淺談混凝土輸水箱涵施工
——以南水北調中線一期工程天津干線為例

石 菊，葛 坤，褚 峰

（北京金河水務建設集團有限公司，102206，北京）

一、工程概況

南水北調中線一期工程天津干線采用無壓接有壓全箱涵全自流輸水，起點位于南水北調總干渠河北保定徐水西黑山村西，樁號0+000～10+515.140段是無壓箱涵段，樁號10+690.500～155+305.074段為有壓箱涵段，無壓段與有壓段由文村調節(jié)池連接。西黑山進口閘至有壓箱涵段全長15.208 km，西起天津干線起點，東至河北徐水丁家莊。除混凝土輸水箱涵外，該設計單元的水工建筑物還有進口閘樞紐、保水堰、通氣孔、倒虹吸、公路涵等，共計30座。無壓輸水箱涵以2孔為主，尺寸分別為3.7 m×3.7 m和4.4 m×4.4 m；有壓輸水箱涵為3孔，尺寸為4.4 m×4.4 m，見圖 1。

圖1 三孔有壓輸水箱涵示意圖

二、主要建筑物的功能及作用

輸水箱涵主要起輸水作用，是長距離輸水常采用的一種結構型式；倒虹吸、公路涵等是在穿越地面或地下其他建筑物時采用的一種輸水箱涵型式；通氣孔是避免或減緩空氣壓力對結構物造成破壞的一種建筑物；調節(jié)池是連接上游水流并為下游提供水源的水池；保水堰起到保持下游箱涵有壓，保護箱涵的作用。

三、施工方法

1.施工測量

開挖前復核箱涵線路，若存在問題，須及時聯(lián)系有關單位解決。完成平面位置及高程網(wǎng)測量，經(jīng)校驗無誤后進行測量放線。

開挖過程中，要對平面位置、標高、水準點等進行校核，確定滿足設計及規(guī)范要求后繼續(xù)開挖，不滿足的及時糾正，避免造成更大損失。

開挖至箱涵基礎面后，只有經(jīng)測量人員復核結構物底高程、位置及軸線滿足設計及規(guī)范要求后的才能進行結構施工。

2.土方明挖

工程進場后，測量人員進行測量網(wǎng)布設時，由技術負責人牽頭，項目部其他人員參與，調查施工范圍內地下結構物及管線數(shù)量、位置、走向及其與已建工程的關系，繪制出地下構筑物、管線與已建工程的位置關系圖，為順利開挖做好基礎工作，避免后期出現(xiàn)不必要的麻煩。

考慮到施工期臨時排水及施工降水，須在開挖斷面中預留肥槽，肥槽內設置排水溝及集水井，使用水泵將雨水抽出，保證干槽施工；施工降水以屯莊河倒虹吸斷面為典型斷面計算確定降水井的埋置深度及數(shù)量 （此處地下水位高于基礎面）。施工降水未達到規(guī)范要求的，不可進行基礎開挖。

開挖前須先進行清表工作，將原地面上非種植土以外的覆被或不具備回填要求的覆被全部清除干凈，在此基礎上按照開挖邊界線從上至下分層分段依次開挖，隨著開挖邊坡按設計坡度放坡一次成型。隨時復測高程，在建基面以上30 cm停止機械開挖作業(yè)。

3.基槽平整

基面留30 cm保護層，人工用鐵鍬配合手推車清除，過程中測量人員隨時跟測，保證不超挖。

溝槽地基面完成后，設計地質工程師須及時現(xiàn)場驗收地質情況，滿足設計要求的，土方開挖驗收合格后進行墊層施工；不滿足要求的，由設計單位給出處理方案，按方案處理完成后組織地基處理驗收。

