大重量現澆渡槽支撐系統施工方案重點問題的探討

何永煜，鄭楚英，陳雁鳴

（1.鄂北地區水資源配置工程建設與管理局（籌）,430071，武漢；2.湖北正衡水利水電檢測有限公司,430071，武漢）

大重量現澆渡槽支撐系統施工方案重點問題的探討

何永煜1，鄭楚英2，陳雁鳴1

（1.鄂北地區水資源配置工程建設與管理局（籌）,430071，武漢；2.湖北正衡水利水電檢測有限公司,430071，武漢）

鄂北地區水資源配置工程戰線長，且多地段存在膨脹土，因此對大重量現澆混凝土渡槽支撐系統施工方案的選擇及細致分析非常重要。以該工程2016年第2標段為例，對大重量現澆渡槽碗扣式滿堂支架和鋼管柱貝雷梁組合支架的方案選擇、地基處理和預拱值確定等幾個重點問題進行了探討，指出了需要重點注意的一些問題。同時，對在膨脹土地區使用碗扣式滿堂支架和鋼管柱貝雷梁組合支架提出了一些新的觀點。

鄂北地區水資源配置工程；現澆渡槽；支撐系統

一、工程特點

鄂北地區水資源配置工程（以下簡稱鄂北工程）的現澆渡槽工程主要集中在棗陽段，以2016年第2標段、第3標段為主，渡槽型式基本相同。以2016年第2標段為例：七方（文莊）渡槽（樁號 98+430～99+650）長1 220 m，分 39跨，單跨 30 m，進口段長30 m,出口段長20 m，設計流量36.2 m3/s；渡槽為單孔矩形槽，三向預應力鋼筋混凝土簡支結構，寬8.6 m,高 7～6.5 m,單榀重量約 1 160 t；槽身支撐結構為重力墩接混凝土灌注樁形式，最大墩高9.2 m,最小墩高4.2 m,因墩高小于10 m，重力墩均采用實體墩；承臺長 12 m，寬 7.5 m,厚 2.5 m,每個承臺下設6根直徑1.5 m的C25混凝土灌注樁，樁長23.3 m,中心距均為4.5 m；地面至槽底高度為2.33～15.16 m，設計方案為現澆施工。

七方（楊沖）渡槽（樁號100+350～102+090）總長 1 740 m，共 56 跨，設計水深4.07 m，渡槽進口段長35 m，出口段長25 m，槽身結構和尺寸與七方（文莊）渡槽相同；最大墩高16.8 m，最小墩高5.8 m，樁長24.6 m?；炷翉姸鹊燃墸翰凵頌閁F纖維素一級半C50W8F150，墩帽、墩身為 C30混凝土，承臺、灌注樁為C25混凝土。地面至槽底高度為2.49～18.45 m。

二、地質情況

1.七方（文莊）渡槽（樁號98+430～99+650）

七方（文莊）渡槽屬于襄棗盆地東緣崗地地貌，地面高程多在111.8～125.5 m之間，地形略有起伏，局部地段為低洼地帶，自然坡度一般小于10°，區內農田密布。渡槽沿線出露及揭示的地層主要為上更新統閻莊組坡積層（Q2ydl）黃褐色、褐黃色、紅褐色黏土，具中等膨脹性；上第三系（N）藍灰色泥巖、砂質泥巖，多呈半固結半成巖狀態，局部固結較好。該層土埋置深度多在24.5～25.8 m。地基土層主要由中更新統黏性土、上第三系黏土巖組成，僅在局部溝渠、魚塘部位分布薄層全新統地層，全新統黏土層分布不均，壓縮性偏高，不宜作為渡槽的天然地基持力層；中更新統黏性土具中等壓縮性，分布不均勻，作為天然地基持力層時需考慮其地基強度和變形能否滿足要求。黏土巖地層埋置較深，承載力較高，穩定性好，是樁基良好的持力層，但其埋深較大。

2.七方（楊沖）渡槽（樁號100+350～102+090）

七方（楊沖）渡槽屬于襄棗盆地東緣崗地地貌，地面高程多在110.0～118.5 m之間，地形比較平坦，地形坡度多小于 10°，樁號 101+100～101+500段地形稍有變化，多分布梯形農田。渡槽沿線出露及揭示的地層主要為上更新統閻莊組坡積層 （Q2ydl）黃褐色、褐黃色、紅褐色黏土，具中等膨脹性，該層土底板高程93.3～106.3 m；上第三系（N）藍灰色泥巖、砂質泥巖，多呈半固結半成巖狀態，局部固結較好。該層土埋置深度多在9～21.5 m。

