普溪河渡槽槽身施工过程中预拱度的控制研究

刘 凯，张红霞，陈崇德

(湖北省漳河工程管理局，湖北 荆门 448156)

1 概 述

宜昌市东风渠灌区普溪河渡槽全长1 003 m,最大高度61.5 m，河床段为单跨40 m预应力槽梁式简支结构，设计纵坡 1/600，设计流量15.0 m3/s。槽身断面为矩形，净宽3.1 m，净高2.6 m，侧墙厚0.3 m，侧墙每3.2 m设一道肋(肋厚0.3 m，宽0.3 m)，底板厚0.45 m。由此可见，普溪河渡槽具有高度较高、单跨现浇较长、截面较薄、施工难度较大等特点。基于上述特点，槽身采用大跨度小截面预应力槽身造槽机施工新工法，施工设备为DZS40/500矩形上行式造槽机[1]。

2 槽身预拱度的设置

2.1 槽身预拱度设置

1) 普溪河渡槽槽身施工及运行过程中，存在以下几个变形过程：①混凝土浇筑过程。随着混凝土浇筑数量的增加，槽身模板支撑结构受到的荷载逐渐增加，槽身以及模板体系可能整体产生下挠[2]。②预应力张拉过程。混凝土浇筑完成后，在张拉过程中，在槽身两端施加的预应力作用下，槽身及模板体系可能整体产生上拱[3]。③底模拆除过程。在拆除底模的过程中，模板体系对槽身的支撑作用消失，槽身可能产生下挠[4]。④运行过程。在运行过程中，水流的重力作用于槽身上，槽身可能产生下挠[5]。

2) 针对上述变形，为了使槽身在混凝土浇筑及运行过程中的形态、受力保持最优状况，于槽身混凝土浇筑之前在模板的设计与施工中留出适当的预拱度是非常有必要的。同时，预拱度的设置也是槽身施工质量控制体系中非常重要的一个环节[6]。

3) 预拱度设置。造槽机现场拼装完成后，通过预压试验，确定设备安装过程中的非弹性形变量；模拟槽身混凝土浇筑施工过程，确定外模的弹性变形量；根据设计提供的浇筑及张拉产生的拱度变化以及设备厂家提供的材料弹性变形量等因素，出于运行安全考虑，确定槽身浇筑底模预拱度为55 mm。

2.2 槽身预拱度监测内容

1) 槽身混凝土浇筑时的监测点。槽身混凝土浇筑时的高程监测点分别位于槽身外模左右侧顶部，并对应造槽机左右两侧12根挑梁位置。

2) 张拉及拆除底模后的高程监控。张拉过程中，对槽身挠度的测量贯穿与整个过程。

3) 槽身静载高程监控。为提前掌控槽身在通过状态下的挠度变化，采取静载试验的方式模拟槽身在设计流量作用下的挠度变化。

2.3 槽身预拱度监测成果

1) 以4#槽身观测成果为例(下同)，槽身外模左右侧顶点监测成果整理后数据见表1、表2及图1、图2。

表1 外模左侧顶点的高程监测数据 /m

表2 外模右侧顶点的高程监测数据 /m

图1 浇筑过程中外模左侧顶点高程监测数据变化

图2 浇筑过程中外模右侧顶点高程监测数据变化

2) 张拉及拆除底模后的高程监测。张拉及拆除底模后的高程监测成果见表3、表4以及图3、图4。

表3 槽身左侧点张拉及拆模监测数据 /m

表4 槽身右侧点张拉及拆模监测数据 /m

图3 槽身左侧点张拉及拆模后监测数据变化

图4 槽身右侧点张拉及拆模后监测数据变化

3) 槽身静载高程监测。槽身静载高程监测成果见表5、表6以及图5、图6。

表5 槽身左侧点静载高程监测数据 /m

表6 槽身右侧点静载高程监测数据 /m

图5 槽身左侧点静载高程监测数据变化

图6 槽身右侧点静载高程监测数据变化

2.4 监测数据分析

1) 从表1、表2和图1、图2可以看出，在槽身浇筑过程中，外模顶部(可等同于槽身)下挠度可认为是38 mm。

2) 从表3、表4和图3、图4可以看出，在张拉过程中，槽身起拱为15 mm；而在槽身拆除底模后，下挠为7 mm。

3) 从表5、表6和图5、图6可以看出，通过静载试验，槽身在设计流量作用下的下挠度为7 mm。

4) 通过对4#槽身在设置槽身预拱、浇筑、张拉、拆除底模、静载试验等各个状态下的槽身观测数据，得到如下成果：①4#槽身模板预拱值为+55 mm(设定+为上拱，-为下拱，且相关数据为跨中极值)，浇筑状态下拱-38 mm，张拉过程上拱+15 mm，拆除底模后下拱-8 mm，槽身满载状态下拱-7 mm。②4#槽身最终满载状态下拱度为17 mm。③依据观测成果，在施工后期，槽身预拱度由+55 mm调整至+45 mm。

2.5 监测中的不足

1) 没有考虑到混凝土徐变作用对槽身挠度的影响。徐变作用对于槽身混凝土拱度变化的影响存在两方面：①徐变作用导致的预应力松弛，使得槽身上拱度减小；②混凝土在徐变作用下持续变形，可能加大槽身的上拱值[7]。通常后者占主导作用，故而槽身的上拱度将在1～2年内随着时间逐渐变化。这一点将通过后期的监测过程得以验证[8]。

2) 在混凝土浇筑过程的高程监测中，没有将渡槽排架的沉降影响分开；故而在靠近槽身端部位置17 mm的下挠，是与槽身排架及盆式橡胶支座受压变形的累计量[9]。

3) 槽身在混凝土浇筑、张拉的过程中，相应的挠度变形均带动主梁变形，尤其是槽身拆除底模板的时候，因模板的分离而进一步加剧变形，但这种下挠变形与造槽机主梁无关，对于槽身形变过程分析来说，这是应该予以考虑的[10]。

虽说监测中存在的一些问题，但由于槽身受力结构变形均加大了槽身的上拱度，因此对于槽身安全运行来说是可靠的[11]。

3 结 语

在普溪河渡槽槽身施工过程预拱度的控制中，依据工程建设的实际情况，设置观测点，对槽身混凝土浇筑、张拉、拆除底模、静载试验等各个状态下的槽身变化数据进行观测分析，为渡槽施工提供了可靠的实践数据。虽说也存在不足的地方，但对于同类型渡槽的设计与施工有一定的借鉴作用。尤其是通过对4号槽身两端封堵后蓄水静载，槽身在满槽水静载作用下未发现渗漏痕迹，拱度满足设计要求。