4.鋼筋混凝土箱涵施工

輸水箱涵施工分兩期澆筑成型，第一期澆筑到底板頂面以上側墻50cm高程位置，第二期澆筑剩余墻體及頂板。工藝流程圖見圖2。

（1）混凝土墊層澆筑

基面驗收合格后進行墊層施工準備工作，放線、定位置、支模板。

澆筑前由測量人員定出偶數(shù)澆筑段的端頭邊線，在距離邊線80 cm處預埋Φ16螺紋鋼筋，鋼筋長25 cm，埋深10 cm。預埋鋼筋為支設止水帶模板使用。

墊層利用10 cm×10 cm木方子支模，混凝土罐車運至現(xiàn)場直接進行澆筑，澆筑過程中掛線控制高程。

（2）鋼筋工程

對到達現(xiàn)場的鋼筋認真檢查，滿足要求后取樣送檢，對于已經(jīng)檢驗合格的每捆或每盤鋼筋進行標識。

鋼筋下料前，技術人員根據(jù)鋼筋圖放樣，繪制鋼筋加工圖表，經(jīng)技術負責人校核無誤對鋼筋加工人員進行交底后，方可進行加工。加工后的成品鋼筋按使用的部位、形狀等分別堆放并掛標識牌。

對鋼筋混凝土結構的工程量、進度與成本進行權衡，選擇鋼筋接頭方式。主筋以直螺紋絲扣連接為主，分布筋以綁扎方式連接。正式實施前，將《鋼筋連接工藝性試驗方案》上報監(jiān)理單位審批，批復后進行主筋連接工藝性試驗。試驗項目包括接頭外觀質量及擰緊力矩檢查，二者均滿足《水工混凝土施工規(guī)范》4.4.7條的要求后再進行接頭試件抗拉強度檢驗，這一指標需送至有資質的檢測單位出具檢測報告。接頭強度滿足設計要求等級后，將試驗結果上報監(jiān)理單位，經(jīng)批復后方可加工接頭。

鋼筋安裝要點如下：

①鋼筋保護層

圖2 鋼筋混凝土箱涵施工工藝流程圖

鋼筋保護層使用與混凝土同標號的50 mm×50 mm水泥砂漿墊塊，材料需從合格的供貨單位購買。

②架立雙層鋼筋

保證底板底層和頂層的間距滿足設計要求，由技術人員根據(jù)現(xiàn)場實際情況對鋼筋桁架定型定位。一般情況下，利用分布筋設計鋼筋桁架。桁架由上下層鋼筋間的分布筋與Φ12短鋼筋焊接而成，其中Φ12短鋼筋的長度等于上下層鋼筋凈距。底板筋鋼筋桁架間距1.2 m，短鋼筋間距75 mm。側墻雙層鋼筋間架立的鋼筋桁架間距1.5 m。

③底板筋的綁扎

先在墊層上彈好鋼筋位置線，按位置線擺放底板底層主筋。為確保彎起延伸至墻體內主筋的垂直度、間距及穩(wěn)定，利用腳手架挑出的順水桿臨時綁好固定。主筋的間距、根數(shù)經(jīng)檢查符合設計圖紙要求后綁扎底板底層的分布筋。分布筋連接方式為綁扎連接，最小搭接長度要滿足《水工混凝土施工規(guī)范》4.4.5條的要求。底板底層鋼筋處于受壓區(qū)，為Ⅱ級鋼筋，混凝土抗壓強度25 MPa，查《水工混凝土施工規(guī)范》表4.4.5可知搭接長度應不小于30 d。主筋和分布筋的接頭均應分散布置，并遵守《水工混凝土施工規(guī)范》4.4.8條的相關規(guī)定。底板底層鋼筋在受壓區(qū)，雖然主筋接頭為Ⅰ級不受限制，但實施中本工程的主筋及底層分布筋接頭在同一截面上均按不超過50%執(zhí)行。鋼筋交叉點采用#22鉛絲綁扎，為滿綁，不能有松扣及漏綁點。底板底層筋經(jīng)檢查合格后，把鋼筋保護層墊塊墊好。同時放置鋼筋桁架，用電弧焊與主筋點牢，但不能咬傷主筋斷面。上層鋼筋擺放在桁架上與下層鋼筋對齊。底板上層鋼筋在受拉區(qū)，同一截面主筋接頭分布不超過50%，分布筋綁扎接頭不超過50%，根據(jù)《水工混凝土施工規(guī)范》表4.4.5，分布筋搭接長度應不小于40 d，分布筋與主筋的綁扎方法同下層鋼筋。然后綁扎腋角的倒角鋼筋。

