單旭輝

（河北省南水北調(diào)工程建設(shè)管理局，石家莊 050035）

泜河渡槽支撐系統(tǒng)預(yù)壓施工技術(shù)研究

單旭輝

（河北省南水北調(diào)工程建設(shè)管理局，石家莊 050035）

大型渡槽槽身?yè)隙瓤刂埔筝^嚴(yán)格，要求對(duì)其施工支撐系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)壓，測(cè)出排架、地基沉降變形，為支撐系統(tǒng)施工設(shè)置預(yù)拱值提供依據(jù)。因渡槽自身荷載較大，而支撐系統(tǒng)預(yù)壓最大加載是按其自身荷載的1．2倍考慮，故采用半跨預(yù)壓方案。首先計(jì)算出半跨槽身整體荷載，然后將其分解到主、次梁和板上，根據(jù)分布荷載，采用等效預(yù)壓方式對(duì)噸袋進(jìn)行整體布置，并對(duì)地基、支架、墊層進(jìn)行強(qiáng)度驗(yàn)算，驗(yàn)證整個(gè)支撐系統(tǒng)的安全性、可靠性。在地基和模板上布置若干個(gè)觀測(cè)點(diǎn)，通過(guò)三級(jí)預(yù)壓方式，測(cè)得相關(guān)沉降數(shù)據(jù)。采用二次拋物線函數(shù)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行模擬，可以計(jì)算出支撐系統(tǒng)各個(gè)部位的預(yù)拱值，為支撐系統(tǒng)施工提供依據(jù)。

渡槽；撓度；支撐系統(tǒng)；預(yù)拱值；等效預(yù)壓；沉降變形

泜河渡槽位于河北省臨城縣境內(nèi)，是一座大型河渠交叉建筑物。為保證渡槽槽身設(shè)計(jì)撓度要求，需確定支撐系統(tǒng)的變形值，檢驗(yàn)支撐系統(tǒng)的強(qiáng)度及穩(wěn)定性，消除整個(gè)支撐系統(tǒng)的塑性變形，消除地基的沉降變形，測(cè)量出支撐系統(tǒng)的彈性變形，為施工預(yù)拱度的設(shè)置提供依據(jù)，對(duì)泜河渡槽支撐系統(tǒng)預(yù)壓是非常有前瞻性和必要性的。

本次預(yù)壓選擇具有代表性的第8跨進(jìn)行支撐系統(tǒng)預(yù)壓，以檢查支撐系統(tǒng)的穩(wěn)定性及變形值。最大加載按上部結(jié)構(gòu)荷載1．2倍考慮，因加載較大，故采用半跨預(yù)壓方案。

1 工程概況

泜河渡槽由進(jìn)出口漸變段、進(jìn)出口檢修閘段、進(jìn)出口連接段和槽身段組成，起點(diǎn)樁號(hào)150＋541，終點(diǎn)樁號(hào)150＋999。其中：槽身段起點(diǎn)樁號(hào)150＋621，終點(diǎn)樁號(hào)150＋891，共分9跨，單跨長(zhǎng)30m，全長(zhǎng)270m。渡槽上部槽身為三槽一聯(lián)帶拉桿預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土梁式矩形槽。槽身寬度24．3m，上部翼緣外側(cè)寬度25．5m。 槽內(nèi)設(shè)計(jì)水深5．58m，加大水深5．98m，渡槽縱坡為1/4100。 30m跨單槽斷面尺寸為7．0m×6．7m，邊墻厚0．6m，頂部設(shè)2．7m寬人行道板；中墻厚0．7m，頂部設(shè)3．0m寬的人行道板。后澆帶設(shè)置在各跨槽身兩端，寬0．575m。結(jié)構(gòu)尺寸如圖1，2（圖中尺寸單位：mm）。

圖1 泜河渡槽槽身橫斷圖

圖2 泜河渡槽槽身縱斷圖

2 支撐系統(tǒng)預(yù)壓施工技術(shù)

2．1 支撐系統(tǒng)預(yù)壓前準(zhǔn)備工作

（1）支撐體系預(yù)壓前，應(yīng)對(duì)施工區(qū)域內(nèi)的不良地質(zhì)的分布情況充分掌握，對(duì)不合格地基，要及時(shí)處理。

