王凯
中国水利水电第十一工程局有限公司 河南省郑州市 450001
摘要：本文以不同跨高及跨距、不同地形的渡槽施工为研究对象，结合四川省蓬溪船山灌区工程西梓干渠延长段引水渡槽施工建设，对山区大型渡槽施工中普遍出现的渡槽跨度高、跨距大，与村道、乡道公路交叉，地形复杂等进行针对性的分析、论证，归纳总结了一些应用于实际工程建设中的施工方案、技术措施，并对方案、措施等执行过程出现的问题及时细化、调整，使该方案、措施达到最好的应用效果。研究出一种合理的施工工艺以解决渡槽工程跨度高、跨距大、基础岩性差等难题，从而找到一种山区渡槽科学、经济、合理的施工技术。
关键词：复杂地形；大型渡槽；关键技术
引言
本标段渡槽工程施工属危险性较大的分部工程，属高空作业、安全责任较大，若本工程采取方案不合理将造成不可预见的损失，所以针对本工程渡槽施工安全、经济及合理性等方面进行比选及优化来确定其施工工艺及方法。
1.项目概述
1.1立项背景和目的
中国水利水电第十一工程局有限公司在承建的四川省蓬溪船山灌区工程西梓干渠延长段土建及安装施工，是蓬船灌区工程的引水工程之一，主要功能为农业灌溉、城乡生活、工业供水等水资源综合利用，位于四川省绵阳市盐亭县、南充市西充县、遂宁市蓬溪县境内，是国家172项重大水利工程、四川省11项重点水利工程之一。
四川省蓬溪船山灌区为武都引水第二期灌区工程的发展灌区，是继武引二期灌区之后的一项具有灌溉、城乡工业生活供水等综合性大型水利工程。灌区位于遂宁市涪（江）以东，嘉（陵江）涪（江）分水岭以西，处于武都引水灌区以南，重庆市潼南县界以北的西充县、蓬溪县与船山区涪江左岸区域，地处成渝经济区的腹心地带，是遂宁市乃至四川省社会经济中表现较为活跃的重要区域之一，也是今后发展潜力巨大的地区之一。
四川省蓬溪船山灌区工程西梓干渠延长段全长27.386km，由14座隧洞（长19.19km），5座渡槽（长0.798km），1座倒虹管（长0.853km），2座暗渠（长0.247km）及其间的明渠（长3.798km）、充水渠（2.485km）组成。西梓干渠延长段为一个流量段，设计流量12.5m3/s。
西梓干渠延长段上共布置有5座渡槽，总长798.0m，占渠线总长的3%。毛沟沟1#渡槽及毛沟沟2#渡槽长均为84m，龙马垭渡槽长252m，狗儿垭渡槽长280m，鹅背山渡槽长98m。渡槽槽身结构型式为“U”型支承结构简支梁式，基础型式采用桩基础和板式基础，其中桩基础采用了圆形钢筋砼灌注桩，桩基直径为1.0~1.6m。渡槽标准跨度为14m。
龙马垭渡槽进口桩号10+804.28，出口桩号11+056.28，全长252.0m，轴线方向N88°16′E，进、出口底板高程分别为423.99m、423.83m。渡槽距地面最大高度28.4m，标准墩距14.0m、最大墩距25m。
狗儿垭进口桩号18+128.33，出口桩号18+408.33，全长280.00m，轴线方向S49°31′W，进、出口底板高程分别为420.77m、420.56m。渡槽底距地面最大高度18.1m，标准槽距14.0m。
龙马垭渡槽横跨一条形山脊的鞍部，鞍部高程395～396m，两侧山顶高程440～460m，山脊地表呈台阶状，阶坎高度3～5m。基岩裸露，砂岩形成坎，粉砂质泥岩形成缓坡平台。属山间浅丘地貌。
狗儿垭渡槽横跨一条形山脊的鞍部，鞍部高程402.0m，两侧山顶高程530～550m，山脊地表呈台阶状，阶坎高度10～12m。砂岩形成坎，粉砂质泥岩形成缓坡平台。属山间浅丘地貌。
本工程渡槽基础多为弱风化粉砂质泥岩饱和抗压强度3.6MPa，为极软岩；弱风化砂岩饱和抗压强度11.1MPa，为软岩；新鲜砂岩饱和抗压强度18.3MPa，为较软岩。狗儿垭渡槽基础多为弱风化粉砂质泥岩饱和抗压强度2.3MPa，为极软岩；新鲜粉砂质泥岩饱和抗压强度6.7MPa，为软岩；弱风化泥质粉砂岩饱和抗压强度12.7MPa，为软岩。该土层压缩变形大、透水性微弱、抗剪强度和承载能力均较低；由于土层厚度较大、开挖工程量较大，若要利用其作为渡槽地基、须进行加固或相应的工程处理，或者不同的基础形式。
