大跨度双曲拱石索渡槽施工方法及质量控制

刘军平,黄向军,屈伟康

（渭南市石堡川水库管理中心,陕西 澄城 715200）

0 前言

灌区续建配套与节水改造项目是我国灌区现代化建设的一项重要任务。而大中型灌区的工程隐患基本发生在枢纽和输水渠道重要建筑物当中。过去在渡槽施工工艺等方面开展较多的探讨,如渡槽关键技术控制、渡槽施工专项方案优化对比等,但对大跨度双曲拱渡槽施工工艺研究很少,现结合石索渡槽移址重建过程中的施工方法及质量控制进行分析讨论。

石索渡槽是渭南市石堡川水库灌区干渠上的控制建筑物之一,渡槽位于灌区上游,是向渭南市白水、澄城两县城市供水和农业灌溉的咽喉工程；原有石索渡槽病险严重、危及输水安全,主要表现为槽身混凝土老化、碳化严重；钢筋裸露,锈蚀严重；排架、双曲拱存在明显裂缝；槽壳混凝土冻胀脱落,钢丝网裸露；基础边墩存在冲坑等。移址重建的石索渡槽采用大跨度（单跨85 m）双曲拱结构支撑,2020 年11 月～2022 年5 月进行工程建设,主体建成后整体结构宏伟、壮观,是目前陕西水利史上单跨最大的双曲拱渡槽工程。

1 工程概况

移址重建的石索渡槽位于渭南市石堡川水库干渠10+460.9 m～10+633.9 m,全长173 m,设计流量9.0 m3/s,加大过水流量11.5 m3/s,设计纵坡1/750。由进口渐变段（长度8 m）、槽身段（长度155 m）、出口渐变段段（长度10 m）三部分组成；渡槽槽身下部支撑采用拱上排架支撑结构,主拱圈共布置2片悬链线变截面矩形肋拱。拱肋为单跨双曲拱,净跨径85 m,净矢高17 m,矢跨比为1/5。拱肋断面尺寸为100 cm×140 cm（宽×高）,在拱脚位置设置100 cm×160 cm（宽×高）的截面；两片肋拱间采用75 cm×105 cm（宽×高）横系梁连接,主拱圈混凝土标号为C40。

2 拱肋支撑技术方案

渡槽拱肋线性布设在一定程度上影响内力的分布,直接影响主体结构的稳定性和安全性。石索渡槽主拱肋采用支撑（由护基土坝、拱座、“安德固”满堂脚手架三部分组成）现浇法施工。渡槽净跨度85 m,净矢高17 m,拱顶距离基础土坝上部砼顶面高度为24 m,因此拱肋轴线线性控制的关键是控制拱座、基础沉降变形和满堂脚手架本身的弹塑性变形。拱座基础的沉降变形和拱座本身的非弹性变形可通过提前预压处理来消除,而满堂架预压时产生的弹性变形直接影响着预拱度的调整；另外,混凝土徐变产生的位移在设置预拱度时也必须考虑。

3 拱肋施工工艺

3.1 基础土坝质量控制

1）对渡槽上下游岸坡进行基础土方开挖,依据碾压试验相关数据,分层摊铺并回填（充分利用基础土方）,25T 压路机碾压,分层现场取样,确保各项指标符合设计和规范要求。

2）素土回填完成后进行1 m 厚（分4 层回填）的2∶8 灰土回填,现场拌和、摊铺、碾压、取样；最后在顶部浇筑长度82 m,厚度25 cm 的C25 商品混凝土做为满堂架搭设基础。

3）满堂脚手架选用目前较为先进的“安德固”脚手架,实施前,组织了省内7 名专家对满堂架脚手搭设专项施工方案进行论证,在可行的基础上,明确了搭设的方法、步距、排距、链接、顶托等具体要求。

