高溫地區多跨渡槽槽身施工方案優化比選

◎蔡華和 中國水利水電第九工程局有限公司

渡槽作為干旱地區的跨越河流、狹窄場地、低洼地段或者河流等復雜空間的架空水工建筑物，在水利工程中應用非常廣泛，渡槽水利工程有助于提升區域范圍內人們的整體生活質量。而且渡槽工程相對于其他的涵洞、虹吸等工程，渡槽施工速度快，占用面積少，水頭損失也比較小。排架式渡槽下部為懸空結構，在修建時需要搭設支撐體系，立模板后澆筑上部渡槽槽身結構混凝土，對于施工單位而言，復雜的支撐體系會增加人工成本，降低施工效率。因此，優化混凝土配合比設計，選用合適的排架支撐體系，形成一套快速周轉、措施材料節省、施工質量好的施工方案，可以為項目創造經濟價值。

1.工程概述

海南省紅嶺灌區工程東干渠土建施工第Ⅲ標段工程，渡槽共14座，渡槽槽身共計453跨，槽身混凝土設計強度為現澆C25鋼筋混凝土，槽身單跨跨徑主要包含四種：14.96m、12.46m、10.96m、9.96m，過水斷面形式為U型，支承型式為槽墩、排架式。

22#～29#渡槽（201 跨）半徑2.65 m，斷面尺寸(寬×深)為5.3m×3.91m，槽殼厚度0.265m，設計流量29.0 m/s，加大流量33.35m/s，糙率n=0.014，基礎地基承載力不小于180KPa，26#渡槽21#排架墩設計高度H=23.8m，為本標段最高設計排架。

30#～35#渡槽（252 跨）半徑2.55 m，斷面尺寸(寬×深)為5.1m×3.8m，槽殼厚度0.265m，設計流量26.5m/s，加大流量30.48m/s，糙率n=0.014，基礎地基承載力不小于165KPa，31#渡槽槽身84跨，為本標段設計槽身數量最多的渡槽。

2.混凝土工程施工

2.1 混凝土配合比設計優化

海南當地氣溫較高，混凝土的初凝時間較短，渡槽混凝土施工場地復雜，槽身混凝土澆筑過程中需要延長混凝土的初凝時間，混凝土初凝時間需要滿足大于拌合站拌制時間、運輸時間、澆筑時間、其他因素造成的損失時間，根據實際情況，本項目控制在240min以上，以保證混凝土的澆筑質量。同時在混凝土澆筑后，強度越早達到拆模強度，相關的支架就可以盡早地倒運到下一跨進行施工，減少渡槽施工支架的占用時間，但是混凝土的原材料或者外加劑所調節的成本盡量在可控范圍內。根據設計資料要求渡槽槽身混凝土設計強度為現澆C25鋼筋混凝土，對C25混凝土配合比進行比較研究分析，常規混凝土的配合比設計見表1。經過優化后的混凝土配合比見表2。

表1 常規C25混凝土配合比設計

表2 優化后混凝土配合比設計

通過渡槽槽身混凝土試塊試驗分析，常規配合比的混凝土初凝時間為240min左右，優化后的混凝土初凝時間在260min左右。優化后的混凝土可以滿足齡期7天能夠達到設計強度的65.6%～74.4%提升到90%左右。既滿足了現場施工的要求，同時也縮短了混凝土強度增強的時間。

2.2 混凝土澆筑

渡槽均處于低洼地或水田段，地勢低，地質差，交通條件較差，現場均在渡槽一側征租6m寬臨時用地，修建6m寬度的施工便道。渡槽基礎埋深不少于3m，渡槽墊層、基礎混凝土采用挖掘機直接入倉或者溜槽入倉澆筑。渡槽排架截面尺寸0.9×0.65m，斷面較小，高度在0.45～23.8m范圍內，現場澆筑時采用25t自卸車+吊罐或天泵入倉澆筑。槽身混凝土澆筑高度較高，采用天泵入倉方式。

槽身混凝土在排架頂橫梁混凝土強度達到設計強度的100%后才能進行。澆筑從槽身跨中開始向上下游側對稱澆筑，以保證端肋受力均勻。每跨槽身混凝土一次連續澆筑。槽身底板及支座混凝土厚度較大，按一般混凝土施工的50cm分層控制。塌落度不小于200mm?；炷亮辖洭F場試驗人員做試驗確定為合格料后方可入倉澆筑。由于海南天氣炎熱，在5月～10月澆筑混凝土時，避開高溫時段，盡量安排在晚上澆筑。

槽身底板從中間開始往兩邊澆筑，分兩層澆筑，端肋位置按照50cm一層，分層澆筑到與槽身底板平整?；炷寥雮}應從內模中間倉口入倉，均勻上升。底部澆筑飽滿，振動充分后關閉中間倉口。端肋澆筑時可以在端部安裝附著式振搗器或從端肋頂部往下采用φ50振動棒進行振動。

側壁為薄壁結構，澆筑混凝土時特別要控制澆筑速度和混凝土打棒。中倉入倉口關閉后，混凝土應從側倉入倉，順著一個方向，每50cm一層澆筑入倉，每層混凝土澆筑時間控制在30min～60min。當混凝土澆筑離側倉口50cm時，應停止混凝土入倉，通過采用金屬物件對模板進行敲打，如聽出有空洞的聲響，必須對此進行重新振搗密實。配置φ30振動棒，直至振動到沒用空洞的聲響。模板拐彎處也可以安放移動式附著振搗器進行內外模板振搗。