通过对地形复杂地区渡槽的研究及应用，最终采用安全、经济效益最实用的一种渡槽施工方式。本文详细介绍了复杂地形山区大型渡槽施工关键技术的应用方法，为渡槽施工提供了技术依据。
1.2主要研究开发内容
通过对本工程5座渡槽结构设计、分析，从施工组织、工期、安全、质量、施工成本等多方面考虑，制定渡槽施工关键技术方案。本课题解决的关键问题是山区大型渡槽的地基选择及设计、槽身支撑系统、模板加固方式、混凝土入仓方式、支撑体系的变形沉降监测等工序的施工方案。
（1）渡槽地基选择及设计技术研究
本工程渡槽基础多为弱风化粉砂质泥岩饱和抗压强度3.6MPa，为极软岩；弱风化砂岩饱和抗压强度11.1MPa，为软岩；新鲜砂岩饱和抗压强度18.3MPa，为较软岩。该土层压缩变形大、透水性微弱、抗剪强度和承载能力均较低；由于土层厚度较大、开挖工程量较大，若要利用其作为渡槽地基、须进行加固或相应的工程处理，通过计算设计合理的基础形式，从而达到承重及支撑结构稳定的要求。
（2）不同跨高及跨距、不同地形渡槽槽身支撑系统设计技术研究
本工程渡槽距地面高度1~28.4m，标准墩距14.0m、最大墩距25m。根据不同跨高及跨距、不同地形对传统支架及钢管贝雷架形式安全性、经济性、适用性等比选后确定其支架形式，从而达到节约成本的目的。
（3）模板加固设计的研究
针对现浇型结构渡槽，采用合理的模板加固和支撑承受混凝土浇筑和振捣的测向压力和振动力，防止浇筑过程中结构产生变形。
（4）优化混凝土入仓方式研究
本工程渡槽为“U”型薄壳槽身，结构复杂、钢筋分布较密，仓面狭窄（槽身混凝土壁厚18-20cm）混凝土入仓、振捣难。本课题寻找一个合理的入仓方式以解决入仓难问题。
（5）支撑体系的变形沉降监测
由于受地形复杂、跨高跨距大以及浇筑过程中的不稳定因素，需要在支撑体系上选取合适部位上布置测量控制点进行时时监测。
1.3关键技术和创新点
1.3.1关键技术
（1）本工程渡槽基础多为弱风化粉砂质泥岩饱和抗压强度3.6MPa，为极软岩；弱风化砂岩饱和抗压强度11.1MPa，为软岩；新鲜砂岩饱和抗压强度18.3MPa，为较软岩。该土层压缩变形大、透水性微弱、抗剪强度和承载能力均较低。本工程排架基础设有基础承台，可方便搭设支撑，但龙马垭渡槽25m跨预应力槽身圆形柱两侧均未设置承台，通过在粉砂质泥岩、泥质粉砂岩山区地质条件下设计承台结构尺寸及钢筋规格型号间排距等来满足上部所承受荷载要求来保证支撑系统稳定。
（2）针对排架位于山间垭口和排架较高的槽身，采用钢管柱+千斤顶+贝雷片+定型钢模施工，即：支撑系统基础利用板式基础作为支承，钢管柱底座与承台采用预埋钢板固定，钢管柱顶端放置液压千斤顶，千斤顶上部横向放置两根50C双拼工字钢横梁，横梁上部纵向铺设5组贝雷梁，5组贝雷架上部横向80cm间距铺设I20工字钢分配梁，搭建形成组合支架。不但从材料及人员投入中得以控制，而且操作工艺简单、拆卸方便。
（3）针对渡槽排架高度在3m以下的槽身施工，结构形式采用满堂支架+定型钢模施工，基础处理采用碾压+槽钢的形式，达到了节约基础处理成本，减少脚手架用量，实现快速施工的目的。
（4）通过采用I20工字钢间距1m，在模板顶部将内、外模板连接；增设槽身上下横梁连接使压顶与底模对拉防止上浮，承受混凝土浇筑和振捣的测向压力和振动力，防止浇筑过程中产生变形、模板上浮和胀模，所有模板间缝隙均填塞双面胶防止混凝土浆液外流。
（5）槽身内模板两侧薄壁处增设两排入仓口，为解决喂料精准的问题，在入仓口布设竖向溜桶，入仓口的间距为1.9 m，以保证混凝土填充整个模板空间，混凝土振捣密实，保证混凝土的质量。混凝土入仓采用先中间后两端的方法均匀入仓，从渡槽的中部开始向两端对称浇筑，均衡上升，每层浇筑厚度控制在30～50cm内。槽身环向部位薄壁处采用1.5KW附壁振捣器，振捣半径1.5m，在槽身内模板薄壁两侧3米间距布置；其他部位主要采用Φ30型软轴振捣棒振捣。
（6）支撑系统顺水流方向布置3排监测点，每排按横槽向左、中、右布置3个监测点，共9个沉降观测点。监测点采用徕卡全站仪配套的反射片，贴在贝雷片底部侧面，便于全站仪观测监测点高程。使用徕卡全站仪，后方交会法设站，设置仪器的EDM模式为反射片测量模式，直接测量每一个监测点的绝对高程，做好记录。当沉降超过限值时，应及时向浇筑负责人汇报。
