孟楼渡槽单跨槽身吊装前后钢筋应力分析

马宇航，周 强，张 波

（浙江华东工程安全技术有限公司，浙江杭州，311122）

0 引言

渡槽是水工建筑物中应用最广泛的交叉建筑物之一，当输水渠道与河渠、山沟、洼地等相交时，以明渠方式引导渠水、跨越障碍而修建的架空输水建筑，称为渡槽，俗称“过水桥”。随着社会的发展，渡槽的建设要求越来越高，特大跨度渡槽的结构型式已成为目前渡槽发展和研究的方向。

孟楼渡槽槽身采用单孔梁式预应力矩形槽（多侧墙）结构型式，单跨30 m，空槽自重约1 200 t，吊装过程中槽身应力变化情况受到参建各方的关注和重视。为保证特大渡槽槽身安全吊装，同时通过该吊装全面检验设计方案的合理性和施工质量，特在槽身吊装期间对槽身钢筋应力进行了监测，以起到反馈设计、指导施工的作用。

1 工程概况

孟楼渡槽是鄂北地区水资源配置工程的1处输水建筑物，位于老河口市孟楼镇境内，全长4.99km，沿线地形起伏较小。渡槽上接孟楼倒虹吸，下接滕庄明渠；按重现期50年洪水标准设计，重现期200年洪水校核，设计流量38 m3/s，设计水深4.15 m，主体工程建筑物级别为2级，导流工程等临时建筑物为4级，地震设计烈度为6度。

渡槽由进口段、槽身段、出口段三部分组成。槽身段长4 920 m，每跨长30 m，共164跨，为单槽多侧墙矩形槽，采用三向预应力钢筋混凝土简支结构，架槽机预制吊装施工。单槽横断面尺寸：内轮廓6.5 m×5.0 m（净宽×净高），外轮廓 8.7 m×7.1 m，底板厚0.4 m，边墙厚度为0.5m，空槽重量约1200t。槽身底板和侧墙加肋，侧墙顶部设人行道板并加拉杆，肋与拉杆对应布置，中心间距为2.32 m。底肋宽0.4 m、高0.8 m，侧肋宽0.4 m、高0.6 m。侧墙人行道板宽1.7 m，厚0.4～0.5m，拉杆断面0.3m×0.4m。侧墙底梁宽1.2 m，高1.6～2.1 m。槽身横向、纵向、竖向均施加预应力。

2 监测点布置

孟楼渡槽槽身钢筋应力监测断面位于桩号20+735～20+765，共布置38支钢筋计，主要用于槽身横向、纵向和竖向结构钢筋应力监测。监测布置图详见图1～3。

图1 槽身监测纵剖面布置图Fig.1 Layout of monitoring points on longitudinal profile

图2 A-A断面（槽身端部）Fig.2 A-A section(the end of the groove body)

图3 B-B断面（槽身中间）Fig.3 B-B section(the middle of the groove body)

3 钢筋应力监测成果与分析

钢筋计采用坡口焊接法安装，埋设12～24 h后的测值作为初始值。渡槽钢筋绑扎、混凝土浇筑、蒸养完成后移至存槽区（存槽区由4根高1.35 m、截面1.2 m×1.2 m的钢筋混凝土简易墩组成，槽身两端4个马蹄脚放置在简易墩上）进行后续槽身三向预应力施加，其中槽身横向、纵向施加预应力锚索（两端张拉），竖向施加预应力钢筋（后张法）。

吊点距槽身两端各1 m，马蹄腿下方各铺一根钢梁，钢梁两端用螺杆固定，吊装现场情况见图4；槽身起吊后在距端部中心线0.5 m处对称安装钢支座。吊装前后钢筋应力分布详见图5～10。

图4 渡槽吊装现场图Fig.4 Picture of hoisting and installation

图5 吊装前后槽身左侧钢筋应力分布图Fig.5 Distribution of the reinforcement stress on the left side of groove body before and after its hoisting and installation

图6 吊装前后槽身右侧钢筋应力分布图Fig.6 Distribution of the reinforcement stress on the right side of groove body before and after its hoisting and installation

