山区复杂地形条件下大型渡槽施工技术

徐仁军

(中国水利水电第十一工程局有限公司，河南 郑州 450001)

1 概 述

渡槽作为跨越河流、深峡谷、窄场地等复杂条件下的架空输水构筑物，在水利工程中应用较广。与涵洞相比，渡槽在跨越沟谷和河道时不改变原有的行洪断面；与倒虹吸相比，渡槽施工工序少，施工较为简便，施工占地少，且水头损失小；在有交通要求的地方，渡槽上面还可以做交通便道，这使得其应用相当广泛。

从施工工艺技术区分，渡槽可分为两种：一是预制装配式；二是现浇整体式。对于前者而言，预制装配式渡槽在施工过程中所耗费的成本较低，建筑材料、劳动力的损耗也较少，施工速度较快，在质量控制方面也比较简单。但是这些都不足以掩盖它的缺点，即山区复杂地形条件下施工过程中难以解决的难题，如适宜的预制场地，预制完成的渡槽槽身运输，就连吊装都有极大的实施难度。故一般来说，现浇整体式结构的应用比较多。

2 实例分析

四川省蓬溪船山灌区为武都引水第二期灌区工程的发展灌区，是继武引二期灌区之后的一项具有灌溉、城乡工业生活供水等功能的综合性大型水利工程。西梓干渠延长段上共布置有5座渡槽，总长798.0 m。毛沟沟1号渡槽及毛沟沟2号渡槽长均为84 m；龙马垭渡槽长252 m；狗儿垭渡槽长280 m；鹅背山渡槽长98 m。通过对5座渡槽所处的部位、地形条件、施工现场的交通条件及施工成本等因素进行技术经济分析和比选，提出渡槽工程各种不同的施工方案，解决的关键问题在于山区大型渡槽支撑系统地基选择及设计、槽身支撑系统、模板加固方式、混凝土入仓方式、贝雷梁支架沉降监测等工序的施工方案。

(1)渡槽支撑系统地基选择及设计技术

本工程渡槽基础多为弱风化粉砂质泥岩，饱和抗压强度3.6 MPa，为极软岩；弱风化砂岩，饱和抗压强度11.1 MPa，为软岩；新鲜砂岩饱和抗压强度18.3 MPa，为较软岩。施工区域土层压缩变形大、透水性微弱、抗剪强度和承载能力均较低。由于土层厚度较大、开挖工程量较大，若要利用其作为渡槽支撑系统地基，须进行加固或相应的工程处理。通过计算设计合理的基础形式，从而达到承重及支撑结构稳定的要求。

(2)不同跨高及跨距、不同地形渡槽槽身支撑系统技术

本工程渡槽距地面高度1～28.4 m，标准墩距14.0 m、最大墩距25 m。根据不同跨高及跨距、不同地形对传统支架及钢管贝雷梁形式安全性、经济性、适用性等比选后确定其支架形式，从而达到节约成本的目的。

(3)模板加固方式

针对薄壳结构渡槽槽身施工，采用合理的模板加固方式，以及承受不同类型荷载的支撑系统，防止浇筑过程中结构产生变形。

(4)混凝土入仓方式

本工程渡槽为“U”型薄壳槽身，结构复杂、钢筋分布较密，仓面狭窄(槽身混凝土壁厚18～20 cm)，混凝土入仓、振捣难；应寻找一个合理的入仓方式解决混凝土入仓难问题。

(5)贝雷梁支架沉降监测

由于受地形复杂、跨高跨距大以及浇筑过程中的不稳定因素，需要在贝雷梁选取合适部位布置测量控制点进行实时监测。

3 关键施工技术与应用

(1)渡槽支撑系统地基选择及设计技术

渡槽施工区域内土层压缩变形大、透水性微弱、抗剪强度和承载能力均较低。在搭设贝雷架钢管柱位置利用反铲开挖至基岩后，进行地基承载力试验，大于等于设计地基承载力200 kPa时，方可在基础位置施工钢筋混凝土承台，承台结构根据槽身尺寸设置为600 cm×250 cm×50 cm。承台采用C25混凝土浇筑，贝雷梁钢管柱通过法兰盘与预埋在承台上部的2 cm厚钢板埋件相连接。

(2)不同跨高及跨距、不同地形渡槽槽身支撑系统技术

渡槽排架高度在3 m以下的槽身施工，支撑系统结构形式采用满堂支架+定型钢模施工，基础处理采用回填石料+槽钢的形式，达到了节约基础处理成本、减少脚手架用量、实现快速施工的目的。

施工工艺：场地平整、处理→材料配备→底座→纵向扫地杆→立杆→横向扫地杆→横向水平杆→纵向水平杆→剪刀撑→铺脚手板→扎防护栏杆→扎安全网→验收、挂牌使用→拆除。

施工方法：渡槽槽身模板共设19道支撑架，间距80 cm左右，满堂脚手架的排距为80 cm，结合槽身混凝土的浇筑次序及U型结构的特性，满堂脚手架的间距为40 mm；渡槽槽身模板整体宽度为6 m左右，满堂脚手架搭设宽度为8 m，左右各留1 m的人行通道位置，每侧人行通道于槽底和槽顶各设置1道。地面至下部人行通道采用简易楼梯连接，上下通道采用竖梯连接，并设防护栏杆、防护网等，满铺马道板。