④墻筋及頂板鋼筋的綁扎

底板混凝土強度具有2.5 MPa后，進行施工縫處理，要求無乳皮微露小石。經(jīng)驗收合格后綁扎墻體鋼筋。每道墻內布置2道立桁架。

圖3 箱涵一期模板安裝示意圖

頂板鋼筋綁扎方法與底板相同。

（3）模板工程

①制作異型模板

異型模板主要包括箱涵角模，在具有相應資質的模板廠家定做。

施工縫處堵頭模板用2 cm厚木板配以Φ12鋼筋制成桁架。墻體、底板、頂板等不同部位需根據(jù)圖紙具體尺寸而定。

②一期（底板頂面以上50 cm墻）模板

一期模板外墻模主要以P6015和P3015現(xiàn)場進行拼裝，內模的角模采用定制的專用鋼角模。為了保證模板的穩(wěn)定性，設置對拉螺栓和錨固螺栓。為保證底角模板的穩(wěn)定性，加螺栓固定，在每塊角模每孔中心線兩側1 700 mm位置設置垂直錨固筋，每根錨固筋在與箱涵內底同高的位置上設錐形螺母一個，待拆除模板后將錐形螺母剔除，螺栓孔用微膨脹干硬性水泥砂漿回填并振搗密實，與墻面保持平整。模板外利用鋼管整體固定。見圖3。

③二期（墻體及頂板）模板

內模用鋼模臺車施工，可以實現(xiàn)整裝整拆，并可解決因模板接縫引起的混凝土錯臺現(xiàn)象，提高混凝土的外觀質量。

在箱涵轉彎段利用簡易模板臺車施工。架子管簡易車搭拆方便，鋼模固定于搭設槽鋼上方，并通過頂撐與下方架子管簡易車相連，可以通過頂撐調節(jié)頂模高度。其余模板采用普通鋼模拼接。

二期模板采用三排Φ16對拉螺栓進行加固，以箱涵內底為±0的相對高程， 在 1 800 mm、2 700 mm、3 800 mm位置處各設一道對拉螺栓，水平間距為150 cm。在對拉螺栓中部加止水環(huán)，以解決澆筑成型混凝土的滲水問題。螺栓兩端設錐形螺母，待拆模后將錐形螺母剔除，方法同一期。模板縱肋為兩根一組10 cm×5 cm鋼方子，每組間距為75 cm；采用Φ48×6鋼管做支撐體系。為了保證外側模板的穩(wěn)定性，在外側設置三道斜支撐，保證箱涵外側模板的整體穩(wěn)定性以及成型混凝土箱涵外墻的垂直度。見圖4。

頂板模板采用臺模模板。一個倉面完工后，通過人工牽引分別拉到下一個倉面。

④模板拆除

墻體混凝土強度不低于3.5 MPa時，一般時間為24 h后方可拆除外側模板；頂板混凝土強度達到設計強度75%時才可拆除，制作同條件試塊，以測得的實際抗壓強度作為拆模的唯一依據(jù)。拆除時嚴禁用鐵棍亂撬，以免損傷混凝土、影響外觀質量。

（4）混凝土工程

混凝土工程使用的機械設備為47 m混凝土泵車，設置于澆筑倉位中間位置。

一期混凝土澆筑包括底板和底板以上50 cm墻體。驗收合格后及時開倉。開倉前灑水濕潤墊層，采用平鋪法分層澆筑，每層厚度控制在30 cm左右。箱涵倒角位置分三層鋪料，每層澆筑厚度10 cm。

在進行二期混凝土（箱涵側墻及頂板）澆筑前，先在一期與二期混凝土接縫處灑水濕潤，再鋪一層3 cm左右的同標號水泥砂漿，之后進行二期混凝土澆筑，每30 cm厚度為一層，分層鋪料。先從兩邊墻開始澆筑，之后澆筑中墻。為了在澆筑過程中模板等的穩(wěn)定性，使中墻內混凝土面始終低于兩邊墻混凝土面30～60 cm。

