大跨度雙曲拱石索渡槽施工方法及質(zhì)量控制

劉軍平,黃向軍,屈偉康

（渭南市石堡川水庫(kù)管理中心,陜西 澄城 715200）

0 前言

灌區(qū)續(xù)建配套與節(jié)水改造項(xiàng)目是我國(guó)灌區(qū)現(xiàn)代化建設(shè)的一項(xiàng)重要任務(wù)。而大中型灌區(qū)的工程隱患基本發(fā)生在樞紐和輸水渠道重要建筑物當(dāng)中。過去在渡槽施工工藝等方面開展較多的探討,如渡槽關(guān)鍵技術(shù)控制、渡槽施工專項(xiàng)方案優(yōu)化對(duì)比等,但對(duì)大跨度雙曲拱渡槽施工工藝研究很少,現(xiàn)結(jié)合石索渡槽移址重建過程中的施工方法及質(zhì)量控制進(jìn)行分析討論。

石索渡槽是渭南市石堡川水庫(kù)灌區(qū)干渠上的控制建筑物之一,渡槽位于灌區(qū)上游,是向渭南市白水、澄城兩縣城市供水和農(nóng)業(yè)灌溉的咽喉工程；原有石索渡槽病險(xiǎn)嚴(yán)重、危及輸水安全,主要表現(xiàn)為槽身混凝土老化、碳化嚴(yán)重；鋼筋裸露,銹蝕嚴(yán)重；排架、雙曲拱存在明顯裂縫；槽殼混凝土凍脹脫落,鋼絲網(wǎng)裸露；基礎(chǔ)邊墩存在沖坑等。移址重建的石索渡槽采用大跨度（單跨85 m）雙曲拱結(jié)構(gòu)支撐,2020 年11 月～2022 年5 月進(jìn)行工程建設(shè),主體建成后整體結(jié)構(gòu)宏偉、壯觀,是目前陜西水利史上單跨最大的雙曲拱渡槽工程。

1 工程概況

移址重建的石索渡槽位于渭南市石堡川水庫(kù)干渠10+460.9 m～10+633.9 m,全長(zhǎng)173 m,設(shè)計(jì)流量9.0 m3/s,加大過水流量11.5 m3/s,設(shè)計(jì)縱坡1/750。由進(jìn)口漸變段（長(zhǎng)度8 m）、槽身段（長(zhǎng)度155 m）、出口漸變段段（長(zhǎng)度10 m）三部分組成；渡槽槽身下部支撐采用拱上排架支撐結(jié)構(gòu),主拱圈共布置2片懸鏈線變截面矩形肋拱。拱肋為單跨雙曲拱,凈跨徑85 m,凈矢高17 m,矢跨比為1/5。拱肋斷面尺寸為100 cm×140 cm（寬×高）,在拱腳位置設(shè)置100 cm×160 cm（寬×高）的截面；兩片肋拱間采用75 cm×105 cm（寬×高）橫系梁連接,主拱圈混凝土標(biāo)號(hào)為C40。

2 拱肋支撐技術(shù)方案

渡槽拱肋線性布設(shè)在一定程度上影響內(nèi)力的分布,直接影響主體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性。石索渡槽主拱肋采用支撐（由護(hù)基土壩、拱座、“安德固”滿堂腳手架三部分組成）現(xiàn)澆法施工。渡槽凈跨度85 m,凈矢高17 m,拱頂距離基礎(chǔ)土壩上部砼頂面高度為24 m,因此拱肋軸線線性控制的關(guān)鍵是控制拱座、基礎(chǔ)沉降變形和滿堂腳手架本身的彈塑性變形。拱座基礎(chǔ)的沉降變形和拱座本身的非彈性變形可通過提前預(yù)壓處理來(lái)消除,而滿堂架預(yù)壓時(shí)產(chǎn)生的彈性變形直接影響著預(yù)拱度的調(diào)整；另外,混凝土徐變產(chǎn)生的位移在設(shè)置預(yù)拱度時(shí)也必須考慮。

3 拱肋施工工藝

3.1 基礎(chǔ)土壩質(zhì)量控制

1）對(duì)渡槽上下游岸坡進(jìn)行基礎(chǔ)土方開挖,依據(jù)碾壓試驗(yàn)相關(guān)數(shù)據(jù),分層攤鋪并回填（充分利用基礎(chǔ)土方）,25T 壓路機(jī)碾壓,分層現(xiàn)場(chǎng)取樣,確保各項(xiàng)指標(biāo)符合設(shè)計(jì)和規(guī)范要求。

