水利工程大跨度拱式渡槽连拱施工技术

易小军

（中国葛洲坝集团第一工程有限公司 湖北宜昌 443002）

引言

海南省红岭灌区工程是我国172项节水供水重大水利工程项目之一，是红岭水利枢纽工程的配套工程，承担着向琼东北地区工农业生产及城乡居民生活供水的任务。其中，湾岭渡槽是红岭灌区工程的控制性工程项目和施工重难点，拱式渡槽更为重中之重，直接关系到输水工程长期通水运行安全，必须严格控制各道工序施工质量。为此，拱式渡槽施工前，必须保证拱下支撑体系施工质量，拱肋混凝土施工过程中，严格执行科学分段、对称浇筑等施工顺序和施工工艺，确保拱肋结构施工安全。

1 工程概况

海南省红岭灌区工程湾岭渡槽全长2153.6m，根据地形共布置39跨拱式渡槽+11跨简支梁式渡槽。槽身半径3m，壁厚30cm，设计过水流量为45m3/s。其中，39跨拱式渡槽连拱布置，每隔3～4跨拱圈设置单向推力墩，共设12个，推力墩之间各拱圈的拱脚高程不变。拱式渡槽共布置3种双肋变截面悬链线无铰拱式：第一种为矢跨L=40m、矢高f=10m拱圈，共20跨；第二种为矢跨L=49m、矢高f=12.25m拱圈，共15跨；第三种为矢跨L=65m、矢高f=16.25m拱圈，共4跨。三种拱圈拱肋中距6.5m，拱轴系数m=1.347，拱厚变化系数N=0.5。

2 连拱拱圈施工技术

2.1 拱圈支撑体系布置

为降低临时工程投资，支架搭设和拆除方便快捷，确保施工时支撑体系的稳定和现浇混凝土结构质量，本工程采用碗扣式满堂红钢管支撑体系。支架结构由支架基础（不小于50cm厚石渣、20cm厚C20混凝土面层）、底部方木及可调底座、φ48×3.5mm钢管立杆、横杆、扫地杆、剪刀撑、可调托撑及方木等组成。矢跨40m、49m拱圈支架宽均为9.6m，矢跨65m拱圈支架宽为10.2m。支架立杆纵向间距为60cm，横向间距为60cm，步距为1.2m，支架底部按横向60cm间距铺设10cm×10cm方木，可调底座放在底部方木上，立杆顶部采用可调托撑调整拱形，以适应拱弧线变化和卸拱需要，可调托撑上横向设10cm×15cm方木，拱肋底模直接铺装在方木上固定。为增强模板支架的稳定性，支架四周立面从底到顶连续设置竖向剪刀撑，中间纵向和横向从底到顶连续设置竖向剪刀撑，剪刀撑间距不大于4.5m。剪刀撑的斜杆与地面水平夹角为45～60°，斜杆与立杆交叉点采用旋转扣件扣接牢固。

2.2 预拱度计算与选择

拱肋在施工过程中，模板支架在施工荷载作用下发生的非弹性变形、弹性变形和地基沉降等若不严格控制，会直接影响到拱肋混凝土施工质量，待渡槽通水运行后，拱肋混凝土甚至可能会出现裂缝。为使在不同工况荷载作用下拱轴线符合设计要求，拱肋施工时需预留与变形方向相反的抵消量。通过支架预压消除支架的非弹性变形和地基沉降，并计算支架的弹性变形量。预拱度主要为支撑系统弹性变形值和拱肋结构挠度，双肋拱结构挠度通常取δ=L2/6000f～L2/4000f。经计算和试验检验，失跨 40m、49m、65m 拱肋预拱度分别为 0～10.009mm、0～12.264mm、0～32.500mm。在装拱肋底模前，失跨40m、49m、65m拱肋通过支撑顶托调整的拱顶预拱度值分别为10.009mm、12.264mm、32.500mm，拱脚预拱度值为0mm，拱肋预拱度以拱的悬链线方程曲线对应调整。

2.3 支架预压及预拱度复测

为检验支架的稳定性，消除支撑体系的非弹性变形和地基沉降，测量支架的弹性变形量与理论计算值进行比较分析，并为后续支架搭设提供准确可靠的经验数据，在底模铺装完成后，应进行支架预压。支架预压荷载为拱肋钢筋混凝土与模板重量之和的1.2倍，预压材料为砂袋。

（1）监测点布置。模板支架预压前，对支架进行沉降监测点布置，双拱肋均沿拱轴线每隔1/8矢跨径布置一个监测断面，每个监测断面上对称布置2个监测点。

（2）加载。支架纵向加载时，由拱肋跨中向支点处对称进行加载，横向加载时，由拱肋中心线向两侧对称进行加载。加载完成并预压72h后，对各监测点进行观测。

（3）卸载。预压完成并达到要求后，进行预压砂袋卸载。预压砂袋按照后压先卸，先压后卸的顺序进行卸载，卸载过程中对称、均衡、同步卸载。卸载6h后，监测各监测点的标高，计算各监测点的弹性变形量和非弹性变形量。卸载后，基础无明显沉降，支架最大沉降量为20mm，支架的弹性变形量与理论计算值基本吻合，测量人员按照预拱度值最后一次校正拱肋底模各点标高控制线，采用顶托调整底模至控制标高线并加固。