1.3.2主要创新点
（1）在粉砂质泥岩、泥质粉砂岩山区地质条件下，通过设计钢筋混凝土基础结构满足上部荷载需求，解决承重基础处理问题。
（2）利用满堂支架+定型钢模施工，解决渡槽排架高度在3m以下的槽身施工，达到了节约基础处理成本，减少脚手架用量，实现快速施工的目的。
（3）利用钢管柱+千斤顶+贝雷片+定型钢模施工，解决排架位于山间垭口地形复杂和排架较高的槽身施工，降低了项目成本，简化传统满堂支架施工形式，实现了渡槽工程施工效益、质量、安全的目标。
（4）为防止浇筑过程中槽身模板产生变形、上浮和胀模，针对槽身模板进行加固，即：采用I20工字钢将槽身上下横梁连接，使压顶与底模对拉；采用I20工字钢结合C22钢筋，间距1m，在模板顶部将内、外模板连接。
（5）通过合理增设入仓口方式解决“U”型薄壳槽身结构复杂、钢筋分布较密，仓面狭窄（槽身混凝土壁厚18-20cm）混凝土入仓、振捣难等问题。
（6）通过在支撑系统上选取合适部位上布置测量控制点进行时时监测，保证槽身施工的安全性。
2.研究内容及具体实施方法
2.1渡槽地基选择及设计技术
本工程渡槽桩基础无承台，地基多为弱风化粉砂质泥岩、弱风化砂岩、新鲜砂岩。该土层压缩变形大、透水性微弱、抗剪强度和承载能力均较低。在搭设支撑系统钢管柱位置,利用反铲开挖至基岩后，进行地基承载力试验，大于等于设计地基承载力200Kpa时，方可在基础位置施工钢筋混凝土承台。承台结构根据槽身尺寸设置为600cm*250cm*50cm，承台采用C20钢筋的C25混凝土浇筑，支撑系统钢管柱通过法兰盘与预埋在承台上部的2cm厚钢板相连接，详见下图：
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2.2软岩隧不同跨高及跨距、不同地形渡槽槽身支撑系统设计技术
（1）针对渡槽排架高度在3m以下的槽身施工，结构形式采用满堂支架+定型钢模施工，基础处理采用回填石料+槽钢的形式，达到了节约基础处理成本，减少脚手架用量，实现快速施工的目的。
施工工艺：场地平整、处理→材料配备→底座→纵向扫地杆→立杆→横向扫地杆→横向水平杆→纵向水平杆→剪刀撑→铺脚手板→扎防护栏杆→扎安全网→验收、挂牌使用→拆除。
施工方法：结合渡槽槽身模板共设19道支撑架、间距80cm左右的结构特性，设置满堂脚手架的排距为80cm，结合槽身混凝土的浇筑次序及U型结构的特性，设置满堂脚手架的间距为40mm，结合槽身模板整体宽度为6m左右的特性，设置满堂脚手续架搭设宽度为8m，左右各留1m的人行通道位置，每侧人行通道于槽底和槽顶各设置一道。地面至下部人行通道采用简易楼梯连接，上下通道采用竖梯连接，并设防护栏杆、防护网等，满铺马道板。
整个满堂脚手架采用混凝土、模板等荷载通过模板支撑架，传递给顶托，顶托通过立杆传递至地基的受力结构。
（2）针对排架处于山间垭口地形复杂或者排架高度3米以上的槽身施工，结构形式采用钢管柱+千斤顶+贝雷片+定型钢模施工。支撑系统基础利用板式基础作为支承，钢管柱底座与承台采用预埋钢板固定，钢管柱顶端放置液压千斤顶，千斤顶上部横向放置两根50C双拼工字钢横梁，横梁上部纵向铺设5组贝雷片，5组贝雷片上部横向80cm间距铺设I20工字钢分配梁，搭建形成组合支架。混凝土、模板等荷载通过模板支撑架，传递给贝雷架，贝雷架通过钢管柱传递至地基的受力结构。具体见下图。
