浅谈混凝土输水箱涵施工——以南水北调中线一期工程天津干线为例

石 菊，葛 坤，褚 峰

（北京金河水务建设集团有限公司，102206，北京）

一、工程概况

南水北调中线一期工程天津干线采用无压接有压全箱涵全自流输水，起点位于南水北调总干渠河北保定徐水西黑山村西，桩号0+000～10+515.140段是无压箱涵段，桩号10+690.500～155+305.074段为有压箱涵段，无压段与有压段由文村调节池连接。西黑山进口闸至有压箱涵段全长15.208 km，西起天津干线起点，东至河北徐水丁家庄。除混凝土输水箱涵外，该设计单元的水工建筑物还有进口闸枢纽、保水堰、通气孔、倒虹吸、公路涵等，共计30座。无压输水箱涵以2孔为主，尺寸分别为3.7 m×3.7 m和4.4 m×4.4 m；有压输水箱涵为3孔，尺寸为4.4 m×4.4 m，见图 1。

图1 三孔有压输水箱涵示意图

二、主要建筑物的功能及作用

输水箱涵主要起输水作用，是长距离输水常采用的一种结构型式；倒虹吸、公路涵等是在穿越地面或地下其他建筑物时采用的一种输水箱涵型式；通气孔是避免或减缓空气压力对结构物造成破坏的一种建筑物；调节池是连接上游水流并为下游提供水源的水池；保水堰起到保持下游箱涵有压，保护箱涵的作用。

三、施工方法

1.施工测量

开挖前复核箱涵线路，若存在问题，须及时联系有关单位解决。完成平面位置及高程网测量，经校验无误后进行测量放线。

开挖过程中，要对平面位置、标高、水准点等进行校核，确定满足设计及规范要求后继续开挖，不满足的及时纠正，避免造成更大损失。

开挖至箱涵基础面后，只有经测量人员复核结构物底高程、位置及轴线满足设计及规范要求后的才能进行结构施工。

2.土方明挖

工程进场后，测量人员进行测量网布设时，由技术负责人牵头，项目部其他人员参与，调查施工范围内地下结构物及管线数量、位置、走向及其与已建工程的关系，绘制出地下构筑物、管线与已建工程的位置关系图，为顺利开挖做好基础工作，避免后期出现不必要的麻烦。

考虑到施工期临时排水及施工降水，须在开挖断面中预留肥槽，肥槽内设置排水沟及集水井，使用水泵将雨水抽出，保证干槽施工；施工降水以屯庄河倒虹吸断面为典型断面计算确定降水井的埋置深度及数量 （此处地下水位高于基础面）。施工降水未达到规范要求的，不可进行基础开挖。

开挖前须先进行清表工作，将原地面上非种植土以外的覆被或不具备回填要求的覆被全部清除干净，在此基础上按照开挖边界线从上至下分层分段依次开挖，随着开挖边坡按设计坡度放坡一次成型。随时复测高程，在建基面以上30 cm停止机械开挖作业。

3.基槽平整

基面留30 cm保护层，人工用铁锹配合手推车清除，过程中测量人员随时跟测，保证不超挖。

沟槽地基面完成后，设计地质工程师须及时现场验收地质情况，满足设计要求的，土方开挖验收合格后进行垫层施工；不满足要求的，由设计单位给出处理方案，按方案处理完成后组织地基处理验收。

4.钢筋混凝土箱涵施工

输水箱涵施工分两期浇筑成型，第一期浇筑到底板顶面以上侧墙50cm高程位置，第二期浇筑剩余墙体及顶板。工艺流程图见图2。

（1）混凝土垫层浇筑

基面验收合格后进行垫层施工准备工作，放线、定位置、支模板。

浇筑前由测量人员定出偶数浇筑段的端头边线，在距离边线80 cm处预埋Φ16螺纹钢筋，钢筋长25 cm，埋深10 cm。预埋钢筋为支设止水带模板使用。

垫层利用10 cm×10 cm木方子支模，混凝土罐车运至现场直接进行浇筑，浇筑过程中挂线控制高程。

（2）钢筋工程

对到达现场的钢筋认真检查，满足要求后取样送检，对于已经检验合格的每捆或每盘钢筋进行标识。

钢筋下料前，技术人员根据钢筋图放样，绘制钢筋加工图表，经技术负责人校核无误对钢筋加工人员进行交底后，方可进行加工。加工后的成品钢筋按使用的部位、形状等分别堆放并挂标识牌。

对钢筋混凝土结构的工程量、进度与成本进行权衡，选择钢筋接头方式。主筋以直螺纹丝扣连接为主，分布筋以绑扎方式连接。正式实施前，将《钢筋连接工艺性试验方案》上报监理单位审批，批复后进行主筋连接工艺性试验。试验项目包括接头外观质量及拧紧力矩检查，二者均满足《水工混凝土施工规范》4.4.7条的要求后再进行接头试件抗拉强度检验，这一指标需送至有资质的检测单位出具检测报告。接头强度满足设计要求等级后，将试验结果上报监理单位，经批复后方可加工接头。

