薄壁渡槽设计施工方案

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摘要：本文针对大跨度渡槽的支撑及槽身结构设计，从安全、便于施工及预应力钢筋混凝土在大跨度渡槽限裂方面的使用进行了简述，在结构对比过程中对槽身和支撑设计施工方面进行了分析，并提出了预应力施工技术要求。

关键词：预应力钢筋混凝土；大跨度渡槽；设计施工

1工程概况

省道217线是景泰通往白银段的重要组成路段，更是通往国家地质公园景泰黄河石林4A级景区的唯一通道。起点接Sl01线，沿原S217线改建，终点接白银市区G109线。采用设计速度80km/h的一级公路技术标准，路基宽度25.5m。该条公路在K44+051.99处要穿越引大入秦工程的一条输水渠道，该渠道是钢筋混凝土矩形渠，渠深1.6m、内宽1.5m、壁厚0.2m，每单跨长5.0m，设计流量2.75m3/s，高程比拟建公路路面高程高15m左右，公路需要从原渠道的下方穿越，需将原来的钢筋混凝土渠道改为12+20+20+12长度为64m的钢筋混凝土矩形薄壁渡槽，中间两跨渡槽单跨长20m，渡槽址区在地貌单元上属石质剥蚀丘陵区，底层表层为2～3m不等的第四系冲洪积圆砾石层，稍密；下为第三系褐红色砂岩，中细粒结构，层状构造，具体布置详见图1。

2大跨度槽身设计方案的对比

由于渡槽跨度20m，跨度大，从强度上考虑，为了最大程度抵抗槽身挠度变形，增大跨中横面的惯性矩，采用钢筋混凝土箱梁结构形式。为增强箱梁的截面抗弯模量，需将槽身的高度加大，造成渡槽断面大、自重也随之增大，跨中挠度变形也会相应增大，很容易造成槽身下沿裂缝，尽管结构强度满足要求，但不满足水利工程建筑物规范要求和正常通水要求，因此只能从缩短渡槽跨距或者从渡槽下部的支撑形式两个方面去考虑，在支撑方面如果采用悬拱，拱形桁架，双曲拱对渡槽槽身底部形成多点支撑，也可以解决上述问题，但这几种支撑方案，施工工序多、施工难度大，对下部支撑和附属条件要求高，工期长且造价高，无论从工期和现场地质条件及施工条件都很难满足，最终选择简支结构，简支结构的优点是便于施工，环节少，工期短，且节省投资，但是简支对大跨度渡槽槽身的刚度要求高，尤其是必须解决该跨槽身下沿的限裂问题，因此还是从该跨渡槽的槽身结构设计上进行研究。从箱梁式渡槽的槽身结构安全上进行较核计算，经过对钢筋混凝土结构槽身计算和模拟验算较核，按钢筋混凝土结构设计槽身的承载能力极限状态较核，结构满足安全要求，但在正常使用工况下该状态不满足使用要求，即结构达不到槽身抗裂要求。如果要达到抗裂要求，需加大槽身纵向刚度，为解决这一问题，决定在渡槽槽身下部采用施加纵向拉预应力，通过计算，利用钢绞索张拉后回缩产生的压预应力，抵抗由于渡槽槽身自重及荷载而产生的槽身下沿拉预应力而产生应变，从而达到限裂要求。从结构上讲，钢筋混凝土结构本身满足在简支承情况下的安全要求，利用预应力达到限裂要求，两者结合，因此采用预应力钢筋混凝土能够解决大跨度槽身的结构安全和槽身抗裂问题。结合上述分析和计算，最终确定该大跨度渡槽的设计方案为槽身采用预应力钢筋混凝土结构，渡槽下部支撑采用简支结构，这样不但解决了因渡槽断面增大而使得槽身自重大易产生变形的问题，同时也降低了工程运行后期由于槽身重易产生沉陷或变形的风险，降低了工程造价和施工难度，减少了施工环节，满足了工期需要等问题。

3渡槽设计

3.1槽身。槽身采用矩形截面，预应力混凝土结构，净宽1.8m，净高1.8m．壁厚25cm，底板厚30cm。3.2桥墩。桥墩采用1m×2m实心矩形墩，桩基直径为1m；2号、4号桥墩采用柱式墩，墩柱直径为1.2m，桩基直径为1.4m。3.3渡槽承台。槽台采用柱式桥台，桩基直径为1.4m3.4槽身伸缩缝。伸缩缝采用橡胶止水带，伸缩缝两边用螺栓固定钢板压紧橡胶止水带，用沥青砂浆填补空隙。3.5主要材料。20m主槽采用C50混凝土；12m主槽以及明渠段槽身均采用C35混凝土。桥墩：盖梁、挡块、墩柱、承台、桩基均采用C30混凝土。桥台：盖梁、挡块、墩柱均采用C30混凝土。人行道板采用C30混凝土。材料容重：钢筋混凝土γ=26kN/m3，沥青混凝土γ=24kN/m3。各构件具体混凝土强度等级以设计图纸为准。