图7 吊装前后A-A断面内侧钢筋应力分布图Fig.7 Distribution of the reinforcement stress on the inner side of A-A section before and after groove body hoisting and installation

图8 吊装前后A-A断面外侧钢筋应力分布图Fig.8 Distribution of the reinforcement stress on the outer side of A-A section before and after groove body hoisting and installation

图9 吊装前后B-B断面内侧钢筋应力分布图Fig.9 Distribution of the reinforcement stress on the inner side of B-B section before and after groove body hoisting and installation

图10 吊装前后B-B断面外侧钢筋应力分布图Fig.10 Distribution of the reinforcement stress on the outer side of B-B section before and after groove body hoisting and installation

3.1 横向钢筋应力监测

3.1.1 槽身顶部拉杆钢筋应力

监测钢筋计R13、R33与槽身顶部拉杆面层钢筋相连接。槽身端部（R13）钢筋应力在吊装前后表现出拉压转换现象，即吊装前为拉应力，吊装后为压应力，这种现象除与真实应力变化有关外，还与吊点、支撑有关，吊装后应力重新调整。槽身中间（R33）钢筋应力受预应力、自重影响，主要为压应力，吊装就位后压应力减小3.31 MPa。

3.1.2 槽身人行道板钢筋应力

监测钢筋计R12、R14、R32、R34位于槽身顶部人行道板与侧墙内侧交界处。人行道板钢筋应力为拉应力，吊装期间均出现拉应力增大，最大拉应力28.12 MPa（R14），槽身端部受拉增长较槽身中间大，详见吊装前后钢筋应力分布图（图8、图9）。吊装就位后，钢筋应力除局部受拉增大外，主要表现为受拉减小，钢筋应力变化量介于-1.74～0.22 MPa间。吊装前后实测钢筋应力过程线见图11。

图11 钢筋计R12、R14、R32、R34吊装前后实测应力过程线Fig.11 Graphs of stress monitored by reinforcement meter R12,R14,R32 and R34 before and after groove body hoisting and installation

3.1.3 槽身底板横断面钢筋应力

监测钢筋计R6、R23位于槽身底板横断面轴线上。其应力为拉应力，吊装期间最大拉应力29.84 MPa（R6），槽身端部受拉增长较槽身中间大；吊装就位后，钢筋应力较吊装前受拉减小明显，最大减小4.74 MPa。

3.1.4 槽身底肋钢筋应力

监测钢筋计R3、R21位于槽身底肋。底肋上横向钢筋应力均为压应力，吊装就位后，钢筋应力均出现受压增长，最大增长5.35 MPa。

3.2 纵向钢筋应力监测

3.2.1 槽身马蹄腿钢筋应力

监测钢筋计R1、R2、R37、R38位于槽身两端马蹄腿上。槽身马蹄腿钢筋全部为受压钢筋，应力值相近；起吊后支座受压明显减小，最大减小16.99MPa；吊装就位后支座应力基本恢复到吊装前测值水平，与前后状况相符。详见吊装前后钢筋应力分布图（图5、图6）。

3.2.2 槽身外主梁渐变段钢筋应力

监测钢筋计R15、R16位于槽身外主梁渐变段。槽底渐变段主要为压应力，吊装就位后均出现受压增大，钢筋计测值变化量基本一致，压应力分别增加7.64 MPa、7.03 MPa。

3.2.3 槽身外侧主梁平直段钢筋应力

监测钢筋计R17～R20、R35～R36位于槽身两侧外主梁平直段。在槽身中间竖向预应力钢筋和纵向“U”型预应力锚索共同作用下，纵向压应力最大值出现在槽身两端；吊装期间钢筋应力除局部受压减小外，主要表现为受压增长；吊装就位后，钢筋应力均呈压应力增大，变化量介于-11.47～-3.69 MPa间。吊装前后实测钢筋应力过程线见图12。

图12 孟楼渡槽槽身钢筋计R17～R20、R35～R36吊装前后实测应力过程线Fig.12 Graphs of stress monitored by reinforcement meter R17～R20 and R35～R36 before and after groove body hoisting and installation