2.4 模板结构形式与安装

由于拱肋为变截面结构，为保证混凝土外观质量，拱圈模板采用定型钢模板，由底模、侧模、盖模及系梁模板组成，按照跨径、弧长分段制作，每块模板有固定编号，便于安装。拱肋模板安装包括底模控制点设置、模板安装、拱轴线复核等步骤。

（1）底模控制点设置。以拱脚中心点为坐标原点，拱跨径为X轴，拱高为Y轴，均匀测出拱肋下缘全跨48点坐标作为控制点。

（2）模板安装。按照模板编号顺序依次铺装底模，在支架上连成拱。为防止拱肋模板在浇筑时产生向上反拱现象，对底模进行下拉加固。侧模安装时需兼顾拱肋预留间隔槽，侧模一次到位。处于拱轴线较陡区段的拱段，在盖模上间隔设置下料窗口，混凝土从窗口下料、振捣，混凝土浇筑边上升边安装窗口盖板。为消除模板在制作时的误差以及模板安装时的偏差而造成装模与拆模困难，在模板设计时，拱顶底模、侧模及盖模对称两侧预留2cm的间隙，模板安装时间隙用木板等软性材料填充。

（3）拱轴线复核。底模、侧模及盖模全部安装完成后，对拱轴线校验点进行复核测量，以降低误差。

2.5 拱肋混凝土浇筑

（1）混凝土配合比选取。本工程选用自建拌和楼拌制混凝土、混凝土泵车送料入仓的施工方式。拱肋混凝土选用C35二级配泵送混凝土，塌落度160～180mm，并且掺加缓凝高效减水剂和粉煤灰。

（2）拱肋混凝土浇筑。为避免拱肋混凝土因拱架下沉而开裂，及减小混凝土的收缩应力，沿拱跨方向拱肋采取分段对称浇筑，各段的接缝面应与拱轴线垂直，各分段之间预留间隔槽（后浇带），间隔槽宽度均为1.2m，其宽度满足钢筋接头的需要。分段位置遵循支架受力对称、均匀及变形小的原则，间隔槽位置避开横联系梁及拱上排架柱。为防止拱肋分段混凝土浇筑时，底模起拱，避免拱轴线变陡而产生整体偏差及拱肋模板的失稳，按照设计规定的顺序浇筑，即先拱脚、再拱顶，最后拱中的浇筑顺序进行。由于拱肋混凝土结构要求较高，各分段混凝土应一次连续浇筑完成，浇筑完成后应及时覆盖洒水保湿养护。

混凝土由拌和楼集中拌制，8m3混凝土搅拌车运至施工部位，采用混凝土泵车同时进行两区段的浇筑，各区段拱肋间横向联系梁与浇筑拱肋同时施工，混凝土入仓速度及入仓方量两区段基本一致。拱肋分段浇筑时，混凝土重量主要通过底模传递到下部支撑排架，最终传递到支架基础上。拱肋施工时要加强对边拱座和中拱座的水平位移监测，发现有异常，采取加固支架等应对措施。

（3）拱肋封拱温度控制。按照设计技术要求，间隔槽混凝土在拱肋分段混凝土强度达到设计强度的85%后进行，封拱合龙温度在15～23℃之间进行。由于该工程所在地属于海岛热带季风气候区，拱肋封拱安排在阴天或夜间施工，必要时采取拌和用水加冰块、提前进场水泥、骨料仓搭设遮阳棚等混凝土温度控制措施，降低混凝土出机口温度。

将间隔槽的钢筋接头按规范要求错开采用电弧焊焊接，并将一期混凝土表面全部凿毛，清理干净，采用对称浇筑方法进行间隔槽混凝土封拱。间隔槽混凝土采用比拱肋高一等级C40混凝土，为防止混凝土出现收缩裂缝，混凝土掺8～10%膨胀剂，混凝土坍落度为10～12cm。封拱完成后，及时覆盖洒水保湿养护。

2.6 拱支架卸落

为使拱架承受的荷载逐渐、平稳地传给拱圈，防止单拱卸架及不对称卸架对拱座的推力影响造成连拱垮塌事故或产生不利裂缝，采用三（或四）连拱同时卸落支架施工技术。拱肋混凝土强度达到设计强度的100%后才能允许拱架卸落。卸落前，在拱架上画好每次卸落量的标记，按提前拟定的卸落程序卸落拱架，分几个循环卸完，卸落量开始宜小，以后逐渐增大，分3次卸落，采用口哨和对讲机配合指挥信号。单跨拱卸架人数分2组，每次均按三（或四）跨从拱顶至拱脚同步、对称、匀速的顺序进行，期间观测拱圈挠度和拱座位移情况，一旦出现异常，暂停卸落，进行全面检查。第一次：松动拱支架上顶托2.5mm左右；第二次：在首次卸落后一天进行，第二次卸落5mm左右；第三次：第二次卸落后，观察拱圈受力情况，无异常后进行第三次卸落，拱架彻底脱离拱圈，形成裸拱主拱圈完全受力。

3 结语

拱式渡槽施工采用落地式满堂红钢管支架现浇连拱施工技术，通过改变拱肋混凝土浇筑顺序以适应并调节拱架变形顺序，采用不分期、分肋段多工作面对称浇筑法，在一定程度上突破了无绞拱的常规一次浇筑成型的施工方法，有力地保障了工程质量及施工安全，加快了施工进度，为后续类似工程施工积累了宝贵经验，具有一定的参考价值。