高温地区多跨渡槽槽身施工方案优化比选

2022-09-02蔡华和中国水利水电第九工程局有限公司

珠江水运 2022年15期

◎蔡华和中国水利水电第九工程局有限公司

渡槽作为干旱地区的跨越河流、狭窄场地、低洼地段或者河流等复杂空间的架空水工建筑物，在水利工程中应用非常广泛，渡槽水利工程有助于提升区域范围内人们的整体生活质量。而且渡槽工程相对于其他的涵洞、虹吸等工程，渡槽施工速度快，占用面积少，水头损失也比较小。排架式渡槽下部为悬空结构，在修建时需要搭设支撑体系，立模板后浇筑上部渡槽槽身结构混凝土，对于施工单位而言，复杂的支撑体系会增加人工成本，降低施工效率。因此，优化混凝土配合比设计，选用合适的排架支撑体系，形成一套快速周转、措施材料节省、施工质量好的施工方案，可以为项目创造经济价值。

1.工程概述

海南省红岭灌区工程东干渠土建施工第Ⅲ标段工程，渡槽共14座，渡槽槽身共计453跨，槽身混凝土设计强度为现浇C25钢筋混凝土，槽身单跨跨径主要包含四种：14.96m、12.46m、10.96m、9.96m，过水断面形式为U型，支承型式为槽墩、排架式。

22#～29#渡槽（201 跨）半径2.65 m，断面尺寸(宽×深)为5.3m×3.91m，槽壳厚度0.265m，设计流量29.0 m/s，加大流量33.35m/s，糙率n=0.014，基础地基承载力不小于180KPa，26#渡槽21#排架墩设计高度H=23.8m，为本标段最高设计排架。

30#～35#渡槽（252 跨）半径2.55 m，断面尺寸(宽×深)为5.1m×3.8m，槽壳厚度0.265m，设计流量26.5m/s，加大流量30.48m/s，糙率n=0.014，基础地基承载力不小于165KPa，31#渡槽槽身84跨，为本标段设计槽身数量最多的渡槽。

2.混凝土工程施工

2.1 混凝土配合比设计优化

海南当地气温较高，混凝土的初凝时间较短，渡槽混凝土施工场地复杂，槽身混凝土浇筑过程中需要延长混凝土的初凝时间，混凝土初凝时间需要满足大于拌合站拌制时间、运输时间、浇筑时间、其他因素造成的损失时间，根据实际情况，本项目控制在240min以上，以保证混凝土的浇筑质量。同时在混凝土浇筑后，强度越早达到拆模强度，相关的支架就可以尽早地倒运到下一跨进行施工，减少渡槽施工支架的占用时间，但是混凝土的原材料或者外加剂所调节的成本尽量在可控范围内。根据设计资料要求渡槽槽身混凝土设计强度为现浇C25钢筋混凝土，对C25混凝土配合比进行比较研究分析，常规混凝土的配合比设计见表1。经过优化后的混凝土配合比见表2。

表1 常规C25混凝土配合比设计

表2 优化后混凝土配合比设计

通过渡槽槽身混凝土试块试验分析，常规配合比的混凝土初凝时间为240min左右，优化后的混凝土初凝时间在260min左右。优化后的混凝土可以满足龄期7天能够达到设计强度的65.6%～74.4%提升到90%左右。既满足了现场施工的要求，同时也缩短了混凝土强度增强的时间。

2.2 混凝土浇筑

渡槽均处于低洼地或水田段，地势低，地质差，交通条件较差，现场均在渡槽一侧征租6m宽临时用地，修建6m宽度的施工便道。渡槽基础埋深不少于3m，渡槽垫层、基础混凝土采用挖掘机直接入仓或者溜槽入仓浇筑。渡槽排架截面尺寸0.9×0.65m，断面较小，高度在0.45～23.8m范围内，现场浇筑时采用25t自卸车+吊罐或天泵入仓浇筑。槽身混凝土浇筑高度较高，采用天泵入仓方式。

槽身混凝土在排架顶横梁混凝土强度达到设计强度的100%后才能进行。浇筑从槽身跨中开始向上下游侧对称浇筑，以保证端肋受力均匀。每跨槽身混凝土一次连续浇筑。槽身底板及支座混凝土厚度较大，按一般混凝土施工的50cm分层控制。塌落度不小于200mm。混凝土料经现场试验人员做试验确定为合格料后方可入仓浇筑。由于海南天气炎热，在5月～10月浇筑混凝土时，避开高温时段，尽量安排在晚上浇筑。

槽身底板从中间开始往两边浇筑，分两层浇筑，端肋位置按照50cm一层，分层浇筑到与槽身底板平整。混凝土入仓应从内模中间仓口入仓，均匀上升。底部浇筑饱满，振动充分后关闭中间仓口。端肋浇筑时可以在端部安装附着式振捣器或从端肋顶部往下采用φ50振动棒进行振动。