3.2 模板工程质量控制

1）主拱肋模板采用木模,现场加工制作,底模根据设计图纸要求的坐标进行严格的线性控制,在考虑架体拆除后拱圈自重、温度变化等因素影响下的弹性下沉,其预留拱度使支撑拆除、拱圈下沉、轴线、高程符合设计要求。

2）支撑架体砼模板同标高对称搭设和拆除,拱间连系梁模板与拱柱同步施工,拱肋底模采用“满堂支撑为主,斜拉支撑为辅”的顶撑定位方案,对称安装到位,采取斜支撑、剪刀撑等加固措施防止模板位移,通过对支撑系统预压来消除满堂支撑架体变形和地基沉降,预压荷载为（拱肋+排架+槽身满水）自重之和的1.5 倍,预压材料为袋装土,每袋自重为2.3 t～2.4 t,分组分区对称预压,每组连续加载72 h,观测支撑系统的沉降位移和即时加固。

3）根据混凝土施工经验,为确保拱肋砼不自然流淌,石索渡槽拱肋采用四面支撑,拱体两侧模沿高度方向上设置4道防水拉杆固定,拱上部顶模根据砼浇筑现场即时固定。

3.3 钢筋工程质量控制

1）主拱肋受力钢筋根据拱弧度在加工时预先进行放样并弯曲,为避免钢筋安装过程中因自重产生侧压力而位移,架体随满堂架升高并进行加固支撑。

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2）所有钢筋均采用人工绑扎,严格按照设计图纸要求进行放线定位,保证钢筋规格、型号、间距、排距、搭接、保护层等位置准确。

3）主筋28 mm 钢筋接头采用现场机械套丝连接,使用前及时送样报验,箍筋采用绑扎,接头位置错开,钢筋搭接采用双面焊接,接头之间距离不小于60 cm,钢筋加密区严格按照设计要求施工。

4）对留置施工缝钢筋必须做好固定,混凝土浇筑完成后需及时检查、校对、验收,确保预留钢筋位置准确。

3.4 混凝土工程质量控制

石索渡槽主拱圈长（轴线）93.74 m,分五段浇筑,其中两拱脚为第一段、第五段各17.97 m 长,拱顶为第三段长20 m,拱顶至拱脚两侧为第二段和第四段各18.3 m 长,在第三段两端对称预留“后浇带”两处（每处0.6 m）共1.2 m。

混凝土浇筑：根据确保满堂架变形最小、主拱肋对称受力不发生冒顶的原则,主拱圈分3 次对称浇筑,混凝土选用外购商品混凝土,自行式泵车（两台）入仓的施工方法。主拱圈混凝土选用C40 泵送混凝土,塌落度控制在120 mm～140 mm,运输进场耗时控制在60 min 以内,两台泵车同时对称工作,浇筑顺序为先拱脚第一段、第五段,其次为拱顶第三段,最后浇筑中肋第二段、第四段。对称的区段同步浇筑,浇筑速度保持一致,及时观测两边浇筑高度,尽可能同步,若发现对称浇筑高度超过6 cm 时,及时调整浇筑速度,保证两侧受力均等。两拱肋之间的连系梁适时同步浇筑。同时预留两侧对称“后浇带”各60 cm 长,位置选在接近拱顶两端,待主拱肋浇筑28 d 强度满足要求后进行“后浇带”混凝土浇筑,设计封拱合龙温度为9℃,施工时间选择在8 月20 日下午19 时以后进行,浇筑前对拟合龙段进行物理降温,提前联系制冰厂制作成90 cm 长,30 cm 高,20 cm 厚的冰块规格,对两侧和底板模板采用冰块加棉被包裹,保证混凝土入仓温度,实际测量为8.7℃～8.9℃；连续冰块冷却养护7 d,正常养护21 d。

