大重量现浇渡槽支撑系统施工方案重点问题的探讨

何永煜，郑楚英，陈雁鸣

（1.鄂北地区水资源配置工程建设与管理局（筹）,430071，武汉；2.湖北正衡水利水电检测有限公司,430071，武汉）

大重量现浇渡槽支撑系统施工方案重点问题的探讨

何永煜1，郑楚英2，陈雁鸣1

（1.鄂北地区水资源配置工程建设与管理局（筹）,430071，武汉；2.湖北正衡水利水电检测有限公司,430071，武汉）

鄂北地区水资源配置工程战线长，且多地段存在膨胀土，因此对大重量现浇混凝土渡槽支撑系统施工方案的选择及细致分析非常重要。以该工程2016年第2标段为例，对大重量现浇渡槽碗扣式满堂支架和钢管柱贝雷梁组合支架的方案选择、地基处理和预拱值确定等几个重点问题进行了探讨，指出了需要重点注意的一些问题。同时，对在膨胀土地区使用碗扣式满堂支架和钢管柱贝雷梁组合支架提出了一些新的观点。

鄂北地区水资源配置工程；现浇渡槽；支撑系统

一、工程特点

鄂北地区水资源配置工程（以下简称鄂北工程）的现浇渡槽工程主要集中在枣阳段，以2016年第2标段、第3标段为主，渡槽型式基本相同。以2016年第2标段为例：七方（文庄）渡槽（桩号 98+430～99+650）长1 220 m，分 39跨，单跨 30 m，进口段长30 m,出口段长20 m，设计流量36.2 m3/s；渡槽为单孔矩形槽，三向预应力钢筋混凝土简支结构，宽8.6 m,高 7～6.5 m,单榀重量约 1 160 t；槽身支撑结构为重力墩接混凝土灌注桩形式，最大墩高9.2 m,最小墩高4.2 m,因墩高小于10 m，重力墩均采用实体墩；承台长 12 m，宽 7.5 m,厚 2.5 m,每个承台下设6根直径1.5 m的C25混凝土灌注桩，桩长23.3 m,中心距均为4.5 m；地面至槽底高度为2.33～15.16 m，设计方案为现浇施工。

七方（杨冲）渡槽（桩号100+350～102+090）总长 1 740 m，共 56 跨，设计水深4.07 m，渡槽进口段长35 m，出口段长25 m，槽身结构和尺寸与七方（文庄）渡槽相同；最大墩高16.8 m，最小墩高5.8 m，桩长24.6 m。混凝土强度等级：槽身为UF纤维素一级半C50W8F150，墩帽、墩身为 C30混凝土，承台、灌注桩为C25混凝土。地面至槽底高度为2.49～18.45 m。

二、地质情况

1.七方（文庄）渡槽（桩号98+430～99+650）

七方（文庄）渡槽属于襄枣盆地东缘岗地地貌，地面高程多在111.8～125.5 m之间，地形略有起伏，局部地段为低洼地带，自然坡度一般小于10°，区内农田密布。渡槽沿线出露及揭示的地层主要为上更新统阎庄组坡积层（Q2ydl）黄褐色、褐黄色、红褐色黏土，具中等膨胀性；上第三系（N）蓝灰色泥岩、砂质泥岩，多呈半固结半成岩状态，局部固结较好。该层土埋置深度多在24.5～25.8 m。地基土层主要由中更新统黏性土、上第三系黏土岩组成，仅在局部沟渠、鱼塘部位分布薄层全新统地层，全新统黏土层分布不均，压缩性偏高，不宜作为渡槽的天然地基持力层；中更新统黏性土具中等压缩性，分布不均匀，作为天然地基持力层时需考虑其地基强度和变形能否满足要求。黏土岩地层埋置较深，承载力较高，稳定性好，是桩基良好的持力层，但其埋深较大。