混凝土澆筑時須先平倉后振搗，采用HZ—50插入式振動器采用垂直振搗的方法進行混凝土的振搗作業(yè)。對施工縫處要細致振搗，對下層混凝土要盡快覆蓋。在振搗上層混凝土時，振搗棒應插入下層混凝土中5～10 cm，消除兩層之間的接縫。振搗棒應距離模板15～20 cm。止水帶周圍由專人細心振搗，設模板工看護模板，保護好止水帶，可在模板外側用橡皮錘人工加以搗固密實。

在混凝土養(yǎng)護方面，箱涵內涂刷養(yǎng)護劑并用噴霧器在箱涵內側墻面上噴水養(yǎng)護，養(yǎng)護期間時刻保證內墻墻面處于濕潤狀態(tài)。箱涵外部冬天使用棉被覆蓋養(yǎng)護，干燥炎熱季節(jié)使用無紡布覆蓋灑水，時刻保濕。養(yǎng)護時間不少28天。

圖4 箱涵二期模板安裝示意圖

（5）變形縫

圖紙要求一般情況下每15 m設一道變形縫（縫寬3 cm），但在標段分界點、縱斷拐點、結構及鋼筋變化處、施工方法變化處、涵頂平均覆土厚度或基礎處理深度差超過3 m處均要設置分縫?？p間填充材料為3cm厚閉孔泡沫塑料板、橡膠止水帶（寬度352 mm，厚度8 mm），迎水側填充雙組份聚硫密封膠。變形縫處的三種材料進場后及時復檢，各項指標符合設計要求后報驗監(jiān)理，經(jīng)批復后方可使用。

四、混凝土施工質量保證措施

1.組織措施

混凝土澆筑前明確各作業(yè)隊管理人員名單，負責模板安裝以及實施混凝土澆筑有關組織管理工作。項目部明確混凝土出站性能指標檢測負責人；質量部明確混凝土進場性能指標檢測負責人；工程部指定專人負責監(jiān)督作業(yè)隊按照已批復方案施工，核對混凝土配合比；物資部門負責保證混凝土供應工作。確保每個環(huán)節(jié)責任人明確，出現(xiàn)問題時能找到相應責任人。

2.技術措施

混凝土原材料質量必須合格，在此基礎上進行配合比設計，堿含量控制在2.5 kg/m3以內。若后續(xù)原材料廠家變化，要重新進行配合比設計，滿足設計、規(guī)范和堿含量要求方可使用。

3.混凝土裂縫控制措施

①混凝土原材料及配比直接影響裂縫的產生。最好采用水化熱低的水泥，摻加粉煤灰、礦粉等混合材料，減少混凝土中的水泥用量，最好將其控制在220 kg/m3左右。粗骨料建議使用二級配（5～20 mm 和 20～40 mm），這樣既可減少混凝土早期溫度上升量，又可以降低混凝土本身的收縮量。

②澆筑完成后立即封堵洞口，避免洞內產生過堂風。

③混凝土澆筑過程中，在每道隔墻的兩端和中部分別預留三個測溫孔，孔深30 cm左右。測溫自混凝土澆筑完畢起，前3天每隔1 h測一次，若混凝土內部溫度過高須及時采取措施進行控制，避免裂縫產生。第4—7天每天測8次。第8—15天每天測2次?；炷羶韧鉁夭羁刂圃?5℃以下，大于25℃時要采取降溫措施，如搭設遮陽棚等。

④為防止產生過大約束應力，應縮短墻、頂板混凝土與底板混凝土的澆筑間隔時間，最好控制在14天內。

⑤合理選擇澆筑時段，保證澆筑溫度滿足要求。高溫季節(jié)澆筑混凝土時，采取在攪拌站原材堆場搭棚的措施，降低混凝土出機溫度，進而保證入倉溫度符合要求。夏季選擇在下午4點以后開始澆筑，澆筑結束時間控制在次日早晨7點以前。冬季混凝土入倉溫度不低于5℃。

⑥混凝土內外溫差較大時，盡量延長拆模時間，以便維持表面溫度和濕潤程度，拆模后及時覆蓋，避免太陽暴曬。同時，須避免風大時拆模。