张索渡槽现浇钢筋混凝土双曲拱线性控制技术_刘军平.pdf

：张张索索渡渡槽槽现现浇浇钢钢筋筋混混凝凝土土双双曲曲拱拱线线性性控控制制技技术术刘军平，黄向军，韩永强（渭南市石堡川水库管理中心，陕西 渭南）摘要水利建设项目双曲拱渡槽施工中，大跨度现浇钢筋混凝土拱肋线性布置是施工控制的重点和难点。年 月至 年 月，项目法人主持完成了渭南市石堡川水库灌区张索渡槽移址重建的项目管理工作，项目积极探索了渡槽工程施工的技术内涵。本文以此为例，小结了大跨度现浇双曲拱肋施工中的线性控制技术、预拱度设置、监测方法和采取的措施，旨在为同类项目提供参考。关键词张索渡槽；双曲拱；大跨度；线性控制中图分类号 文献标识码文章编号 （）收稿日期 作者简介刘军平（），男，陕西蒲城人，高级工程师，主要从事工程建设施工与运行管理方面工作。工程概况（）原有渡槽存在问题：张索渡槽是渭南市石堡川水库干渠上的重要控制建筑物之一，位于干渠上游，设计过水流量 ，加大过水流量 。渡槽原建于 年，供水运行四十多年来，历经多次加固，但自身存在安全问题日益突出，主要表现为渡槽槽身混凝土老化、碳化严重，强度仅为原设计的 ；混凝土保护层厚度不足，钢筋裸露，锈蚀严重；排架、双曲拱裂缝等；槽壳混凝土冻胀脱落，钢丝网水泥砂浆槽壳砂浆剥落严重，钢丝网裸露；边墩存在冲坑等工程隐患。年 月，经陕西恒信工程测试有限公司对原有张索渡槽现状质量进行了现场检测，报告说明渡槽排架裂缝较多，节点钢筋裸露；薄壳槽身剥蚀严重，钢筋网外露；拉梁、桥面板、栏杆毁坏严重，失去防护功能；渡槽接头漏水严重，冲毁槽下护基土坝，危及桥墩；进出口连接段水毁严重；槽壳、排架和肋拱均存在严重的结构安全问题；已直接影响渡槽稳定安全，影响干渠灌溉行水安全，渡槽改建迫在眉睫。（）更新改造设计方案：年渭南市石堡川水库管理中心依据陕西省发改委批复的渭南市石堡川水库灌区续建配套节水改造项目拟对张索等 座渡槽进行移址重建。张索渡槽设计指标及施工内容包括：改线段全长 ，其中 段为渡槽槽身段，长 渡槽断面为矩形，过水断面尺寸为 （宽度 高度），渡槽设计及满槽水深为 ，底坡 ；渡槽上游段采用 长，下游端采用 长的渐变段与梯形渠道相衔接，上下游渠道均采用一段直线段及一段转弯段与原渠道顺接，转弯半径为 。槽身下部支撑结构采用拱上排架支撑结构；主拱圈采用悬链线等截面矩形肋拱；上部槽身主拱圈共布置 片等截面悬链线无铰肋拱。肋拱净跨径 ，净矢高，矢跨比为 。拱肋断面为 （宽度 高度），两片肋拱之间采用 （宽度 高度）横系梁连接，主拱圈砼标号为。拱上设排架立柱，渡槽为现浇矩形，理论跨径为 ，非拱上排架上渡槽理论跨度为 ，渡槽为简支结构，渡槽间设置止水，柱、梁在拱顶固接，其它地方释放。线性控制技术方案为了保证张索渡槽主体结构的稳定性和安全性，针对大跨度双曲拱拱肋线性布置显得尤为重要。张索渡槽主拱肋采用支撑（由拱座、护基土坝、安德固满堂脚手架组成）现浇法施工。渡槽拱肋净跨度 ，净矢高 ，拱顶距离基础护基土坝的砼顶面高度为 ，因此拱肋轴线线性控制的关键是控制拱座、基础沉降变形和架体自身的弹塑性变形。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予以消除，而满堂架架体预压时产生的弹性变形直接影响着预拱度的调整使用；另外，混凝土徐变产生的位移在设置预拱度时也必须考虑。