（2）地基處理方式：在壓實(shí)合格的地面上回填基礎(chǔ)砂礫料。基礎(chǔ)砂礫料取至泜河河道內(nèi)砂礫料。分層填筑壓實(shí)厚度不小于50cm，相對(duì)密度不小于0．75。含水量8%～12%，砂石含泥量不大于5%，石料粒徑不大于100mm。采用YZT－18振動(dòng)平碾壓實(shí)，初擬作業(yè)時(shí)先靜壓1遍、弱振2遍、強(qiáng)振6～8遍；振動(dòng)行駛速度不超過(guò)2km/h。施工壓實(shí)參數(shù)根據(jù)壓實(shí)試驗(yàn)確定。墩身兩側(cè)部位采用3臺(tái)手扶式振動(dòng)夯配合壓實(shí)，分層厚度控制在30cm以內(nèi)。在施工過(guò)程中，每碾壓一層后，應(yīng)用人工或機(jī)械（反鏟）將表面拉毛，以利于接合。地基處理順序與槽身施工順序相同，也可以根據(jù)施工情況提前完成地基處理。施工中加強(qiáng)壓實(shí)檢測(cè)頻率，滿足壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)。

土料和砂石料回填至地面控制高程以下15cm后，先做地基承載力試驗(yàn)，測(cè)定地基承載力。地基承載力滿足設(shè)計(jì)荷載要求后，在回填面頂部澆筑15cm厚C20混凝土蓋板承重。

（3）支撐體系基礎(chǔ)應(yīng)設(shè)置防排水措施，不得被雨水、養(yǎng)護(hù)水浸泡。

（4）支撐體系預(yù)壓前，支撐體系必須具有足夠的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性，支撐體系經(jīng)過(guò)驗(yàn)收合格后，方可進(jìn)行預(yù)壓。

2．2 支撐系統(tǒng)預(yù)壓荷載計(jì)算及驗(yàn)算

2．2．1 預(yù)壓材料

支架預(yù)壓材料采用噸袋預(yù)壓，填充砂的堆積干容重為1．5t/m3，預(yù)估含水量為5%（試壓時(shí)由試驗(yàn)確定），每個(gè)噸袋的裝填重量為1．2t。

2．2．2 半跨荷載

半跨鋼筋混凝土荷載為1601．156t，其他荷載按150t計(jì)，總荷載為1751．156t。 依據(jù)相關(guān)預(yù)壓規(guī)范取安全系數(shù)1．2，確定加載重量為2101．39t。

2．2．3 分解預(yù)壓荷載及堆高

預(yù)壓荷載采用等效預(yù)壓荷載分布。

2．2．3．1 側(cè)面主梁

半跨混凝土荷載為334．8t，堆積編織袋279個(gè)，分兩排堆積，每排15個(gè)，堆高7．3m。

2．2．3．2 中部主梁

半跨混凝土荷載為343．32t，堆積編織袋287個(gè)，分兩排堆積，每排15個(gè)，堆高7．6m。

2．2．3．3 板

板的厚度為0．4m，單塊板混凝土荷載為15．99t。 堆積編織袋14個(gè)，分兩層堆放，堆高1．4m。

2．2．3．4 次梁

單塊板混凝土荷載為6．12t，堆積編織袋6個(gè)，側(cè)立堆放（考慮與板組合荷載疊加）。

由于支架上部全部為縱橫主次I10的工字鋼結(jié)構(gòu)，且布局結(jié)構(gòu)為：0．6m×0．6m（主梁），0．6m×0．35m（次梁），0．6m×0．6m或0．9m（板），且呈現(xiàn)縱橫垂直交錯(cuò)布置，使荷載受力結(jié)構(gòu)均勻傳遞于支架，結(jié)實(shí)程度遠(yuǎn)高于木枋結(jié)構(gòu)，故此處只做整體工字鋼上預(yù)壓荷載計(jì)算，計(jì)算結(jié)果統(tǒng)計(jì)于表1。

表1 等效預(yù)壓荷載分布及噸袋布置方案

2．2．4 強(qiáng)度驗(yàn)算

2．2．4．1 基礎(chǔ)驗(yàn)算及檢測(cè)

為保證滿堂排架的安全及減少槽身沉降破壞，必須嚴(yán)格控制地基壓實(shí)度和沉降量。主梁下地基承載力驗(yàn)算值為最大，因此選取該值作為地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值。經(jīng)計(jì)算，地基荷載為10．44t/m2，為防止地基不均勻受力及支撐排架結(jié)構(gòu)偏差，考慮1．4倍安全系數(shù)，地基承載力應(yīng)不小于143．2kN/m2。

對(duì)第8跨回填基礎(chǔ)進(jìn)行承載力檢測(cè)，在回填區(qū)內(nèi)共檢測(cè)3個(gè)點(diǎn)位。經(jīng)檢測(cè)，3個(gè)點(diǎn)的地基承載力均大于180kN/m2，地基承載力均滿足要求。