渡槽沿線地下水水量貧乏，主要為上層滯水，分布在上部人工填土、老黏土的孔隙、裂隙中，受大氣降水及區內零星魚塘滲流補給，下部上第三系（N）黏土、黏土巖為相對隔水巖組，大氣降水入滲困難，地下水具活動弱、運移慢、含水低等特點?？碧綍r測區地下水埋深1.0～5.0 m。

地基土層主要由中更新統黏性土及上第三系黏土巖組成，僅在樁號101+400排灌渠部位分布有薄層全新統地層，局部夾淤泥質黏土層透鏡體，土層分布不均，壓縮性偏高，不宜作為渡槽的天然地基持力層；中更新統黏性土具有中等壓縮性，分布不均勻，上第三系黏土巖呈半成巖狀態（即半土半巖狀），除少部分固結較好的巖體具備軟巖的力學性質外，絕大部分均具備土的性質，作為天然地基持力層時需考慮其地基強度和變形能否滿足要求。

三、渡槽支撐方案選擇

從以上渡槽的特點和高度來看，現澆渡槽的支撐系統主要采用碗扣式鋼管滿堂支架和鋼管柱貝雷梁組合支架更為可靠、適用，填土高度不大且相鄰跨高差較小的槽段也可采用回填土支撐。槽底至地面高差10 m以內的渡槽支撐系統可采用滿堂支架現澆施工，槽底至地面高差10 m以上的可采用鋼管柱貝雷梁組合支架現澆施工。相關支撐方案特點及選擇原因如下：

①碗扣式多功能腳手架是一種先進的承插式鋼管腳手架,具有多功能、高功效、承載力大、安全可靠等特點。盤扣式腳手架雖然采用低合金鋼制成，單根承載力更高，但目前尚無驗收規范，特別是對于超大重量的支撐系統，單根鋼管的失穩易造成重大的安全事故，故不采用?？奂侥_手架則比碗扣式承載力低，搭拆時間長，若支撐系統整體采用扣件式腳手架，即使計算時滿足要求也不是最優方案。門式腳手架其通用性不如碗扣式腳手架和扣件式腳手架，不在施工單位的優先選擇范圍?，F澆渡槽支撐系統主要采用碗扣式鋼管滿堂支架。

②高度在10 m以上的渡槽若全部采用碗扣式腳手架支撐，則會帶來較大的材料和構件運輸量，占用道路、場地，增加工人使用量、材料卸車時間及搭拆時間等，影響施工進度。

③預制渡槽時模板下部的支撐采用扣件式腳手架調節高度和依據高度聯結更方便，但現澆渡槽重量過大，與預制渡槽以混凝土支墩為主要承力點有很大的不同。依據計算結果，碗扣式腳手架在渡槽腹板下方布置為0.3 m×0.3 m且富余不多，但采用扣件式腳手架作為鋼管柱貝雷梁組合支撐系統模板下方支撐時其承載力難以滿足，因此選擇碗扣式腳手架。

④鋼管柱貝雷梁組合支架支撐方案材料用量少，工人勞動強度低，節省工期，故槽底至地面高差10 m以上的渡槽支撐系統優先采用鋼管柱貝雷架組合支撐方案。

⑤碗扣式滿堂腳手架基礎可采用30 cm厚混凝土，并可利用其作為排水、隔水措施。鋼管柱貝雷梁組合支架基礎一般采用 10 m×5 m×1.5 m厚混凝土條形基礎，但此時如果改為采用鋼箱梁筏板基礎，將大大減少施工成本和節省工期。