拱肋线性控制与预拱度设置（）基础沉降变形观测布设：满堂架基础位于沟道中，对上下游边坡土方开挖素土回填 厚 灰土夯实后，现场进行了地基承载力测试 组，实测数据均大于 ，满足设计要求；基础上部浇筑 厚 商品砼（长度 ，宽度 ）形成的护基土坝做为满堂架架体搭设基础；在基础周围布设 个沉降观测点，施工期间保持连续观测，监测是否存在不均匀沉降，以便采取加固措施。（）预压消除满堂架架体的非弹性变形：）施工前编制了“张索渡槽高大支模及现浇主拱肋专项施工方案”，并及时组织专家论证；结合现场实际，采用了目前陕西境内比较先进的“安德固”承插式支撑架，以 系列杆件为主，重支撑架横杆的步距为 ，支撑架横杆步距为 ；做为支撑搭设拱架。其满堂架架体由立杆、横杆、斜杆、立杆节点、可调底座等形成空间不变体系；支撑架底部采用可调底座，以调节基础横杆平面高差，保证架体的安装精度；顶部设置可调节顶托，用以调整标高确定拱形和落架。）预压处理。主拱肋 年 月第 卷 第 期 地下水o ，o.底模安装固定后，以拱肋、横系梁砼和上部结构实重换算成实物在底模上进行预压，同时考虑施工的其他荷载，预压荷载为受力荷载的 倍，预压的材料为专用编织袋装黄土，每袋重量在 左右，每延长米 袋，分区分组进行预压，连续预压 ，及时做好观测记录；加载时对称等载预压布置，防止支架偏压而发生错位失稳。预压前，在每片拱肋的顶部、点等部位设置位移沉降观测点。预压完成后，再次复测控制点标高，计算出基础和满堂架自身的弹性变形量（卸压后标高减去持荷载后所测标高），用总沉降量（即支架持荷载后稳定沉降量）减去弹性变形量为基础和满堂架的非弹性变形量（塑性变形）。预压完成后根据实测数据结果分析，实际调节顶托满堂架的标高，保证主拱肋在立模时设置预拱度而确保主拱肋线性布设满足设计要求。（）预拱度的设置。工程实施中采取预留预拱度控制方法，保证主拱肋在浇筑混凝土、拆除及拱肋上部加载后发生一定的下沉、产生挠度。所以预拱度需考虑以下因素：）拆除后上部结构及荷载作用产生的竖向挠度；）架体在荷载作用下的弹性压缩变形；）架体在荷载作用下的非弹性变形（通过提前预压消除）；）拱座基础在荷载作用下的非弹性沉降变形（通过预压消除）；）砼收缩及温度变化引起的变形。预拱度根据上述计算之和确定最大值，设置于跨中，其他各点按公式计算分配进行确定。线性控制工艺流程、测设和调整（）线性控制工艺流程。在张索渡槽基础平台砼上搭设“安德固”满堂脚手架架体支撑架底部采用可调底座满堂架架体搭设架体顶部设置可调节螺杆增设方木调整拱肋底模铺设拱肋轴线标高放样、控制、调整钢筋砼浇筑（包括钢筋制安、侧面模板安装、砼入仓振捣、顶面模板等）线性复测和分析。（）线性控制测设布置。张索渡槽主拱肋轴线为悬链线，测量放样前需在室内计算好，依据设计图纸现场实际放样，拱肋轴线长度为 ，从上游拱脚到拱顶再到下游拱脚，依次排列截面号，根据截面编号分别计算出各点的拱肋轴线坐标、拱背坐标、拱腹坐标等。拱轴线坐标方程为：（）（）横向坐标值可以求出与之相对应的唯一纵向坐标值，即为该点的坐标。拱轴系数确定根据“五点重合法”的原则，当拱肋自重及上部荷载对 拱跨截面的力矩、拱肋自重及上部荷载对拱脚截面的力矩、拱跨截面的拱脚系数纵坐标及计算矢高必须满足要求。