4上部结构预应力混凝土施工技术要求

4.1钢绞线、波纹管、锚具、夹具的运输、贮存、加工制作和安装。预应力钢绞线应符合《预应力混凝土用钢绞线》（GB/T5224-2003）的要求。钢绞线全长不允许有各种形式的接头、断丝等缺陷，表面不允许带有降低钢绞线与水泥浆铰接，咬合的任何具有腐蚀性和润滑性的油污等杂质，不得有锈斑。预应力筋锚具和夹具要有可锚固性能、足够的承载能力和良好的适应性，应符合国标（GB/T14370-2000）预应力夹具及锚具有关要求。所有上述预应力材料均应有出厂合格证书和标牌，进场后必须抽样进行检测或检查，不符合要求的严禁使用。在运输和存放过程禁止受雨淋、潮湿或腐蚀性物质的侵蚀。未镀锌的钢绞线和钢丝应采取防腐措施。钢绞线的制作和安装应根据施工图纸规定和临理人的指示进行施工。在制作过程中应采用机械切断，禁止利用高温切割工具熔断。下料长度必须满足设计要求尺寸，为使钢绞线顺利穿入张拉千斤顶和工具锚内，需将钢绞线端头打磨光滑。在加工厂制作好后用汽车运往施工区域，用吊车将预应力钢绞线吊到钢管脚手架上，利用人工水平运输至需要穿束的孔位，配合机械穿束。安装前，必须检查钢绞线的编号尺寸与预留孔的孔号尺寸是否相符。为保证水渠内侧的糙率较小，预制渡槽及明渠段施工的水渠内侧模板需光滑，模板需用大块，单块模板不小于3m2。4.2预应力施工。预应力混凝土采用后张拉法施工，提交同期试样混凝土强度报告，混凝土强度必须达到设计强度后才能进行张拉。预应力钢束张拉必须按同步、对称、同号同钢绞线孔两端两向同时张拉的原则，从中间向两边对称张拉，每次张拉不少于两根钢束。预应力张拉同步对称张拉。张拉中，夹具必须与钢绞线端头咬合紧固，每条钢束滑丝或断丝数不得大于一根，同时滑丝断丝的总重量不超过同一截面钢丝总数的1%。预应力张拉采用双控，即应力控制和伸长值控制。张拉过程中要做好对预应力钢束的应力和延伸率的测量记录，张拉伸长量的测定值与设计值误差不得超过±6%，如有超出则停止张拉，查明原因。4.3灌浆。在张拉前应对预留张拉孔（套管）进行清理，如用水清洗后则采用高压风对空内的积水进行清吹，孔洞中不得有水、污垢和异物。张拉完毕后都应及时进行压力灌浆。灌浆的浆液用原525R普通硅酸盐纯水泥浆，水泥浆配合比0.4∶1，并掺入高效减水剂及复合膨胀剂UEA，要求R28≥50Mpa。灌浆采用强制灌浆机和自动灌浆记录仪，并记录整个灌浆过程的流量、压力、水灰比等参数。压浆速度应缓慢、连续，注浆孔内（管）不得形成气泡，注浆应饱满，不得有间断，注浆过程中和注浆结束后的48h内环境温度应在4～35℃范围内。灌浆后24h内，预应力钢筋混凝土渡槽槽身上下不得放置或施加其他荷载。4.4施工质量控制要点。施工前要对所有的施工环节进行排序，并且固定相关施工人员，对施工人员要提前进行施工技术规范要求和施工技术要领的培训。对各施工环节要求严格按照各工序工种和施工工艺要求相关技术规范和设计要求进行。对工程全过程中的各个环节和施工过程，要有详实的记录，为工程质量的最终评定提供完整的记录资料。

5结束语

随着我国在工程材料生产技术和施工能力的提高，在设计方案的选择上尽可能地充分利用已成熟的施工技术，充分利用建筑材料的（物理、化学）特性，从结构上进行优化组合，进一步优化施工工序多的、质量难以把控的、投资大的设计施工项目，满足安全使用、便于施工、质量便于控制、工期短、造价低，从而达到设计及施工方案最优化。

作者:胡斌章 单位:甘肃省引大入秦工程管理局