⑥鋼管柱貝雷梁組合支架左右兩段鋼管柱支撐點必須布置在左右承臺上，否則容易因地基沉降引起該處渡槽下部的混凝土受拉而開裂（即改變了零彎點）。

四、地基處理

1.碗扣式滿堂腳手架地基處理

（1）排水、隔水、遮水

有積水地段需先排盡積水，在施工場地四周做一套完整的防排水系統，以保證水流暢通、不積水，并防止周邊地面水倒流進入場地。

支架基礎排水系統：地基經平整硬化后設置雙向1%的坡度，沿渡槽兩側即距支架外側1.5～2 m位置設置斷面1 m×0.5 m的縱向排水溝，縱向排水溝采用U形接水槽至集水坑，U形接水槽采用彩鋼板制成并做好縫間處理；且每隔30 m設一深0.8 m的集水坑，集水坑采用廢油桶去掉上蓋制成，以便及時抽排積水，避免支架基礎被積水浸泡發生沉陷，導致安全事故。

準備好雨布等遮雨遮水材料，隨時遮蓋。為防止相鄰墩位雨水滲透，對相鄰墩位采用鋼管腳手架搭設帶坡的雨棚遮蓋，并同時作為臨時材料、工具儲存倉庫。

（2）地基處理

由于支架基礎為原狀土，局部存在低洼、濕地地帶。施工前先進行清表，平整場地。為減少后期施工地基沉降的影響，需對軟弱地基進行換填處理，有積水地段需先排盡積水，清除表層軟土后換填碎石（一般填筑深度在0.5～1.5 m之間），碎石采用挖機、壓路機分層回填壓實，每層厚 25～30 cm，回填至基礎頂面，換填寬度由測量人員按1:1放坡，頂面寬超出梁體投影線各1.5 m控制，確保地基承載力滿足設計要求（≥200 kPa）。

若原地貌高差變化較大或遇溝渠必須保持暢通時，應分節段將場地平整為臺階形布置，可利用立桿0.6 m節點位差進行調整。

地基處理前，先請監理、業主單位確認渡槽支架搭設場地原地表情況及地面標高，并檢測地基承載力，對承載力不滿足設計要求的地段需進行地基處理。場地平整及軟基換填處理的工程量以施工過程中實際發生量為準，需經監理、業主確認。

（3）基礎硬化

地基基礎處理合格后，測量人員放出渡槽翼緣板邊的垂直投影線，在投影線外側左右各加寬1 m處架立模板，澆筑30 cm厚C20混凝土墊層，以增強基礎的整體穩定性及承載力，減少地基變形。澆筑過程中控制好整個場地平整度及1%的橫坡，澆筑完畢后派專人養護，養護不少于7天，防止出現裂縫；且需切縫，縫深5 cm，形成4 m×6 m方格網。最后,組織有關人員進行檢查驗收，經驗收檢查報驗合格后方可進行支架搭設施工。

（4）槽鋼安置

在施工場地完全硬化后,根據支架安裝橫斷面、縱斷面圖,利用全站儀按渡槽結構形式尺寸放出槽鋼安放的具體位置，采用12 m長的#18槽鋼沿渡槽方向橫向布置，槽鋼須鋪放平穩，不得懸空。為了穩定槽鋼不移動，在安放好的槽鋼兩端澆筑M10砂漿固定。

（5）設置地基沉降監控點

基礎沉降監測點采用長10 cm的Ф10鋼筋點焊槽鋼里，支架頂部的觀測點設置在工字鋼上，并噴紅油漆做標記（施工時在相應的觀測點處對底模板開一個方形槽口處理，槽口大小保證能夠安放塔尺，預壓完成后進行封閉處理，預壓施工注意加載物覆蓋觀測點）。具體布置要求:①沿渡槽結構縱向每隔1/4跨徑布置一個監測斷面；②每個斷面上的監測點不少于5個，且應該對稱布置。

2.鋼管柱貝雷梁組合支架地基處理

（1）地基處理

由于支架基礎為原狀土，局部存在低洼、濕地地帶。施工前先進行清表，平整場地。為減少后期渡槽施工地基沉降的影響，對混凝土基礎部位（擴大1 m）需對薄層全新統地層軟弱地基進行換填處理，有積水地段需先排盡積水，清除表層軟土后換填碎石 （一般填筑深度在0.5～1.5 m之間），采用挖機、壓路機分層回填壓實，每層厚25～30 cm，回填至基礎頂面，換填寬度由測量人員按1:1放坡，頂面寬超出槽體投影線各1.5 m控制，確保地基承載力滿足設計要求（≥200 kPa）。