2）素土回填完成后進(jìn)行1 m 厚（分4 層回填）的2∶8 灰土回填,現(xiàn)場(chǎng)拌和、攤鋪、碾壓、取樣；最后在頂部澆筑長(zhǎng)度82 m,厚度25 cm 的C25 商品混凝土做為滿堂架搭設(shè)基礎(chǔ)。

3）滿堂腳手架選用目前較為先進(jìn)的“安德固”腳手架,實(shí)施前,組織了省內(nèi)7 名專家對(duì)滿堂架腳手搭設(shè)專項(xiàng)施工方案進(jìn)行論證,在可行的基礎(chǔ)上,明確了搭設(shè)的方法、步距、排距、鏈接、頂托等具體要求。

3.2 模板工程質(zhì)量控制

1）主拱肋模板采用木模,現(xiàn)場(chǎng)加工制作,底模根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙要求的坐標(biāo)進(jìn)行嚴(yán)格的線性控制,在考慮架體拆除后拱圈自重、溫度變化等因素影響下的彈性下沉,其預(yù)留拱度使支撐拆除、拱圈下沉、軸線、高程符合設(shè)計(jì)要求。

2）支撐架體砼模板同標(biāo)高對(duì)稱搭設(shè)和拆除,拱間連系梁模板與拱柱同步施工,拱肋底模采用“滿堂支撐為主,斜拉支撐為輔”的頂撐定位方案,對(duì)稱安裝到位,采取斜支撐、剪刀撐等加固措施防止模板位移,通過對(duì)支撐系統(tǒng)預(yù)壓來(lái)消除滿堂支撐架體變形和地基沉降,預(yù)壓荷載為（拱肋+排架+槽身滿水）自重之和的1.5 倍,預(yù)壓材料為袋裝土,每袋自重為2.3 t～2.4 t,分組分區(qū)對(duì)稱預(yù)壓,每組連續(xù)加載72 h,觀測(cè)支撐系統(tǒng)的沉降位移和即時(shí)加固。

3）根據(jù)混凝土施工經(jīng)驗(yàn),為確保拱肋砼不自然流淌,石索渡槽拱肋采用四面支撐,拱體兩側(cè)模沿高度方向上設(shè)置4道防水拉桿固定,拱上部頂模根據(jù)砼澆筑現(xiàn)場(chǎng)即時(shí)固定。

3.3 鋼筋工程質(zhì)量控制

1）主拱肋受力鋼筋根據(jù)拱弧度在加工時(shí)預(yù)先進(jìn)行放樣并彎曲,為避免鋼筋安裝過程中因自重產(chǎn)生側(cè)壓力而位移,架體隨滿堂架升高并進(jìn)行加固支撐。

這個(gè)夜晚左小龍?zhí)貏e難熬，還有一只不懂事的蚊子在他的左手中指上咬了一口，那一口恰好咬在骨頭斷裂的位置，還不能撓，真是生不如死。有的時(shí)候疼好忍，但癢就不好忍了，忍還不能撓是最不能忍的。左小龍?jiān)谶@個(gè)時(shí)候想起了泥巴。他突然想，不知道這個(gè)小姑娘現(xiàn)在怎么樣了。明天應(yīng)該去找找她，告訴她自己受傷了，當(dāng)然，是在見完黃瑩的情況下。

2）所有鋼筋均采用人工綁扎,嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)圖紙要求進(jìn)行放線定位,保證鋼筋規(guī)格、型號(hào)、間距、排距、搭接、保護(hù)層等位置準(zhǔn)確。

3）主筋28 mm 鋼筋接頭采用現(xiàn)場(chǎng)機(jī)械套絲連接,使用前及時(shí)送樣報(bào)驗(yàn),箍筋采用綁扎,接頭位置錯(cuò)開,鋼筋搭接采用雙面焊接,接頭之間距離不小于60 cm,鋼筋加密區(qū)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求施工。

4）對(duì)留置施工縫鋼筋必須做好固定,混凝土澆筑完成后需及時(shí)檢查、校對(duì)、驗(yàn)收,確保預(yù)留鋼筋位置準(zhǔn)確。

3.4 混凝土工程質(zhì)量控制

石索渡槽主拱圈長(zhǎng)（軸線）93.74 m,分五段澆筑,其中兩拱腳為第一段、第五段各17.97 m 長(zhǎng),拱頂為第三段長(zhǎng)20 m,拱頂至拱腳兩側(cè)為第二段和第四段各18.3 m 長(zhǎng),在第三段兩端對(duì)稱預(yù)留“后澆帶”兩處（每處0.6 m）共1.2 m。