满堂脚手架支架系统混凝土、模板等荷载传递路径：模板支撑架→满堂脚手架顶托→立杆→地基。

渡槽排架处于山间垭口地形复杂或者排架高度3 m以上的槽身施工，支撑系统结构形式采用钢管柱+千斤顶+贝雷片+定型钢模施工，贝雷梁基础利用板式基础上台阶作为支承；不但从材料及人员投入中得以控制，而且操作工艺简单、拆卸方便。

贝雷梁支架系统混凝土、模板等荷载传递路径：模板支撑架→贝雷梁支架→钢管柱→地基。

钢管柱安装：钢管柱底部座法兰盘与混凝土基础承台预埋地脚螺栓连接固定，延钢管柱竖向每隔3 m采用I14工字钢与渡槽排架柱水平连接固定，防止钢管柱偏移和倾覆。钢管柱顶端放置液压千斤顶，并采取合理的限位方式固定千斤顶，防止千斤顶水平位移和倾覆。千斤顶顶部布置2根50C工字钢横梁，横梁采用槽钢抱箍与渡槽排架柱水平连接，防止横梁位移。工字钢横梁上部纵向铺设5组加强型贝雷梁，贝雷梁与横梁接触部位设置限位钢板，防止贝雷梁位移；贝雷梁顶部按照纵向80 cm间距铺设20号工字钢分配梁，分配梁位置与槽身外模支撑架位置保持一致。

完成上述杆件安装和节点加固后，进行渡槽槽身外侧模板安装和加固。槽身两侧各设置2道风缆绳，地锚设置在渡槽中心线8 m以外，两端各设置1处。1.0 m×1.0 m×1.5 m地锚采用C20混凝土浇筑而成，地锚内设置φ10钢筋网片，锚环采用φ20圆钢制作成“几”字形，浇筑地锚时预埋，埋深0.5 m。缆凤绳采用6×37型，直径17.5 mm的钢丝绳，一端系于地锚，一端系槽身模板上。

(3)模板加固措施

槽身模板加固采用20号工字钢横梁，通过增设槽身上下横梁连接使压顶与底模对拉防止槽身内模上浮，压顶工字钢横梁间距1 m。在模板顶部将内、外模板连接，承受混凝土浇筑和振捣的测向压力和振动力，防止浇筑过程中产生变形、模板上浮和胀模，所有模板间缝隙均填塞双面胶防止混凝土浆液外流(见图1)。

图1 模板加固示意

(4)混凝土入仓措施

在槽身内模两侧设置2排混凝土受料入口，不但解决混凝土入仓问题，同时也作为底部混凝土振捣作业口，确保槽身底部混凝土的振捣质量。在受料口处布设竖向溜桶，以实现混凝土顺利入仓；受料口间距为1.9 m，以保证混凝土填充整个模板空间，混凝土振捣密实，保证混凝土的质量。混凝土浇筑顺序采用先中间后两端，从渡槽的中部开始向两端对称浇筑，均衡上升，每层浇筑厚度控制在30～50 cm内。中部采用附壁振捣器，其他部位主要采用φ30型软轴振捣棒振捣。

(5)合理布置贝雷梁沉降监测点

①贝雷梁挠度计算

贝雷梁支架上的荷载主要包含永久荷载和可变荷载，永久荷载包括钢筋混凝土重量、模板重量及支架自重，可变荷载包含施工荷载和风荷载。根据《路桥施工计算手册》和《桥梁支架安全施工手册》以及相关的规范进行贝雷梁的挠度计算。

贝雷梁采用上下加强弦杆的单层321加强型，双排单层加强型贝雷梁EI=2 425 224.48 kN·m2。

②施工过程中贝雷梁变形观测

贝雷梁顺水流方向布置3排监测点，每排按横槽向左、中、右布置3个监测点，共9个沉降观测点。监测点采用徕卡全站仪配套的反射片，贴在贝雷架底部侧面，便于全站仪观测监测点高程。使用徕卡全站仪，后方交会法设站，设置仪器的EDM模式为反射片测量模式，直接测量每一个监测点的绝对高程，做好记录。当沉降超过限值时，应及时向浇筑负责人汇报。

对每一个监测点的测量时段为：浇筑前初始值→第四车混凝土荷载施加完成→第六车混凝土荷载施加完成→第八车混凝土荷载施加完成→第九车混凝土荷载施加完成→第十车混凝土荷载施加完成→第十一车混凝土荷载施加完成结束测量。

对每一个时段的所有监测点监测数据作好外业记录，录入在在Excel中计算出各测点的相邻两次沉降值和累计沉降值(见图2)。

(a)

(b)

(c)

③贝雷梁沉降对比分析

根据渡槽结构的各种荷载组合计算得出贝雷梁的最大沉降值为53.67 mm，施工过程中通过对各个监测点的连续沉降观测，2号监测点的沉降值最大为22 mm。

由此得出的结论，山区复杂地形条件下大型渡槽施工，采用贝雷梁结构支撑系统方案，既满足结构安全要求，又能得到最大的经济效益。

4 推广应用情况及前景

渡槽工程施工中属危险性较大的分部工程，属高空作业、安全责任较大，如果施工过程中采取方案不合理将造成不可预见的损失，所以应针对渡槽施工安全、经济及合理性等方面进行比选及优化来确定其施工工艺及方法。

通过山区大型渡槽施工技术，积累渡槽的相关施工技术及经验，分析施工中关键点及控制要素，总结了一套经济、适用的渡槽施工方法，保证了工程的施工质量，降低了施工成本。

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