2.七方（杨冲）渡槽（桩号100+350～102+090）

七方（杨冲）渡槽属于襄枣盆地东缘岗地地貌，地面高程多在110.0～118.5 m之间，地形比较平坦，地形坡度多小于 10°，桩号 101+100～101+500段地形稍有变化，多分布梯形农田。渡槽沿线出露及揭示的地层主要为上更新统阎庄组坡积层 （Q2ydl）黄褐色、褐黄色、红褐色黏土，具中等膨胀性，该层土底板高程93.3～106.3 m；上第三系（N）蓝灰色泥岩、砂质泥岩，多呈半固结半成岩状态，局部固结较好。该层土埋置深度多在9～21.5 m。

渡槽沿线地下水水量贫乏，主要为上层滞水，分布在上部人工填土、老黏土的孔隙、裂隙中，受大气降水及区内零星鱼塘渗流补给，下部上第三系（N）黏土、黏土岩为相对隔水岩组，大气降水入渗困难，地下水具活动弱、运移慢、含水低等特点。勘探时测区地下水埋深1.0～5.0 m。

地基土层主要由中更新统黏性土及上第三系黏土岩组成，仅在桩号101+400排灌渠部位分布有薄层全新统地层，局部夹淤泥质黏土层透镜体，土层分布不均，压缩性偏高，不宜作为渡槽的天然地基持力层；中更新统黏性土具有中等压缩性，分布不均匀，上第三系黏土岩呈半成岩状态（即半土半岩状），除少部分固结较好的岩体具备软岩的力学性质外，绝大部分均具备土的性质，作为天然地基持力层时需考虑其地基强度和变形能否满足要求。

三、渡槽支撑方案选择

从以上渡槽的特点和高度来看，现浇渡槽的支撑系统主要采用碗扣式钢管满堂支架和钢管柱贝雷梁组合支架更为可靠、适用，填土高度不大且相邻跨高差较小的槽段也可采用回填土支撑。槽底至地面高差10 m以内的渡槽支撑系统可采用满堂支架现浇施工，槽底至地面高差10 m以上的可采用钢管柱贝雷梁组合支架现浇施工。相关支撑方案特点及选择原因如下：

①碗扣式多功能脚手架是一种先进的承插式钢管脚手架,具有多功能、高功效、承载力大、安全可靠等特点。盘扣式脚手架虽然采用低合金钢制成，单根承载力更高，但目前尚无验收规范，特别是对于超大重量的支撑系统，单根钢管的失稳易造成重大的安全事故，故不采用。扣件式脚手架则比碗扣式承载力低，搭拆时间长，若支撑系统整体采用扣件式脚手架，即使计算时满足要求也不是最优方案。门式脚手架其通用性不如碗扣式脚手架和扣件式脚手架，不在施工单位的优先选择范围。现浇渡槽支撑系统主要采用碗扣式钢管满堂支架。

②高度在10 m以上的渡槽若全部采用碗扣式脚手架支撑，则会带来较大的材料和构件运输量，占用道路、场地，增加工人使用量、材料卸车时间及搭拆时间等，影响施工进度。

③预制渡槽时模板下部的支撑采用扣件式脚手架调节高度和依据高度联结更方便，但现浇渡槽重量过大，与预制渡槽以混凝土支墩为主要承力点有很大的不同。依据计算结果，碗扣式脚手架在渡槽腹板下方布置为0.3 m×0.3 m且富余不多，但采用扣件式脚手架作为钢管柱贝雷梁组合支撑系统模板下方支撑时其承载力难以满足，因此选择碗扣式脚手架。

④钢管柱贝雷梁组合支架支撑方案材料用量少，工人劳动强度低，节省工期，故槽底至地面高差10 m以上的渡槽支撑系统优先采用钢管柱贝雷架组合支撑方案。

⑤碗扣式满堂脚手架基础可采用30 cm厚混凝土，并可利用其作为排水、隔水措施。钢管柱贝雷梁组合支架基础一般采用 10 m×5 m×1.5 m厚混凝土条形基础，但此时如果改为采用钢箱梁筏板基础，将大大减少施工成本和节省工期。