混凝土澆筑：根據(jù)確保滿堂架變形最小、主拱肋對(duì)稱受力不發(fā)生冒頂?shù)脑瓌t,主拱圈分3 次對(duì)稱澆筑,混凝土選用外購(gòu)商品混凝土,自行式泵車（兩臺(tái)）入倉(cāng)的施工方法。主拱圈混凝土選用C40 泵送混凝土,塌落度控制在120 mm～140 mm,運(yùn)輸進(jìn)場(chǎng)耗時(shí)控制在60 min 以內(nèi),兩臺(tái)泵車同時(shí)對(duì)稱工作,澆筑順序?yàn)橄裙澳_第一段、第五段,其次為拱頂?shù)谌?最后澆筑中肋第二段、第四段。對(duì)稱的區(qū)段同步澆筑,澆筑速度保持一致,及時(shí)觀測(cè)兩邊澆筑高度,盡可能同步,若發(fā)現(xiàn)對(duì)稱澆筑高度超過6 cm 時(shí),及時(shí)調(diào)整澆筑速度,保證兩側(cè)受力均等。兩拱肋之間的連系梁適時(shí)同步澆筑。同時(shí)預(yù)留兩側(cè)對(duì)稱“后澆帶”各60 cm 長(zhǎng),位置選在接近拱頂兩端,待主拱肋澆筑28 d 強(qiáng)度滿足要求后進(jìn)行“后澆帶”混凝土澆筑,設(shè)計(jì)封拱合龍溫度為9℃,施工時(shí)間選擇在8 月20 日下午19 時(shí)以后進(jìn)行,澆筑前對(duì)擬合龍段進(jìn)行物理降溫,提前聯(lián)系制冰廠制作成90 cm 長(zhǎng),30 cm 高,20 cm 厚的冰塊規(guī)格,對(duì)兩側(cè)和底板模板采用冰塊加棉被包裹,保證混凝土入倉(cāng)溫度,實(shí)際測(cè)量為8.7℃～8.9℃；連續(xù)冰塊冷卻養(yǎng)護(hù)7 d,正常養(yǎng)護(hù)21 d。

養(yǎng)護(hù)：主拱肋混凝土澆筑完成后,整體澆水養(yǎng)護(hù),前7 d養(yǎng)護(hù)次數(shù)為6～8 次,后期養(yǎng)護(hù)為4～6 次,連續(xù)養(yǎng)護(hù)28 天,養(yǎng)護(hù)期間保持混凝土表面濕潤(rùn)。

4 矩形槽身混凝土施工質(zhì)量

1）槽身組合鋼模板：石索渡槽槽身設(shè)計(jì)為矩形,在模具選擇上采用了組合鋼模板,在保證外形幾何尺寸基礎(chǔ)上,加強(qiáng)內(nèi)框鋼模板,其形狀如矩形槽殼內(nèi)輪廓線,選用防水拉桿固定在外形鋼模具上,保證混凝土厚度,槽身設(shè)計(jì)每節(jié)為5 m,內(nèi)外模選用定型加工的成套組合鋼模板,鋼板厚度為5 mm,三角包角處采用角鋼鈑金焊接,兩側(cè)堵頭采用定型鋼板加工而成,現(xiàn)場(chǎng)固定,不僅起到了堵頭和加固作用,同時(shí)固定了止水帶。

2）鋼筋制作安裝：槽身鋼筋在使用前檢查并清理表面銹蝕,在鋼筋加工區(qū)進(jìn)行分類加工并標(biāo)碼堆放,分別采用50 t、80 t 吊車吊運(yùn)至工作面,按照規(guī)范要求進(jìn)行布置、搭接、綁扎及焊接等,其安裝位置準(zhǔn)確、牢固；保護(hù)層采用標(biāo)準(zhǔn)墊塊鋪墊,數(shù)量和間距符合規(guī)范要求,墊塊盡可能與鋼筋綁扎固定,底板上層鋼筋下部的支撐馬鐙按實(shí)際面積（每平方米保證3 個(gè)）和鋼筋直徑要求使用。

