脚手架外侧应设来回之字形斜道，形成转角平台，设防护栏杆、扫地杆，内设密目网封闭。对基础的要求，搭设承重架前将搭设部位的表土全部进行清理，落在坚硬岩石上，下部垫水平传力垫块。②拱顶预拱度按经验估算:δ=l2/5000*f，设置预拱度时，拱顶处应按全部预拱度总值设置，拱脚处为零，其余各点可按拱轴线坐标高度比例或按二次抛物线分配。按二次抛物线分配时的计算方法，公式为:δ x=δ (1-4x2/l2)，式中:δ x-任意点(距离为x)的预加高度，m;δ-拱顶总预加高度，m;l-拱圈计算跨径，m;x-跨中至任意点的水平距离，m。

(3)拱架的卸落。为使拱架承受的荷载平稳地传授给拱圈，拱架的落架顺序需从拱顶到拱脚、两边对称横向同步落架。落架的同时应加强对拱肋变形观测。

3.3.3 拱肋钢筋、模板安装

(1)拱圈放样。拱圈和拱助采用坐标法放样。首先在搭设的承重架立杆上根据测量的拱底曲线和轴线按照每米一个断面进行放样，以红油漆标识在立杆上，并依据此曲线线形和高程控制点用预先做好的弧形钢管沿标记点形成4道弧形钢管拱圈，再据此拱圈对立杆进行调整，并依据底模所采用的材料厚度进行底模以下的支架系统的模板线放样。

(2)拱肋钢筋、模板。所有钢筋按照二次抛物线对主筋进行放样后在加工厂制作，汽车运至施工作业面，塔式垂直提升，人工绑扎。拱肋的主钢筋提前将钢筋端头预埋入墩台混凝土中，钢筋接头应错开，为适应拱助在浇筑过程中的变形，拱肋的主钢筋接头在间隔缝中设置。

拱肋模板底摸厚度根据弧形木或横梁间距的大小来确定，厚度为5c m。为使侧向放置的模板与拱圈内弧线圆顺一致，预先将木板压弯。拱肋侧面模板，预先按样板分段制作，然后拼装在底模板上，并用拉木、螺栓拉杆及斜撑等固定。安装时，先安置内侧模板，等钢筋入模后再安置外侧模板。模板在适当长度内设一道变形缝，缝宽约2c m，以避免在拱架沉降时模板间相互顶死。处于拱轴线较陡区段的拱段，应设置拱肋盖板。混凝土分别达到设计要求强度后，拱肋模板先拆侧模，后底模。

(3)拱肋及联系梁浇筑。为使拱架变形保持均匀和尽可能最小，拱肋混凝土浇筑采取分段对称浇筑。根据拱长，划分7块，分4次对称浇筑，首先浇筑块1、块2，以防止拱顶模板上翘、拱架变形，其次对浇筑块3进行施工以起到压重作用，最后进行块4浇筑。具体如图3所示。

混凝土设计强度达到70%以上才能浇筑下一段。现场采用2台塔机运输入仓，各区段拱肋间横向联系梁与拱肋同时施工，入仓速度及入仓方量2区段基本一致。填充间隔缝混凝土应由两拱脚向拱顶对称进行，拱顶及两拱脚间隔缝应在最后封拱时浇筑。

图3 拱肋浇筑分块示意图

3.4 拱上排架施工

拱上排架应在拱肋混凝土强度达到设计强度85%后开始施工，排架高度在拱顶高程以下的部分从两拱脚向跨中对称进行，排架高度在拱顶高程以上的部分从跨中向上下游侧对称浇筑。渡槽排架形式有单排架、A型排架，采用 C 20钢筋混凝土结构。排架模板主要采用组合钢模板，螺杆对拉，井架支撑。钢筋制安同拱肋基本一致，混凝土分层以一个横梁为分层高度。

3.5 拱上槽身施工

拱上槽身混凝土在拱上排架混凝土强度达到设计强度后进行。浇筑从拱肋跨中开始向上下游侧对称浇筑。每跨槽身混凝土应一次连续浇完。渡槽槽身采取搭设满堂脚手架作为支撑，承载施工荷载。槽身除槽端采用定型钢模外，其余均采用组合钢模板，现场拼装，钢管作围檩，先安外模后安内模。模板固定采用内顶外拉法，并用剪刀撑连成整体。钢筋制安同拱肋基本一致。混凝土浇筑需先浇弧形底120°范围，其余的随内模边安装边浇筑。浇完后及时洒水养护。如图4所示。

4 结语

渡槽工程是输水工程的施工重点，而拱式渡槽更为重中之重，直接关系着输水工程长期运行安全，必须严格控制各道工序施工质量。为此，拱式渡槽施工前，必须保证下部基础处理施工质量，尤其是拱下支撑系统施工质量;混凝土施工过程中，一定要严格执行科学的分段、对称浇筑等施工顺序、施工工艺，确保施工安全。输水工程拱式渡槽施工可根据不同的地质、地形条件、跨度、高度、功能进行调整，本工程施工方法可为相似工程提供参考。