各拱轴线坐标确定拱上建筑布置和荷载分部，在 中建立悬臂对称半拱模型用以计算悬链线拱圈的拱轴系数 。（）线性控制复核调整。张索渡槽主拱肋底模测量放样如下：）两端各布设一台 全站仪，现场实测底模上立管顶部的相对坐标，计算出横向坐标值。）根据已知横向坐标值求出与之对应点的设计高程。）根据对应点设计高程与实测值，及时复核调整“安德固”碗扣式脚手架顶部的可调节螺杆，使其达到设计高程。）按照上述方法逐排测量、计算、调整、复核，直到底模高程全部符合设计要求。）复核时以拱顶为起点，向两侧对称检查，保证主拱肋的曲率绝对统一。在调节螺杆过程中，需保证每一横断面的螺杆顶部高度相同，用全站仪确定每排的上、下游各一个立管顶部高程，两个立管之间挂线即可确定该排的其他立管顶高程。混凝土浇筑过程中的变形观测在主拱肋现浇施工中，其浇注顺序和浇注方法是一个关键问题，经过详细论证和比选，在既经济又可靠的前提下，张索渡槽双曲拱肋分为 次五段连续砼浇筑，浇筑顺序与预压顺序相同，选用外购“白水信达”商品混凝土，采用两台商品砼移动泵车同时对称作业，浇注顺序为先两侧拱脚各 长，其次进行拱顶浇筑 长，拱顶两端预留后浇带各 长（后浇带待主拱肋浇筑混凝土强度达到 后再进行合龙砼浇筑，控制合龙温度在设计 度范围内，实际合龙温度为 度），最后浇筑对称两侧各 ；浇筑期间每 观测上升高度（两侧上升高度保持一致，不同步时调整浇筑速度，保证受力均等）和系梁位置变化情况，确保拱架变形保持均匀和最小。浇筑时采取平面分条，斜面分层，薄层浇筑，循序退打，从低到高，泵管必须放置在排架上，不得直接放置在钢筋上；使用的插入式振捣器快插慢拔，插点均匀排列，逐点移动，顺序进行，不得遗漏，做到均匀振实。为观测拱肋模板及架体在主拱圈混凝土浇筑过程中的变形情况，安排专人检查模板、钢筋、预留孔洞、预埋件和插筋等有无移动、变形或者堵塞；其次安排技术员在拱肋上下游悬挂 个垂球，其中 个挂在边肋底模上、个挂在拱座顶上，观测人员间隔 观测一次。同时，在渡槽槽身上下游观测轴线的偏移和变形，每 观测一次，及时掌握拱架架体的变形量，比对理论数值，发现异常及时采取措施进行纠偏控制，纠偏措施根据偏差及时调整浇筑高度。施工效果评价张索渡槽主拱肋和槽身混凝土施工完成后，项目法人及时组织建设单位、监理单位、设计单位、检测单位、施工单位现场联合检查主拱圈和槽身混凝土外观形体、结构尺寸、强度检验、变形观测等，结果显示各项指标均符合设计要求。年 月进行了渡槽充水，充水试验分为五个阶段，即：封堵渡槽两端上下游同时注水首次注水高度为 ，检测 第二次注水至 ，观测 排水；最大充水深度 （设计水深 ），累计充水量 ，共历时 ；注水监测结果为渡槽主拱肋、排架、槽身和接头完好，无一渗漏。结语张索渡槽现浇钢筋混凝土主拱肋的过程中，拱肋线性控制在设计和规范允许范围内，确保结构受力状态满足设计要求，是双曲拱渡槽工程施工的关键所在。确定主拱肋各控制点预拱度线性符合设计要求、采取有效措施消除满堂架架体的弹塑性变形、优化主拱肋混凝土的浇筑顺序、施工过程中的变形观测等是在保证拱肋上部结构完好并达到设计所期望标高的必要条件。项目建设管理规范，张索渡槽双曲拱拱肋线性控制合理，渡槽试运行效果良好。第 卷第 期地下水 年 月