⑥钢管柱贝雷梁组合支架左右两段钢管柱支撑点必须布置在左右承台上，否则容易因地基沉降引起该处渡槽下部的混凝土受拉而开裂（即改变了零弯点）。

四、地基处理

1.碗扣式满堂脚手架地基处理

（1）排水、隔水、遮水

有积水地段需先排尽积水，在施工场地四周做一套完整的防排水系统，以保证水流畅通、不积水，并防止周边地面水倒流进入场地。

支架基础排水系统：地基经平整硬化后设置双向1%的坡度，沿渡槽两侧即距支架外侧1.5～2 m位置设置断面1 m×0.5 m的纵向排水沟，纵向排水沟采用U形接水槽至集水坑，U形接水槽采用彩钢板制成并做好缝间处理；且每隔30 m设一深0.8 m的集水坑，集水坑采用废油桶去掉上盖制成，以便及时抽排积水，避免支架基础被积水浸泡发生沉陷，导致安全事故。

准备好雨布等遮雨遮水材料，随时遮盖。为防止相邻墩位雨水渗透，对相邻墩位采用钢管脚手架搭设带坡的雨棚遮盖，并同时作为临时材料、工具储存仓库。

（2）地基处理

由于支架基础为原状土，局部存在低洼、湿地地带。施工前先进行清表，平整场地。为减少后期施工地基沉降的影响，需对软弱地基进行换填处理，有积水地段需先排尽积水，清除表层软土后换填碎石（一般填筑深度在0.5～1.5 m之间），碎石采用挖机、压路机分层回填压实，每层厚 25～30 cm，回填至基础顶面，换填宽度由测量人员按1:1放坡，顶面宽超出梁体投影线各1.5 m控制，确保地基承载力满足设计要求（≥200 kPa）。

若原地貌高差变化较大或遇沟渠必须保持畅通时，应分节段将场地平整为台阶形布置，可利用立杆0.6 m节点位差进行调整。

地基处理前，先请监理、业主单位确认渡槽支架搭设场地原地表情况及地面标高，并检测地基承载力，对承载力不满足设计要求的地段需进行地基处理。场地平整及软基换填处理的工程量以施工过程中实际发生量为准，需经监理、业主确认。

（3）基础硬化

地基基础处理合格后，测量人员放出渡槽翼缘板边的垂直投影线，在投影线外侧左右各加宽1 m处架立模板，浇筑30 cm厚C20混凝土垫层，以增强基础的整体稳定性及承载力，减少地基变形。浇筑过程中控制好整个场地平整度及1%的横坡，浇筑完毕后派专人养护，养护不少于7天，防止出现裂缝；且需切缝，缝深5 cm，形成4 m×6 m方格网。最后,组织有关人员进行检查验收，经验收检查报验合格后方可进行支架搭设施工。

（4）槽钢安置

在施工场地完全硬化后,根据支架安装横断面、纵断面图,利用全站仪按渡槽结构形式尺寸放出槽钢安放的具体位置，采用12 m长的#18槽钢沿渡槽方向横向布置，槽钢须铺放平稳，不得悬空。为了稳定槽钢不移动，在安放好的槽钢两端浇筑M10砂浆固定。

（5）设置地基沉降监控点

基础沉降监测点采用长10 cm的Ф10钢筋点焊槽钢里，支架顶部的观测点设置在工字钢上，并喷红油漆做标记（施工时在相应的观测点处对底模板开一个方形槽口处理，槽口大小保证能够安放塔尺，预压完成后进行封闭处理，预压施工注意加载物覆盖观测点）。具体布置要求:①沿渡槽结构纵向每隔1/4跨径布置一个监测断面；②每个断面上的监测点不少于5个，且应该对称布置。

2.钢管柱贝雷梁组合支架地基处理

（1）地基处理

由于支架基础为原状土，局部存在低洼、湿地地带。施工前先进行清表，平整场地。为减少后期渡槽施工地基沉降的影响，对混凝土基础部位（扩大1 m）需对薄层全新统地层软弱地基进行换填处理，有积水地段需先排尽积水，清除表层软土后换填碎石 （一般填筑深度在0.5～1.5 m之间），采用挖机、压路机分层回填压实，每层厚25～30 cm，回填至基础顶面，换填宽度由测量人员按1:1放坡，顶面宽超出槽体投影线各1.5 m控制，确保地基承载力满足设计要求（≥200 kPa）。