侧壁为薄壁结构，浇筑混凝土时特别要控制浇筑速度和混凝土打棒。中仓入仓口关闭后，混凝土应从侧仓入仓，顺着一个方向，每50cm一层浇筑入仓，每层混凝土浇筑时间控制在30min～60min。当混凝土浇筑离侧仓口50cm时，应停止混凝土入仓，通过采用金属物件对模板进行敲打，如听出有空洞的声响，必须对此进行重新振捣密实。配置φ30振动棒，直至振动到没用空洞的声响。模板拐弯处也可以安放移动式附着振捣器进行内外模板振捣。

浇筑到离侧仓口50cm时，振动棒应从顶部往下进行振捣。

侧仓以上浇筑最容易出现模板移动和错位现象，现场质检人员应严格控制混凝土浇筑速度。派1～2名专业人员对模板螺栓、内模撑杆和外架进行观测和加固处理。在浇筑全过程中随时观察其地基沉降、模板变形观察，发现有小范围可调控时及时调整。对大面积、不可调控时，撤离人员观察其情况再进行处理方案。

3.支撑体系工程施工

3.1 支撑体系设计

渡槽排架高度不等，最高排架高度23.8m，排架净空高度≤2m时，渡槽混凝土模板采用地模形式，排架净空高度＞2m且≤9m时，采用直插式双自锁钢管满堂脚手架支撑体系，排架净空高度＞9m时，采用钢管贝雷架支撑体系。由于钢管贝雷架支撑体系是利用渡槽排架承台作为受力基础，节约基础处理费用及施工时间，而方柱形灌注桩单排架，由于设计承台宽度不足，不足以作为贝雷架支撑体系的的受力基础，因此FGP型排架部位槽身全部采用满堂脚手架支撑体系进行施工。采用钢管贝雷架支撑体系时，渡槽基础预先进行处理，增加条形基础。

3.2 支撑体系施工

3.2.1 满堂脚手架施工

清理场地，采用挖机或者压路机压实基础，支架两侧开挖排水沟，避免积水对支架基础造成影响。测量放样，搭设满堂脚手架，满堂脚手架底层扫地杆距离地面高度不大于30cm，逐层搭设满堂支架至设计渡槽标高底部，通过顶托进行标高调节，满足渡槽的设计的坡度，两侧搭设上下通道，施工采用汽车吊辅助进行。

表4 槽身模板投入对比分析

3.2.2 贝雷架支架施工

支架主要是利用板式基础上台阶作为支承，通过搭设钢管柱、贝雷梁等构件形成受力支架体系，首先进行钢管柱安装，钢管柱底座与承台采用膨胀螺栓固定，每隔3m与排架柱采用钢丝绳抱箍加固，防止偏移和倾覆；钢管柱顶端放置100t砂桶，采用焊接限位钢板等方式将砂桶固定，防止偏移和倾覆；砂桶上部横向放置两根I50C横梁，横梁采用槽钢抱箍与排架柱连接，防止横梁偏移和倾覆；横梁上部纵向铺设12组贝雷梁，与横梁接触点设置限位钢板，防止偏移；贝雷梁放置横梁后，按照横向60cm间距铺设分配梁。

4.经济分析

根据优化配合比后的混凝土，浇筑7天后能满足拆模要求，大大加快了模板周转次数，槽身模板需使用的数量分析如下：

（1）槽身模板占压时间计算。槽身混凝土施工流程及时间：立底模及外侧模1天，扎钢筋1天，立内模1天，浇筑1天，等强度1天，内模拆除1天，外模拆除1天，等强度4天后拆除底模，拆除时间1天。

（2）满堂脚手架及钢管贝雷片支撑体系经济比较。槽身在相同高度情况下，以平均高度18.5m为例进行计算，采用满堂脚手架及钢管贝雷片支撑体系材料使用情况及成本见表3。

表3 两种支架法的成本计算

（3）混凝土成本分析。渡槽槽身共计453跨，槽身混凝土总方量36088方。分别对配合比优化前后的材料成本进行分析，通过计算，优化前1方混凝土的成本为444.31元，优化后1方混凝土的成本为498.28元，混凝土总体的成本回增加194.77万元。

（4）人员、设备投入经济分析。使用优化前配合比进行槽身混凝土的施工，每套模板配置施工人员10人，25t汽车吊1台；使用优化后的配合比进行槽身混凝土的施工，每套模板配置施工人员15人，25t汽车吊1台。按照人工费用240元/日，汽车吊租赁费30000元/月计算，使用设计配合比进行槽身混凝土的施工每完成一跨槽身人工、设备费用为（240×10×15+30000/30×15）/10000=5.10万元，共计453跨槽身，总投入2310.3万元；使用优化后的配合比进行槽身混凝土的施工每完成一跨槽身人工、设备费用为（240×7×15+30000/30×7）/10000=3.22万元，共计453跨槽身，总投入1458.66万元。

通过对槽身模板配置、槽身混凝土材料投入、槽身施工人员、设备投入等方面进行经济对比分析，使用优化前配合比、优化后的配合比成本对比如表5，可知使用优化后的配合比进行槽身混凝土的施工可以节省投资约1286.31万元。