如果地基基礎是回填土、雜土，且厚度較深以及膨脹土隔水后，采用200 t.m強夯法對筏板基礎部位進行夯實。

對局部夾淤泥質黏土層透鏡體地基，可采用砂石樁地基施工工藝進行處理并結合鋼箱梁筏板基礎，可有效提高地基承載力。砂石樁所采用材料如下：砂，中、粗混合砂，含泥量不大于5%。含水量要求在飽和土中施工時采用飽和狀態；非飽和土中施工時，含水量采用7%～9%。軟弱黏土，砂和角礫混合料，不宜含有粒徑大于50 mm的顆粒。石，碎石，粒徑一般5～20 mm，級配良好，含泥量不大于5%。

（2）混凝土基礎

根據計算結果，混凝土基礎采用C25二級配普通混凝土，基礎尺寸為10 m×5 m×1.5 m.

（3）場地硬化

地基基礎處理合格后，安排測量人員放出渡槽翼緣板邊的垂直投影線，在投影線外側左右各加寬1 m處架立模板，澆筑5～10 cm厚C10混凝土防水層，澆筑過程中控制好整個場地平整度及1%的橫坡；澆筑完畢后派專人負責養護，養護不少于7天,防止出現裂縫；最后組織有關人員進行檢查驗收，經驗收檢查報驗合格后方可進行支架搭設施工。

五、預拱值確定

本項目由于部分地段存在中膨脹土，因此要預留合理的預拱值，以防地基沉降造成渡槽下部混凝土受拉而開裂，但也不能預留過大的預拱值，以防土體膨脹造成渡槽上部開裂。

碗扣式鋼管支架預拱值和鋼管柱貝雷梁組合支架預拱值的確定要考慮以下影響因素：①支架在荷載作用下的彈性壓縮；②受載后由于桿件接頭擠壓和卸架設備壓縮而產生的非彈性變形；③支架基礎在受載后的非彈性壓縮以及預應力張拉等因素。經計算，碗扣式鋼管支架預拱值為37.12 mm，鋼管柱貝雷梁組合支架預拱值為42.29 mm。

渡槽恒載及施工荷載取5個控制點，即取跨中和離跨中一半2個點與兩端共5個點，兩端預拱值為零，以控制變化。

全部加載后，不可立即卸載，需持續施壓24 h，并隨時對觀測點進行觀測，直至變形穩定后，再進行卸載。卸載必須對稱，逐級進行。 卸載的同時，并對不同的觀測點進行標高測量，然后通過預壓前后同一點標高差值及支架的彈性變形量、渡槽的撓度等得出底模的預拱度之和，通過U形托座調整底模標高。預拱度最高值設在渡槽的跨中，其他各點的預拱度由中間最高值向兩端零值按二次拋物線進行分配。

六、結 語

大重量現澆混凝土渡槽支撐方案的選擇直接關系到渡槽混凝土的施工安全、質量及施工工期、成本。高度不同的渡槽可分別選用碗扣式腳手架支架和鋼管柱貝雷梁組合支架。其中，鋼管柱貝雷梁組合支架如能配合鋼箱梁筏板基礎，可明顯節約工期和成本。同時，不同地基下的基礎處理也應采用不同的、更為適用的方式。預拱值的設置也應考慮膨脹土地基的膨脹因素。

[1]晏家會，等.拉洛工程渡槽結構與施工工藝淺議[J].中國水利，2016（20）.

Major issues related to construction options for supporting system of big weight cast-in-situ aqueduct

He Yongyu,Zheng Chuying,Chen Yanming

Due to long construction period of Water Allocation Project and existence of explosive soil in many parts of North Hubei Province,it is crucial of having careful selection and detained analysis for the supporting system of big weight cast-in-situ aqueduct.Taking No.2 bidding section of 2016 as an example,discussions are made on comparative selection between cuplok full support system and bailey beam combination stent,foundation treatment,as well as defining of pre-cambering value.Problems that need special focus on and new ideas are proposed for the adoption of cuplok full support system and bailey beam combination stent in expansive soil area.

Water Resources Allocation Scheme in North Hubei Province;cast-in-situ aqueduct;supporting system

TV672.3

B

1000-1123（2017）22-0040-03

2017-10-11

何永煜，棗隨部主任，教授級高級工程師。

責任編輯 鄭 爽