南水北调中线干渠渡槽工程施工技术

2022-12-23苏冠仁

河南水利与南水北调 2022年11期

苏冠仁

（广东顺水工程建设监理有限公司，广东佛山 528300）

0 引言

南水北调中线一期工程总干渠Z施工标段，位于宝丰县境内，起点位于平顶山市鲁山县辛集乡马庄东500 m 附近，终点位于宝丰编组站北侧约100 m处。桩号：SH（3）19+707～SH（3）25+759.6，全长约6.05 km。此工程主要为平顶山及以北地区城市生活、工业用水输送优质水源。某一灌渠渡槽工程是Z施工标段主体工程项目渠渠交叉建筑物工程内容之一。结合此渡槽工程施工实践，分析研究渡槽施工技术基本内容具有重要的工程建设实践意义。

1 工程概况

此渠是以昭平台水库为水源的灌溉渠道，引水流量1.70 m3/s。此灌渠渡槽轴线与南水北调一期总干渠轴线正交，交叉点总干渠设计桩号SH（3）23+776.5，大地坐标X＝3 746 993.427，Y＝502 973.603。此灌渠渡槽总长237 m，其中进口段30 m，槽身段100 m，出口段（含连接渠）107 m。槽身段采用C50预应力钢筋混凝土结构，设计为5跨结构，除中跨跨径为24 m外，其余跨径19 m，槽身净高1.40 m，净宽1.50 m。支承槽身结构设计为独立桩墩，基础为单桩桩基，墩桩直径设计为1.20 m，边桩、坡桩及中桩高度分别为11、15和18 m，桩基混凝土均为C25。此渡槽槽身均为简支预应力结构，钢绞线束采用Φs15.20 mm 高强低松弛钢绞线，抗拉强度1 860 MPa，张拉控制应力σcon=0.75fpk=1 395 MPa；预制槽身混凝土要求养护龄期不小于14 d，截面应力强度达到设计强度的100%时，即可开始张拉预应力钢束；钢束采用两端对称张拉；钢绞线束张拉过程中实施双向控制；张拉顺序以施工图纸设计为准。贯穿钢绞线束时必须保证各钢绞线间始终相互平行。

2 渡槽灌注桩施工

此灌渠渡槽桩基采用冲击钻成孔。先安装GJF-20型冲击钻机，进行灌注桩施工；现场制作钢筋笼，人工配合25 t吊车安装；在拌和站集中拌制混凝土，采用9 m3混凝土罐车水平运输，水下混凝土灌注。在钻孔过程中，随时检测泥浆比重、桩深、桩径、桩位；钻至设计桩底标高时，检查孔径、孔深、孔倾斜度，符合要求后进行清孔。自检合格后通知监理检查验收，安装钢筋笼，再次进行洗孔，清至桩底沉淀层厚度符合要求后，下放导管距离桩底40 cm。采用25 t汽车吊、料斗，导管法进行水下混凝土浇筑。桩基浇筑施工采取连续作业。

3 槽身混凝土施工

在现场就近布置预制场地，一次性台座底模进行预制、张拉、灌浆，预制用16 t汽车吊配合完成。槽身采用汽车吊抬吊就位安装，吊装设备配置情况是：1辆260 t与1辆130 t、1辆100 t吊车抬吊共3辆汽车吊；运输车为480马力拖车2台，一次在预制场装一片；钢丝线绳6×37+1，钢丝公称抗拉强度为155 kg/mm，直径56 mm，绳长12 m，4根。

开始张拉施工前检查孔道和锚垫板，合格后安装预应力钢束，安装时，将一孔内全部预应力筋编号整体编束后穿入孔道内，安装锚具，混凝土强度达到100%设计强度时，按照监理审批的渡槽张拉方案进行张拉，张拉后进行孔道灌浆。切割预留的工作钢绞线，预留3 cm，用环氧砂浆封锚。

4 预应力管道安装施工

预应力管道采用金属波纹管。在底、侧板钢筋绑扎成形后，应按预应力钢绞线束坐标准确确定预应力金属波纹管道位置。预留管道各截面均隔定位网，焊接在专用卡具上，定位网要与马凳筋及箍筋绑扎牢固，将定位网片按编号与设计位置绑扎好，且与渡槽钢筋绑扎同时，定位网每0.50 m设置一个，用宽胶带包缠管道接头以防止漏浆。浇筑混凝土前应再次检查管道是否有损伤，预应力管道安装施工时需要注意的是：现浇槽身的预应力钢绞线必须在浇筑混凝土前安装到位，同时注意钢绞线外露长度必须满足设计要求。

5 钢绞线安装

5.1 安装步骤

①绑扎槽身普通钢筋及端肋钢筋。②安装钢绞线、波纹管的定位托架。③安装钢绞线束和波纹管。④安装内层普通钢筋及锚具槽模板。⑤钢绞线束的准确测量定位。⑥普通钢筋、钢绞线束的检查和验收。⑦架设内模。⑧钢模的整体检查和验收。

5.2 注意事项

①钢绞线的下料长度应根据锚具设备及锚固尺寸要求确定，下料长度的误差不应大于+50～-0 mm。②安装预应力钢绞线束前，槽身每一浇筑段内，应用专用仪器测量钢绞线（束）不少于5束、波纹管托架的位置保持正确，偏差不大于10 mm。③波纹管正确安装之后，就要精准检查波纹管的位置要符合设计要求，而且要固定牢靠，且端部扩大头中心一定要与波纹管同心，端部钢垫板是否垂直于孔道中心线，接头是否密封，管壁有无破损等，若有破损，应及时修补。④安装钢绞线束必须满足设计要求，整束外观应顺直无旁弯、无扭曲，切口无松散。⑤预应力钢绞线（束）在钢模板内安装就位后，其附近不宜电焊等高温作业，必要时须采取防护措施确保波纹管不受损坏。⑥安装预应力钢绞线（束）经检查合格后，进行下一道施工工序。