如果地基基础是回填土、杂土，且厚度较深以及膨胀土隔水后，采用200 t.m强夯法对筏板基础部位进行夯实。

对局部夹淤泥质黏土层透镜体地基，可采用砂石桩地基施工工艺进行处理并结合钢箱梁筏板基础，可有效提高地基承载力。砂石桩所采用材料如下：砂，中、粗混合砂，含泥量不大于5%。含水量要求在饱和土中施工时采用饱和状态；非饱和土中施工时，含水量采用7%～9%。软弱黏土，砂和角砾混合料，不宜含有粒径大于50 mm的颗粒。石，碎石，粒径一般5～20 mm，级配良好，含泥量不大于5%。

（2）混凝土基础

根据计算结果，混凝土基础采用C25二级配普通混凝土，基础尺寸为10 m×5 m×1.5 m.

（3）场地硬化

地基基础处理合格后，安排测量人员放出渡槽翼缘板边的垂直投影线，在投影线外侧左右各加宽1 m处架立模板，浇筑5～10 cm厚C10混凝土防水层，浇筑过程中控制好整个场地平整度及1%的横坡；浇筑完毕后派专人负责养护，养护不少于7天,防止出现裂缝；最后组织有关人员进行检查验收，经验收检查报验合格后方可进行支架搭设施工。

五、预拱值确定

本项目由于部分地段存在中膨胀土，因此要预留合理的预拱值，以防地基沉降造成渡槽下部混凝土受拉而开裂，但也不能预留过大的预拱值，以防土体膨胀造成渡槽上部开裂。

碗扣式钢管支架预拱值和钢管柱贝雷梁组合支架预拱值的确定要考虑以下影响因素：①支架在荷载作用下的弹性压缩；②受载后由于杆件接头挤压和卸架设备压缩而产生的非弹性变形；③支架基础在受载后的非弹性压缩以及预应力张拉等因素。经计算，碗扣式钢管支架预拱值为37.12 mm，钢管柱贝雷梁组合支架预拱值为42.29 mm。

渡槽恒载及施工荷载取5个控制点，即取跨中和离跨中一半2个点与两端共5个点，两端预拱值为零，以控制变化。

全部加载后，不可立即卸载，需持续施压24 h，并随时对观测点进行观测，直至变形稳定后，再进行卸载。卸载必须对称，逐级进行。 卸载的同时，并对不同的观测点进行标高测量，然后通过预压前后同一点标高差值及支架的弹性变形量、渡槽的挠度等得出底模的预拱度之和，通过U形托座调整底模标高。预拱度最高值设在渡槽的跨中，其他各点的预拱度由中间最高值向两端零值按二次抛物线进行分配。

六、结 语

大重量现浇混凝土渡槽支撑方案的选择直接关系到渡槽混凝土的施工安全、质量及施工工期、成本。高度不同的渡槽可分别选用碗扣式脚手架支架和钢管柱贝雷梁组合支架。其中，钢管柱贝雷梁组合支架如能配合钢箱梁筏板基础，可明显节约工期和成本。同时，不同地基下的基础处理也应采用不同的、更为适用的方式。预拱值的设置也应考虑膨胀土地基的膨胀因素。

[1]晏家会，等.拉洛工程渡槽结构与施工工艺浅议[J].中国水利，2016（20）.

Major issues related to construction options for supporting system of big weight cast-in-situ aqueduct

He Yongyu,Zheng Chuying,Chen Yanming

Due to long construction period of Water Allocation Project and existence of explosive soil in many parts of North Hubei Province,it is crucial of having careful selection and detained analysis for the supporting system of big weight cast-in-situ aqueduct.Taking No.2 bidding section of 2016 as an example,discussions are made on comparative selection between cuplok full support system and bailey beam combination stent,foundation treatment,as well as defining of pre-cambering value.Problems that need special focus on and new ideas are proposed for the adoption of cuplok full support system and bailey beam combination stent in expansive soil area.

Water Resources Allocation Scheme in North Hubei Province;cast-in-situ aqueduct;supporting system

TV672.3

B

1000-1123（2017）22-0040-03

2017-10-11

何永煜，枣随部主任，教授级高级工程师。

责任编辑 郑 爽