澆筑到離側倉口50cm時，振動棒應從頂部往下進行振搗。

側倉以上澆筑最容易出現模板移動和錯位現象，現場質檢人員應嚴格控制混凝土澆筑速度。派1～2名專業人員對模板螺栓、內模撐桿和外架進行觀測和加固處理。在澆筑全過程中隨時觀察其地基沉降、模板變形觀察，發現有小范圍可調控時及時調整。對大面積、不可調控時，撤離人員觀察其情況再進行處理方案。

3.支撐體系工程施工

3.1 支撐體系設計

渡槽排架高度不等，最高排架高度23.8m，排架凈空高度≤2m時，渡槽混凝土模板采用地模形式，排架凈空高度＞2m且≤9m時，采用直插式雙自鎖鋼管滿堂腳手架支撐體系，排架凈空高度＞9m時，采用鋼管貝雷架支撐體系。由于鋼管貝雷架支撐體系是利用渡槽排架承臺作為受力基礎，節約基礎處理費用及施工時間，而方柱形灌注樁單排架，由于設計承臺寬度不足，不足以作為貝雷架支撐體系的的受力基礎，因此FGP型排架部位槽身全部采用滿堂腳手架支撐體系進行施工。采用鋼管貝雷架支撐體系時，渡槽基礎預先進行處理，增加條形基礎。

3.2 支撐體系施工

3.2.1 滿堂腳手架施工

清理場地，采用挖機或者壓路機壓實基礎，支架兩側開挖排水溝，避免積水對支架基礎造成影響。測量放樣，搭設滿堂腳手架，滿堂腳手架底層掃地桿距離地面高度不大于30cm，逐層搭設滿堂支架至設計渡槽標高底部，通過頂托進行標高調節，滿足渡槽的設計的坡度，兩側搭設上下通道，施工采用汽車吊輔助進行。

表4 槽身模板投入對比分析

3.2.2 貝雷架支架施工

支架主要是利用板式基礎上臺階作為支承，通過搭設鋼管柱、貝雷梁等構件形成受力支架體系，首先進行鋼管柱安裝，鋼管柱底座與承臺采用膨脹螺栓固定，每隔3m與排架柱采用鋼絲繩抱箍加固，防止偏移和傾覆；鋼管柱頂端放置100t砂桶，采用焊接限位鋼板等方式將砂桶固定，防止偏移和傾覆；砂桶上部橫向放置兩根I50C橫梁，橫梁采用槽鋼抱箍與排架柱連接，防止橫梁偏移和傾覆；橫梁上部縱向鋪設12組貝雷梁，與橫梁接觸點設置限位鋼板，防止偏移；貝雷梁放置橫梁后，按照橫向60cm間距鋪設分配梁。

4.經濟分析

根據優化配合比后的混凝土，澆筑7天后能滿足拆模要求，大大加快了模板周轉次數，槽身模板需使用的數量分析如下：

（1）槽身模板占壓時間計算。槽身混凝土施工流程及時間：立底模及外側模1天，扎鋼筋1天，立內模1天，澆筑1天，等強度1天，內模拆除1天，外模拆除1天，等強度4天后拆除底模，拆除時間1天。

（2）滿堂腳手架及鋼管貝雷片支撐體系經濟比較。槽身在相同高度情況下，以平均高度18.5m為例進行計算，采用滿堂腳手架及鋼管貝雷片支撐體系材料使用情況及成本見表3。

表3 兩種支架法的成本計算

（3）混凝土成本分析。渡槽槽身共計453跨，槽身混凝土總方量36088方。分別對配合比優化前后的材料成本進行分析，通過計算，優化前1方混凝土的成本為444.31元，優化后1方混凝土的成本為498.28元，混凝土總體的成本回增加194.77萬元。

（4）人員、設備投入經濟分析。使用優化前配合比進行槽身混凝土的施工，每套模板配置施工人員10人，25t汽車吊1臺；使用優化后的配合比進行槽身混凝土的施工，每套模板配置施工人員15人，25t汽車吊1臺。按照人工費用240元/日，汽車吊租賃費30000元/月計算，使用設計配合比進行槽身混凝土的施工每完成一跨槽身人工、設備費用為（240×10×15+30000/30×15）/10000=5.10萬元，共計453跨槽身，總投入2310.3萬元；使用優化后的配合比進行槽身混凝土的施工每完成一跨槽身人工、設備費用為（240×7×15+30000/30×7）/10000=3.22萬元，共計453跨槽身，總投入1458.66萬元。

通過對槽身模板配置、槽身混凝土材料投入、槽身施工人員、設備投入等方面進行經濟對比分析，使用優化前配合比、優化后的配合比成本對比如表5，可知使用優化后的配合比進行槽身混凝土的施工可以節省投資約1286.31萬元。

表5 綜合成本分析對比表

5.結論

通過對海南省紅嶺灌區工程東干渠土建施工第Ⅲ標段項目部渡槽工程高溫多雨地區多跨度渡槽混凝土快速施工技術的應用與研究，完成了渡槽施工難度大，提高了安全風險，節約了工程建設投資、縮短施工工期，并總結了一套完整的施工方法，對今后類似高溫多雨地區多跨度渡槽混凝土施工具有一定借鑒作用。