6 张拉施工

6.1 预应力钢绞线束张拉前的基本准备内容

①准备油泵和千斤顶设备。预应力钢绞线束在张拉作业开始前一个月内，油泵和千斤顶经具备专业资格的计量机构配套标定，按标定编号配套使用，绘出“油泵压力表读数P～千斤顶张拉力T”对应关系曲线，且“P～T”曲线至少每个月校验一次。②准备器材。按照每一跨槽段所需的数量开列清单，将工作夹片、锚板、夹板、橡胶板以及其他必备的材料及工具全部准备好。③注重锚板、夹片安装。先将锚板擦拭安装到钢绞线束张拉端上，再将夹片擦拭并在外锥面涂以防腐油脂后装进锥孔内，然后以夹片专用锤将夹片打紧。④夹具安装检查。每一槽段的锚具安装结束后，应认真检查以确保夹片安装齐平并已打紧，且夹片没有少装或漏装。正确安装锚具避免可能导致钢绞线束或部分钢丝受力不均匀，部分钢丝被拉断，以致造成整束钢绞线超载事故。⑤安装千斤顶。按照操作规程的要求安装限位板、工具锚板和千斤顶。应使千斤顶的张拉力作用线与预应力筋的轴线重合，以保证钢绞线束受力均匀。与千斤顶连接的油泵必须经过配套标定。

6.2 张拉前控制应力分级计算

根据设计要求、设计钢绞线束，进行分级应力计算。

6.2.1 设计要求

钢束抗拉标准强度1 860 MPa，张拉控制应力1 395 MPa；混凝土试块养护龄期不少于14 d，强度达到设计等级的100%时可张拉预应力钢束。张拉顺序N1→N2，横槽向对称均匀张拉，穿束时，必须保证各钢绞线之间相互平行。

6.2.2 控制应力计算

设计要求钢绞线控制应力为1 395 MPa，单根张拉力F=控制应力σcon（1 395 MPa）×截面面积S（7Φ50）=1 395×140=195.30 kN。

则各种根数钢绞线束控制应力为：5 根976.50 kN ，6 根1 171.80 kN，7根1 367.10 kN。

各种根数钢绞线束分级控制应力见表1。

表1 各种根数钢绞线束分级控制应力表单位：kN

6.2.3 控制应力对应1#千斤顶压力表读数计算

1#千斤顶回归方程：P=0.02635F+0.74。根据千斤顶检测曲线确定压力表读数，见表2。

表2 根据千斤顶检测曲线确定分级压力表读数表单位：MPa

6.2.4 控制应力对应2#千斤顶压力表读数计算

2#千斤顶回归方程：P=0.02747F-0.56。根据千斤顶检测曲线确定压力表读数，见表3。

表3 根据千斤顶检测曲线确定压力表读数表单位：MPa

6.2.5 引伸量控制

不同长度槽身单端理论引伸量控制，见表4。

表4 不同长度槽身单端理论引伸量控制表

6.3 张拉施工工艺

①渡槽槽身预应力张拉。首先搭设支撑架，悬挂好千斤顶。为达到管道两端对称均匀张拉，每端各安装一台千斤顶；其次按事先确定的穿孔编号，准确把钢绞线束穿入工作锚相对应的孔中安装上夹片；最后依次完成限位板、千斤顶及工具锚的安装。②张拉分级。施工图纸要求钢绞线为低松弛钢绞线，根据《公路桥涵施工技术规范》不需要超张。为了保证张拉工作的安全，分三级张拉。即：0→0.1σcon（初应力）→0.35σcon→0.70σcon→1.0σcon（持荷5 min）。③张拉加、卸载均应缓慢、平稳及匀速，加载速率≤0.1σcon/min，卸载速率≤0.2σcon/min。④预应力筋张拉过程中每级加载后量测其伸长值，锁定后量测预应力筋回缩量和滑移量并记录，做好锚具密封前复测回缩量变化值的标记。

6.4 锚具密封

完成预应力张拉经验收合格后，保留30 mm预应力筋，将其余部分切除。将锚具及外露的预应力筋用环氧砂浆密封。

7 灌浆施工

预应力终张拉完成经验收合格后，在48 h 内进行管道真空辅助灌浆施工。①施工前先察看管道内是否有积水和杂物，若有则用高压空气清除。管道内油污等渍污垢，应用无腐蚀性的中性洗涤剂或皂液加水稀释后冲洗。随后使用不含油的压缩空气将管道内的所有积水吹干。②活塞式压浆泵，采用真空辅助灌浆工艺，一端灌浆，另一端设排气孔抽真空。③灌浆施工保持缓慢、均匀。灌浆前将排气孔关闭，抽真空，孔内大气压保持-0.08～-0.10 MPa。浆液充满管道后将排气孔依次放开，直至排气孔排出规定稠度的浆液时关闭排气孔，之后继续加压至0.50～0.60 MPa，持续5 min 后将灌浆孔用木塞堵住。④灌浆过程中及灌浆后3 d 内，结构及环境温度不小于5℃。灌浆时浆液温度10℃～25℃，当气温大于35℃时，灌浆在夜间进行。⑤灌浆结束24 h 后，检查灌浆质量，检查进浆口、出浆口灌浆饱满程度；若浆体不饱满，需采取必要措施补充灌浆。