钢筋安装要点如下：

①钢筋保护层

图2 钢筋混凝土箱涵施工工艺流程图

钢筋保护层使用与混凝土同标号的50 mm×50 mm水泥砂浆垫块，材料需从合格的供货单位购买。

②架立双层钢筋

保证底板底层和顶层的间距满足设计要求，由技术人员根据现场实际情况对钢筋桁架定型定位。一般情况下，利用分布筋设计钢筋桁架。桁架由上下层钢筋间的分布筋与Φ12短钢筋焊接而成，其中Φ12短钢筋的长度等于上下层钢筋净距。底板筋钢筋桁架间距1.2 m，短钢筋间距75 mm。侧墙双层钢筋间架立的钢筋桁架间距1.5 m。

③底板筋的绑扎

先在垫层上弹好钢筋位置线，按位置线摆放底板底层主筋。为确保弯起延伸至墙体内主筋的垂直度、间距及稳定，利用脚手架挑出的顺水杆临时绑好固定。主筋的间距、根数经检查符合设计图纸要求后绑扎底板底层的分布筋。分布筋连接方式为绑扎连接，最小搭接长度要满足《水工混凝土施工规范》4.4.5条的要求。底板底层钢筋处于受压区，为Ⅱ级钢筋，混凝土抗压强度25 MPa，查《水工混凝土施工规范》表4.4.5可知搭接长度应不小于30 d。主筋和分布筋的接头均应分散布置，并遵守《水工混凝土施工规范》4.4.8条的相关规定。底板底层钢筋在受压区，虽然主筋接头为Ⅰ级不受限制，但实施中本工程的主筋及底层分布筋接头在同一截面上均按不超过50%执行。钢筋交叉点采用#22铅丝绑扎，为满绑，不能有松扣及漏绑点。底板底层筋经检查合格后，把钢筋保护层垫块垫好。同时放置钢筋桁架，用电弧焊与主筋点牢，但不能咬伤主筋断面。上层钢筋摆放在桁架上与下层钢筋对齐。底板上层钢筋在受拉区，同一截面主筋接头分布不超过50%，分布筋绑扎接头不超过50%，根据《水工混凝土施工规范》表4.4.5，分布筋搭接长度应不小于40 d，分布筋与主筋的绑扎方法同下层钢筋。然后绑扎腋角的倒角钢筋。

④墙筋及顶板钢筋的绑扎

底板混凝土强度具有2.5 MPa后，进行施工缝处理，要求无乳皮微露小石。经验收合格后绑扎墙体钢筋。每道墙内布置2道立桁架。

图3 箱涵一期模板安装示意图

顶板钢筋绑扎方法与底板相同。

（3）模板工程

①制作异型模板

异型模板主要包括箱涵角模，在具有相应资质的模板厂家定做。

施工缝处堵头模板用2 cm厚木板配以Φ12钢筋制成桁架。墙体、底板、顶板等不同部位需根据图纸具体尺寸而定。

②一期（底板顶面以上50 cm墙）模板

一期模板外墙模主要以P6015和P3015现场进行拼装，内模的角模采用定制的专用钢角模。为了保证模板的稳定性，设置对拉螺栓和锚固螺栓。为保证底角模板的稳定性，加螺栓固定，在每块角模每孔中心线两侧1 700 mm位置设置垂直锚固筋，每根锚固筋在与箱涵内底同高的位置上设锥形螺母一个，待拆除模板后将锥形螺母剔除，螺栓孔用微膨胀干硬性水泥砂浆回填并振捣密实，与墙面保持平整。模板外利用钢管整体固定。见图3。

③二期（墙体及顶板）模板

内模用钢模台车施工，可以实现整装整拆，并可解决因模板接缝引起的混凝土错台现象，提高混凝土的外观质量。

在箱涵转弯段利用简易模板台车施工。架子管简易车搭拆方便，钢模固定于搭设槽钢上方，并通过顶撑与下方架子管简易车相连，可以通过顶撑调节顶模高度。其余模板采用普通钢模拼接。

二期模板采用三排Φ16对拉螺栓进行加固，以箱涵内底为±0的相对高程， 在 1 800 mm、2 700 mm、3 800 mm位置处各设一道对拉螺栓，水平间距为150 cm。在对拉螺栓中部加止水环，以解决浇筑成型混凝土的渗水问题。螺栓两端设锥形螺母，待拆模后将锥形螺母剔除，方法同一期。模板纵肋为两根一组10 cm×5 cm钢方子，每组间距为75 cm；采用Φ48×6钢管做支撑体系。为了保证外侧模板的稳定性，在外侧设置三道斜支撑，保证箱涵外侧模板的整体稳定性以及成型混凝土箱涵外墙的垂直度。见图4。