养护：主拱肋混凝土浇筑完成后,整体浇水养护,前7 d养护次数为6～8 次,后期养护为4～6 次,连续养护28 天,养护期间保持混凝土表面湿润。

4 矩形槽身混凝土施工质量

1）槽身组合钢模板：石索渡槽槽身设计为矩形,在模具选择上采用了组合钢模板,在保证外形几何尺寸基础上,加强内框钢模板,其形状如矩形槽壳内轮廓线,选用防水拉杆固定在外形钢模具上,保证混凝土厚度,槽身设计每节为5 m,内外模选用定型加工的成套组合钢模板,钢板厚度为5 mm,三角包角处采用角钢钣金焊接,两侧堵头采用定型钢板加工而成,现场固定,不仅起到了堵头和加固作用,同时固定了止水带。

2）钢筋制作安装：槽身钢筋在使用前检查并清理表面锈蚀,在钢筋加工区进行分类加工并标码堆放,分别采用50 t、80 t 吊车吊运至工作面,按照规范要求进行布置、搭接、绑扎及焊接等,其安装位置准确、牢固；保护层采用标准垫块铺垫,数量和间距符合规范要求,垫块尽可能与钢筋绑扎固定,底板上层钢筋下部的支撑马镫按实际面积（每平方米保证3 个）和钢筋直径要求使用。

3）混凝土质量控制：槽身混凝土浇筑采用分组“跳仓法”,每5 节为一组,分批施工。每组浇筑前,组织建设单位、设计单位、监理单位、施工单位代表实际检查商混站使用的原材料情况,其水泥、砂子、石子、水等的要求必须符合设计要求,对外加剂的掺和量、最佳砂率、最小用水量、塌落度等进行出厂和现场测试；并召开座谈会议,和商混站负责人就混凝土配合比、拌和时间、运输罐车数量、运输间隔时间、运输道路备选方案等做好部署和应急预案；确保混凝土入仓及时无泌水现象。槽身混凝土浇筑要保持两侧对称浇筑,施工前做好验收工作（包括施工部位、几何尺寸、槽身比降、起拱数值；钢筋和模板的工序验收、安全措施、劳力准备、现场水电、振捣设备及数量、环境保护、临时道路等）,严格控制“三检制”,监理验收合格后并出具开盘证方可浇筑。入仓混凝土要均匀摊铺,施工顺序为先底板后侧墙,振捣方式采用插入式振捣器振捣,其移动间距控制在作用半径的1.5倍内,插入下层砼内的深度保持在50 mm～100 mm,与侧模距离应保持50 mm～100 mm；同时保证振捣时间,避免发生过振、漏振现象,振捣标准以混凝土不明显下沉、不出现气泡等为依据。底板混凝土浇筑完成后及时进行原浆收面,确保平整度满足设计要求。

5 施工效果评价

石索渡槽主体实施完成表明,大跨度双曲拱施工是经过计算验算符合设计的基础上进行施工的,在充分利用满堂脚手架支撑,通过对大跨度主拱肋合槽身的线性布设、模板工程、钢筋工程、混凝土工程影响主体施工质量的各个环节进行严格把关,保证后浇带合龙温度在设计要求9℃以内,施工质量得到了控制。大跨度双曲拱肋混凝土浇筑顺序的优化调整,以适应调节脚手架变形,采用了同期、对称浇筑法,加快了工程进度,同时使施工质量得到有效控制。根据现场检查主拱圈和槽身混凝土外观、几何尺寸、强度、拱脚测量、变形观测等数据,检测结果显示各项指标均在允许范围之内。

2022 年7 月初通过了渡槽充水,充水试验分封堵、充水、停水、检查、排水等5 个环节,分级加载,逐级校验,分级卸载,在渡槽两端同时充水,槽身最大充水深度1.4 m（设计水深1.33 m）,累计充水量720 t,历时5 天；充水试验期间完成的监测任务包括：应变测试、挠度测量、位移测试、外观检查等,各项监测结果符合设计要求,渡槽槽身和接头完好,无渗漏。渡槽充水试验的目的是通过充水加载试验,记录渡槽在荷载作用下的结构应变,为渡槽在工况荷载能力评定和后期运行提供科学依据。