2．2．4．2 碗扣支架承載力驗(yàn)算

支架采用多功能碗扣式支架，縱向排距60cm，橫向跨距30cm，每根立桿受正向壓力為1．88t。 按1．2安全系數(shù)考慮，壓力為2．25t＜4t（立桿強(qiáng)度），立桿強(qiáng)度滿足要求。

2．2．4．3 墊層混凝土強(qiáng)度驗(yàn)算

本工程碗扣式滿堂腳手架，主梁下立桿間距為0．6m×0．3m（橫向0．6m，縱向0．3m），次梁下立桿間距0．3m×1．2m（橫向0．3m，縱向1．2m），板下立桿間距為0．6m×1．2m（橫向0．6m，縱向1．2m）。 因此方案所需的對(duì)混凝土基礎(chǔ)承載力計(jì)算如下：中梁下立桿311．1kPa；邊梁下立桿352．2kPa；次梁下立桿119．83kPa；板下立桿間43．5kPa。

經(jīng)試驗(yàn)檢測(cè)，混凝土同期養(yǎng)護(hù)3d，強(qiáng)度可達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的40%～50%，按40%計(jì)算，C20混凝土3d強(qiáng)度為8．0MPa（8000kN/m2）。所以，在墊層混凝土澆筑完成后3d再進(jìn)行排架搭設(shè)，完全可以滿足施工要求。

通過(guò)以上分析，表明排架搭設(shè)地基及處理是安全、可靠的。

2．3 支撐系統(tǒng)預(yù)壓實(shí)施

預(yù)壓可采用半副預(yù)壓的方式進(jìn)行，預(yù)壓的配重按照2101．39t計(jì)。

2．3．1 預(yù)壓操作方法

（1）加載預(yù)壓前，首先分布設(shè)置觀測(cè)點(diǎn)并測(cè)量各觀測(cè)點(diǎn)的標(biāo)高。

（2）預(yù)壓加載分三級(jí)進(jìn)行，每加載一級(jí)持荷1h，再進(jìn)行下一級(jí)加載，第一級(jí)加載量的60%即總荷載1050．69t，第二級(jí)加載量的100%即總荷載1751．2t，第三級(jí)加載量的120%即總荷載2101．39t。壓重荷載的分布嚴(yán)格按照等效壓重的原則執(zhí)行，荷載位置與渡槽槽體自重荷載分布一致。

（3）預(yù)壓采用土袋或沙包（原材料）預(yù)壓。

（4）每加載一級(jí)測(cè)量1次各觀測(cè)點(diǎn)的標(biāo)高，之后每天早晚各觀測(cè)1次，計(jì)算并統(tǒng)計(jì)出沉降量，連續(xù)3d沉降量小于2mm/d，則可以卸載。

（5）卸載完成后，再觀測(cè)各觀測(cè)點(diǎn)的標(biāo)高，求取彈性和非彈性變形量，并于槽身預(yù)應(yīng)力張拉前后和支架拆除前后測(cè)量各點(diǎn)對(duì)應(yīng)梁面的高程變化，求取張拉起拱值和梁體的彈性變形量。

2．3．2 觀測(cè)點(diǎn)布置

（1）地基沉降測(cè)量點(diǎn)布置在地面支架底槽鋼上，用以觀測(cè)地基在支架預(yù)壓時(shí)，地基的沉降和卸載后的彈性恢復(fù)量。在條件允許的情況下，盡量與上部觀測(cè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)布置。

（2）上部（模板上）點(diǎn)的布設(shè)：在每一跨箱梁的兩端端橫梁、跨中、1/4跨位置的支架頂部共8個(gè)斷面，每個(gè)斷面各設(shè)置4個(gè)沉降觀測(cè)點(diǎn)，共32個(gè)觀測(cè)點(diǎn)。

2．3．3 測(cè)量

測(cè)量依據(jù)GB12897—2006《國(guó)家一、二級(jí)等水準(zhǔn)測(cè)量規(guī)范》。

2.3.3.1 標(biāo)高測(cè)量法

根據(jù)以上的預(yù)壓荷載計(jì)算和測(cè)點(diǎn)布置設(shè)計(jì)，上層測(cè)點(diǎn)用安裝標(biāo)桿的方法設(shè)置測(cè)量點(diǎn)，標(biāo)高測(cè)量標(biāo)桿用直徑25mm的鋼筋制作，長(zhǎng)度30cm，標(biāo)桿底部加焊10cm×10cm×10mm鋼板，將標(biāo)桿焊接于渡槽底模下側(cè)，保證位置準(zhǔn)確，高度穩(wěn)定；下層測(cè)點(diǎn)直接在槽鋼上測(cè)量。