顶板模板采用台模模板。一个仓面完工后，通过人工牵引分别拉到下一个仓面。

④模板拆除

墙体混凝土强度不低于3.5 MPa时，一般时间为24 h后方可拆除外侧模板；顶板混凝土强度达到设计强度75%时才可拆除，制作同条件试块，以测得的实际抗压强度作为拆模的唯一依据。拆除时严禁用铁棍乱撬，以免损伤混凝土、影响外观质量。

（4）混凝土工程

混凝土工程使用的机械设备为47 m混凝土泵车，设置于浇筑仓位中间位置。

一期混凝土浇筑包括底板和底板以上50 cm墙体。验收合格后及时开仓。开仓前洒水湿润垫层，采用平铺法分层浇筑，每层厚度控制在30 cm左右。箱涵倒角位置分三层铺料，每层浇筑厚度10 cm。

在进行二期混凝土（箱涵侧墙及顶板）浇筑前，先在一期与二期混凝土接缝处洒水湿润，再铺一层3 cm左右的同标号水泥砂浆，之后进行二期混凝土浇筑，每30 cm厚度为一层，分层铺料。先从两边墙开始浇筑，之后浇筑中墙。为了在浇筑过程中模板等的稳定性，使中墙内混凝土面始终低于两边墙混凝土面30～60 cm。

混凝土浇筑时须先平仓后振捣，采用HZ—50插入式振动器采用垂直振捣的方法进行混凝土的振捣作业。对施工缝处要细致振捣，对下层混凝土要尽快覆盖。在振捣上层混凝土时，振捣棒应插入下层混凝土中5～10 cm，消除两层之间的接缝。振捣棒应距离模板15～20 cm。止水带周围由专人细心振捣，设模板工看护模板，保护好止水带，可在模板外侧用橡皮锤人工加以捣固密实。

在混凝土养护方面，箱涵内涂刷养护剂并用喷雾器在箱涵内侧墙面上喷水养护，养护期间时刻保证内墙墙面处于湿润状态。箱涵外部冬天使用棉被覆盖养护，干燥炎热季节使用无纺布覆盖洒水，时刻保湿。养护时间不少28天。

图4 箱涵二期模板安装示意图

（5）变形缝

图纸要求一般情况下每15 m设一道变形缝（缝宽3 cm），但在标段分界点、纵断拐点、结构及钢筋变化处、施工方法变化处、涵顶平均覆土厚度或基础处理深度差超过3 m处均要设置分缝。缝间填充材料为3cm厚闭孔泡沫塑料板、橡胶止水带（宽度352 mm，厚度8 mm），迎水侧填充双组份聚硫密封胶。变形缝处的三种材料进场后及时复检，各项指标符合设计要求后报验监理，经批复后方可使用。

四、混凝土施工质量保证措施

1.组织措施

混凝土浇筑前明确各作业队管理人员名单，负责模板安装以及实施混凝土浇筑有关组织管理工作。项目部明确混凝土出站性能指标检测负责人；质量部明确混凝土进场性能指标检测负责人；工程部指定专人负责监督作业队按照已批复方案施工，核对混凝土配合比；物资部门负责保证混凝土供应工作。确保每个环节责任人明确，出现问题时能找到相应责任人。

2.技术措施

混凝土原材料质量必须合格，在此基础上进行配合比设计，碱含量控制在2.5 kg/m3以内。若后续原材料厂家变化，要重新进行配合比设计，满足设计、规范和碱含量要求方可使用。

3.混凝土裂缝控制措施

①混凝土原材料及配比直接影响裂缝的产生。最好采用水化热低的水泥，掺加粉煤灰、矿粉等混合材料，减少混凝土中的水泥用量，最好将其控制在220 kg/m3左右。粗骨料建议使用二级配（5～20 mm 和 20～40 mm），这样既可减少混凝土早期温度上升量，又可以降低混凝土本身的收缩量。

②浇筑完成后立即封堵洞口，避免洞内产生过堂风。

③混凝土浇筑过程中，在每道隔墙的两端和中部分别预留三个测温孔，孔深30 cm左右。测温自混凝土浇筑完毕起，前3天每隔1 h测一次，若混凝土内部温度过高须及时采取措施进行控制，避免裂缝产生。第4—7天每天测8次。第8—15天每天测2次。混凝土内外温差控制在25℃以下，大于25℃时要采取降温措施，如搭设遮阳棚等。

④为防止产生过大约束应力，应缩短墙、顶板混凝土与底板混凝土的浇筑间隔时间，最好控制在14天内。

⑤合理选择浇筑时段，保证浇筑温度满足要求。高温季节浇筑混凝土时，采取在搅拌站原材堆场搭棚的措施，降低混凝土出机温度，进而保证入仓温度符合要求。夏季选择在下午4点以后开始浇筑，浇筑结束时间控制在次日早晨7点以前。冬季混凝土入仓温度不低于5℃。

⑥混凝土内外温差较大时，尽量延长拆模时间，以便维持表面温度和湿润程度，拆模后及时覆盖，避免太阳暴晒。同时，须避免风大时拆模。