3.2.4 槽身底板钢筋应力

监测钢筋计R5、R22位于槽身底板轴线上。受横向预应力影响，槽身端部呈拉应力、中部为压应力；吊装期间钢筋应力出现不同程度的受拉增大、受压减小；吊装就位后，槽身端部受拉减小1.37 MPa，槽身中间钢筋应力受压增长9.53 MPa。箱梁式受力现象明显。

3.3 竖向钢筋应力监测

3.3.1 槽身侧墙倒角钢筋应力

监测钢筋计R4、R7、R25、R26位于槽身侧墙倒角处。侧墙倒角竖向应力全部为拉应力，吊装前后槽身竖向应力整体变化较小，变化量介于0.68～2.89 MPa间；在槽身中间侧墙的竖向预应力筋作用下，槽身中间较端部应力变化较小,详见吊装前后钢筋应力分布图（图7、图9）。

3.3.2 槽身内侧墙上段钢筋应力

监测钢筋计R10～R11、R29～R30位于槽身内侧墙上段。在槽身中间侧墙的竖向预应力筋作用下，槽身内侧墙上段竖向应力均为压应力；吊装期间受压减小；吊装就位后，除槽身内侧墙右侧上段钢筋应力受压减小外，其余部位受压增长，钢筋应力变化量介于-1.80～2.63 MPa间。

3.3.3 槽身端部侧肋钢筋应力

监测钢筋计R8～R9位于槽身端部侧肋中上段。受槽身自重影响，槽身端部侧肋中上段钢筋应力全为拉应力，吊装期间小幅受拉增长；吊装就位后拉应力减小，端部钢筋应力较吊装前应力衰减较大，钢筋应力分别减小7.98 MPa、6.74 MPa。

3.3.4 槽身中间侧肋钢筋应力

槽身中间侧肋监测钢筋计R24、R27、R28、R31位于外侧侧肋上、下段。受竖向预应力筋和槽身自重影响，侧肋上段主要为压应力、下段主要为拉应力；吊装上部受压减小、下部受拉少量增长；吊装就位后侧肋上段钢筋应力受压增长，侧肋下段钢筋应力受拉减小；除钢筋计R31受压增长17.28 MPa外，其余钢筋应力变化量介于-7.75～-5.60 MPa间，详见吊装前后钢筋应力分布图（图10）。

3.4 小结

通过对孟楼渡槽槽身不同部位在吊前、吊中及吊后进行钢筋应力监测与分析，获得以下几点认识：

（1）受槽身自重、横向预应力的影响，吊装前后横向钢筋应力变化整体较小；压应力主要出现在槽身顶部拉杆和槽身底肋，最大压应力增大4.09 MPa；拉应力出现在槽身人行道板、底板横断面，最大拉应力减小4.74 MPa。

（2）由于槽身单跨长达30 m，在已施加纵向预应力的情况下，吊装前后纵向钢筋应力变化相对于横向较大；其中压应力主要出现在槽身支座、外主梁、槽底渐变段、底板下段，吊装就位后槽身两端受压减小，最大压应力减小16.14 MPa，槽身中间受压增长，最大压应力增大11.47 MPa；拉应力出现在槽身底板上段，吊装就位后拉应力减小1.37 MPa。

（3）受槽身自重、竖向预应力影响，吊装前后竖向钢筋应力变化整体较小；压应力主要出现在槽身内侧墙上段、中间侧肋下段，最大压应力增大6.68MPa；拉应力出现在槽身侧墙倒角、端部侧肋、中间侧肋上段，最大拉应力增大0.68 MPa。

（4）渡槽吊装前后钢筋应力值变化整体较小，应力变化量在设计允许范围内，对结构无不利影响。

4 结语

因槽身已施加横向、纵向预应力锚索和竖向预应力钢筋，整个吊装前后横向和竖向钢筋应力变化相对较小。槽身单跨30 m、自重1 200 t，纵向钢筋应力变化相对较大，应力变化量在设计允许范围内，吊装动作对渡槽结构没有实质影响。渡槽过水工况下，由于水重的作用，各部位仍会有一定的应力调整现象。