3）混凝土質(zhì)量控制：槽身混凝土澆筑采用分組“跳倉(cāng)法”,每5 節(jié)為一組,分批施工。每組澆筑前,組織建設(shè)單位、設(shè)計(jì)單位、監(jiān)理單位、施工單位代表實(shí)際檢查商混站使用的原材料情況,其水泥、砂子、石子、水等的要求必須符合設(shè)計(jì)要求,對(duì)外加劑的摻和量、最佳砂率、最小用水量、塌落度等進(jìn)行出廠和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試；并召開座談會(huì)議,和商混站負(fù)責(zé)人就混凝土配合比、拌和時(shí)間、運(yùn)輸罐車數(shù)量、運(yùn)輸間隔時(shí)間、運(yùn)輸?shù)缆穫溥x方案等做好部署和應(yīng)急預(yù)案；確?；炷寥雮}(cāng)及時(shí)無(wú)泌水現(xiàn)象。槽身混凝土澆筑要保持兩側(cè)對(duì)稱澆筑,施工前做好驗(yàn)收工作（包括施工部位、幾何尺寸、槽身比降、起拱數(shù)值；鋼筋和模板的工序驗(yàn)收、安全措施、勞力準(zhǔn)備、現(xiàn)場(chǎng)水電、振搗設(shè)備及數(shù)量、環(huán)境保護(hù)、臨時(shí)道路等）,嚴(yán)格控制“三檢制”,監(jiān)理驗(yàn)收合格后并出具開盤證方可澆筑。入倉(cāng)混凝土要均勻攤鋪,施工順序?yàn)橄鹊装搴髠?cè)墻,振搗方式采用插入式振搗器振搗,其移動(dòng)間距控制在作用半徑的1.5倍內(nèi),插入下層砼內(nèi)的深度保持在50 mm～100 mm,與側(cè)模距離應(yīng)保持50 mm～100 mm；同時(shí)保證振搗時(shí)間,避免發(fā)生過振、漏振現(xiàn)象,振搗標(biāo)準(zhǔn)以混凝土不明顯下沉、不出現(xiàn)氣泡等為依據(jù)。底板混凝土澆筑完成后及時(shí)進(jìn)行原漿收面,確保平整度滿足設(shè)計(jì)要求。

5 施工效果評(píng)價(jià)

石索渡槽主體實(shí)施完成表明,大跨度雙曲拱施工是經(jīng)過計(jì)算驗(yàn)算符合設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上進(jìn)行施工的,在充分利用滿堂腳手架支撐,通過對(duì)大跨度主拱肋合槽身的線性布設(shè)、模板工程、鋼筋工程、混凝土工程影響主體施工質(zhì)量的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行嚴(yán)格把關(guān),保證后澆帶合龍溫度在設(shè)計(jì)要求9℃以內(nèi),施工質(zhì)量得到了控制。大跨度雙曲拱肋混凝土澆筑順序的優(yōu)化調(diào)整,以適應(yīng)調(diào)節(jié)腳手架變形,采用了同期、對(duì)稱澆筑法,加快了工程進(jìn)度,同時(shí)使施工質(zhì)量得到有效控制。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)檢查主拱圈和槽身混凝土外觀、幾何尺寸、強(qiáng)度、拱腳測(cè)量、變形觀測(cè)等數(shù)據(jù),檢測(cè)結(jié)果顯示各項(xiàng)指標(biāo)均在允許范圍之內(nèi)。

2022 年7 月初通過了渡槽充水,充水試驗(yàn)分封堵、充水、停水、檢查、排水等5 個(gè)環(huán)節(jié),分級(jí)加載,逐級(jí)校驗(yàn),分級(jí)卸載,在渡槽兩端同時(shí)充水,槽身最大充水深度1.4 m（設(shè)計(jì)水深1.33 m）,累計(jì)充水量720 t,歷時(shí)5 天；充水試驗(yàn)期間完成的監(jiān)測(cè)任務(wù)包括：應(yīng)變測(cè)試、撓度測(cè)量、位移測(cè)試、外觀檢查等,各項(xiàng)監(jiān)測(cè)結(jié)果符合設(shè)計(jì)要求,渡槽槽身和接頭完好,無(wú)滲漏。渡槽充水試驗(yàn)的目的是通過充水加載試驗(yàn),記錄渡槽在荷載作用下的結(jié)構(gòu)應(yīng)變,為渡槽在工況荷載能力評(píng)定和后期運(yùn)行提供科學(xué)依據(jù)。