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首先进行钢管柱安装，钢管柱底座与承台采用预埋钢板固定，每隔3m与排架柱采用管卡和φ48×3.0钢管固定，防止偏移和倾覆；钢管柱顶端放置液压千斤顶，采用焊接限位钢板等方式将千斤顶固定，防止偏移和倾覆；千斤顶上部横向放置两根50C横梁，横梁采用槽钢抱箍与排架柱连接，防止横梁偏移和倾覆；横梁上部纵向铺设5组贝雷片，与横梁接触点设置限位钢板，防止偏移；5组贝雷片放置横梁后，按照横向80cm间距铺设分配梁，分配梁位置与槽身外模支撑架位置保持一致；完成上述杆件安装和节点加固后，即可开始进行槽身模板安装。渡槽槽身模板采用定型钢模，由底模、外模、外模支撑、内模、内模支撑架组成。完成上述杆件安装和节点加固后，即可开始进行槽身模板安装。渡槽槽身模板采用定型钢模，安装完成后，槽身两侧各设置两道风缆绳。地锚设置在渡槽中心线8米以外，两端各设置一处，地锚采用1.0×1.0×1.5m现浇C20混凝土浇筑而成，地锚内设置φ10钢筋网片，吊环采用φ20圆钢制作成几字形，浇筑地锚时预埋，埋深0.5m，缆凤绳采用6×37型，直径17.5mm的钢丝绳，一段系于地锚，一端系槽身模板上。
2.3模板加固设计技术
为防止浇筑过程中槽身模板产生变形、上浮和胀模，针对槽身模板进行加固。采用I20工字钢将槽身上下横梁连接，使压顶与底模对拉防止上浮；采用20工字钢结合C22钢筋，间距1m，在模板顶部将内、外模板连接，承受混凝土浇筑和振捣的测向压力和振动力，防止浇筑过程中产生变形、模板上浮和胀模，所有模板间缝隙均填塞双面胶防止混凝土浆液外流。详见下图
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2.4优化混凝土入仓方式
在槽身内模板薄壁两侧布设两排入仓口，为解决喂料精准的问题，在入仓口布设竖向溜桶，入仓口的间距为1.9 m，以保证混凝土填充整个模板空间，混凝土振捣密实，保证混凝土的质量。混凝土入仓采用先中间后两端的方法进行入仓，从渡槽的中部开始向两端对称浇筑，均衡上升，每层浇筑厚度控制在30～50cm内。中部采用附壁振捣器，其他部位主要采用Φ30型软轴振捣棒振捣。详见下图：
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2.5合理布置支撑体系沉降监测点
支撑系统顺水流方向布置3排监测点，每排按横槽向左、中、右布置3个监测点，共9个沉降观测点。监测点采用徕卡全站仪配套的反射片，贴在贝雷片底部侧面，便于全站仪观测监测点高程。使用徕卡全站仪，后方交会法设站，设置仪器的EDM模式为反射片测量模式，直接测量每一个监测点的绝对高程，做好记录。当沉降超过限值时，应及时向浇筑负责人汇报。详见单跨贝雷梁俯视图：
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对每一个监测点的测量时段为：浇筑前初始值→第四车砼荷载施加完成→第六车砼荷载施加完成→第八车砼荷载施加完成→第九车砼荷载施加完成→第十车砼荷载施加完成→第十一车砼荷载施加完成结束测量。对每一个时段的所有监测点监测数据作好外业记录，录入在在EXCEL中计算出各测点的相邻两次沉降值和累计沉降值。监测成果见下表
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3.主要结论
复杂地形山区大型渡槽施工关键技术及应用课题在蓬船灌区工程西延段项目进行了分析、研究及应用，解决了渡槽地基施工、槽身支撑系统、模板加固方式、混凝土入仓方式、支撑系统沉降监测等一系列难题，保证了工程的施工质量、降低了施工成本，加快了施工进度并取得了较明显的效果，为后续施工创造了有利的依据，为复杂地形山区大型渡槽施工提供了宝贵的经验，同时也对其他渡槽施工有着重要的参考价值，具有非常广泛的推广应用前景。
4.参考文献
附：参考文献
[1]《水利水电工程施工安全管理导则》（SL721-2015）；
[2]《建筑地基基础设计规范》 GB50007-2011；
[3]《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》 JGJ130-2011；
[4]《钢管满堂支架预压技术规程》（JGJ/T194-2009）；
[5]《建筑施工临时支撑结构技术规范》（JGJ300-2013）；
[6]《建筑施工高处作业安全技术规范》（JGJ80-2016）；
[7]《建筑结构荷载规范》 GB50009-2012；
[8]《建筑施工安全检查标准》（JGJ59-2011）。