2.3.3.2 檢測(cè)頻次

在預(yù)壓前對(duì)底模觀測(cè)1次并記錄，加載前系統(tǒng)的觀測(cè)，作為原始數(shù)據(jù)；每級(jí)加載完成后，應(yīng)每間隔12h對(duì)支架沉降量進(jìn)行1次監(jiān)測(cè)，當(dāng)支架底模各監(jiān)測(cè)點(diǎn)12h的沉降量平均值小于2mm時(shí)，再進(jìn)行下一級(jí)加載；加載結(jié)束后每天測(cè)量1次，當(dāng)連續(xù)3d沉降量均小于2mm/d時(shí)，預(yù)壓結(jié)束，可以卸載。卸載完成后對(duì)地基及排架回復(fù)量進(jìn)行一次系統(tǒng)觀測(cè)，卸載的回復(fù)量為彈性變形。

2．4 數(shù)據(jù)整理

根據(jù)觀測(cè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，對(duì)現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力混凝土渡槽模板支架在混凝土澆筑時(shí)產(chǎn)生的變形進(jìn)行有效控制。依據(jù)變形量調(diào)整箱梁的底標(biāo)高，實(shí)現(xiàn)混凝土澆筑后能達(dá)到設(shè)計(jì)所要求的梁底標(biāo)高。

根據(jù)預(yù)壓過(guò)程的記錄數(shù)據(jù)，繪制荷載與沉降量的關(guān)系曲線，計(jì)算出各觀測(cè)點(diǎn)的變形，其中包括非彈性變形與彈性變形，綜合考慮張拉后梁體的上拱度和拆架后梁面標(biāo)高變化確定支架模板的最終預(yù)拋高值。

3 預(yù)拱度值設(shè)置

預(yù)拱度值設(shè)置：實(shí)際立模高度＝設(shè)計(jì)立模高度＋預(yù)拱度觀測(cè)值。 按二次拋物線法分配，公式為：Y＝0．0000966X2＋0．018。根據(jù)實(shí)測(cè)值和計(jì)算值，得到預(yù)拱值分配，詳見表2。

表2 預(yù)拱值分配 單位：m

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)大型渡槽支撐系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)壓，可以合理地設(shè)置槽身預(yù)拱度，預(yù)拱度設(shè)置時(shí)宜遵循“寧高勿低”的原則。選擇合適的模型計(jì)算，得到了預(yù)拱值分配公式，保證了槽身設(shè)計(jì)撓度，使槽身在施工和通水狀態(tài)下均能達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

［1］王法武，石飛雪．大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁長(zhǎng)期撓度控制研究［J］．公路，2006（8）：72－76．

［2］丁文勝，呂志濤，等．混凝土收縮徐變預(yù)測(cè)模型的分析比較［J］．橋梁建設(shè)，2004（6）：13－16．

［3］雷俊卿．橋梁懸臂施工與設(shè)計(jì)［M］．北京：人民交通出版社，2000．

［4］JGT/T194—2009，鋼管滿堂紅支架預(yù)壓技術(shù)規(guī)程［S］．

［5］GB5009—2001，建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范［S］．

［6］GB50007—2002，建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］．

［7］JGJ130—2001，建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術(shù)規(guī)范［S］．

［8］JGJ166—2008，建筑施工碗扣式鋼管腳手架安全技術(shù)規(guī)范［S］．

［9］GB50026—2007，工程測(cè)量規(guī)范［S］．

Study of the Construction Technology of Pre－compaction on Aqueduct Supporting System

SHAN Xu－h(huán)ui
（Hebei Province South－to－North Water Transfer Project Construction Administration，Shijiazhuang050035，China）

The large aqueduct requires the high deflection of design．And the supporting system should be precompressed．The deformation of subsidence of shelving and foundation should be measured．These are basis for the set of pre－arch value of the supporting system．With large load of the aqueduct， the maximum load of the supporting system is 1．2 times as much as itself．Thus the half－span pre －compaction scheme is adopted．First， the half－span load is calculated．Then the load is assigned to primary－secondary beam and plate．On the basis of distributed load the ton bags are set by the way of equivalent pre－compaction and the cushions， stands， and foundations are checked．And then the security and reliability of the whole supporting system is checked．By means of three－level pre－compaction， several observation points are arranged on the template and foundation．The concerning subsidence data are obtained．By modeling the data with parabolic function， the pre－arch values of every part of the supporting system are obtained as the basis of support system construction．

aqueduct；deflection；supporting system；pre－arch value；equivalent pre－compaction；deformation of subsidence

TV5；U443．15

B

1672-9900（2012）01-0048-04

2011－12－30

單旭輝（1975—），男（漢族），河北石家莊人，高級(jí)工程師，主要從事建筑管理及混凝土研究工作，（Tel）18931610880。