肋拱预制施工技术探讨
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摘要:为探讨水利渡槽工程上承式肋拱桁架的肋拱预制施工技术，采用工程实例结合理论实践的方法，立足预制场地布设要点，分析了肋拱预制施工技术在上承式肋拱桁架施工中的应用要点。分析结果表明，上承式肋拱桁架在便捷性、施工效率等方面有显著优势，合理应用肋拱预制施工技术可节约大量上承式肋拱桁架施工工序，加快施工速度，从而尽快完成施工任务投入使用，获得经济效益。
关键词:水利工程;渡槽;上承式肋拱桁架;肋拱预制
上承式肋拱桁架是组成水利渡槽工程的主要组成部分，其施工质量对整个渡槽工程的总体质量、稳定性、安全性以及施工的便捷性都有很大影响。上承式肋拱桁架具有规模大、结构复杂等特点，传统钢筋混凝土施工技术，工程量大，施工难度大，裂缝不易控制。而采取肋拱预制施工技术可有效弥补传统施工技术存在的弊端，提前按照设计要求和标准，在施工现场预制肋拱，并用龙门吊吊装，可大幅度提升施工效率，加快施工速度。虽然大跨度肋拱预制施工技术属于一种比较新颖的技术，很多技术标准还不够完善，需要结合水利渡槽工程的实际情况，严格控制好每道工序才能最大限度上保证施工质量。基于此，开展水利渡槽工程上承式肋拱桁架的肋拱预制施工技术的探讨分析就显得尤为必要。
1工程概述
贵德县拉西瓦灌溉工程(桩号28+329.99～35+111.39m)的标段:掘进支衬9#隧洞出口1599.69m、10#隧洞391.8m、11－1#洞进口1341.06m;新建7#渠道90.26m、6#渡槽1130m、8#渠道1457.98m、7#渡槽343m、9#渠道341.76m、10#渠道85.85m、8#分水闸、9#分水闸、4#退水闸及退水渠、5#－9#排洪涵、排洪桥、过车输水涵洞、14#－19#检修车道，及为完成主体工程而实施的临时工程。干渠总体呈“几”字型展布于贵德盆地南部边缘低山丘陵及山前平原地带，区内沟壑纵横，山川相间，主要为盆地丘陵地貌、河谷平原地貌和山前洪积地貌，出露的地层岩性有三叠系变质岩系，中新统粘土岩、上新统互层状粘土岩与砂岩、第四系砂砾石及黄土状土，岩性比较复杂。六标段干渠明渠段主要分布在东沟右岸洪积扇、东沟右岸高阶地。沿线岩性主要有黄土状土、砂砾石、碎石土、砾质土类。
2预制场地布设要点
本工程6#渡槽横跨东沟河谷，东沟呈宽阔”U”型，渡槽长度约1125m，高差28m。桩号30+041.56－30+130.06为东河左岸台地渡槽段，台地高20m左右，底层具二元结构，表层为15m左右砾粉质粘土，夹有砾石透镜体表面冲沟及落水洞发育。施工现场条件复杂，在进行肋拱预制中，为避免预制拱圈和预制槽身，在预制生产以及吊装中造成拱圈和槽身损伤，降低征地的成本，可将肋拱和吊装槽身沿着水利渡槽轴线进行左右布置，现场预制生产肋拱。但由于拼装完成的拱圈重量大，最大的拱圈的吊装重量大约210t，为便于后期施工及管理，保证施工的安全性，可选择2台龙门吊进行联合吊装。此外，为方便施工现场车辆和其他机械设备的进出，还需要在龙门吊两侧修建出宽度不小于5m的行车道。再结合渡槽工程施工现场的实际情况，以及预制构件的结构尺寸，可在渡槽两侧设立肋拱预制区域和槽身预制区域，具体情况如图1所示。对那些已经施工完成的排架基坑及时进行回填夯实，为保证基坑的承载力和稳定性，能够达到施工要求，本工程采用含水量达标的砂砾回填，由于排架基坑的深度较大，可采取分层回填的方法，每层回填厚度控制在20cm左右，回填一层，夯实一层。回填到预制场标高后，浇筑一层厚20cm，宽4m，长40m的混凝土基础，通过水准仪对混凝土进行找平，再结合设计图纸，测量放线确定好模板按照边线，作为模板按照的标准和参考依据。在进行肋拱预制操作中，采用站立式整体预制的方法进行拱肋预制。预制好的肋拱用后张法进行张拉，以消除应力，控制裂缝。最后通过龙门吊进行整体吊装操作。
3混凝土预制施工技术的应用要点
3.1肋拱模板和支撑施工要点
在案例工程肋拱预制施工中，为最大限度上减少征地的范围，以及后续肋拱翻转的次数，采取了站立式预制技术。先利用全站仪精确定位出肋拱各结构的安装位置，并对各构件的位置、尺寸进行多次校核，尺寸全部都达到设计要求后为保证预制施工的便捷性和安全性，还需要搭设网格尺寸为1×1.2m的脚手架，在脚手架上布设斜撑，以提升脚手架的稳定性。脚手架搭设完成后，铺装上提前配好的底部模板钢膜;先在4个端部底部和横断面安装2cm厚钢板，并绑扎下弦杆、竖杆钢筋等部件，固定好预应力管道，本工程预应力管道采用镀锌波纹管;接着进行下弦杆侧边模板和竖杆模板安装，竖杆模板采取钢模板，采用脚手架管配拉杆抱箍法来加固模板;然后进行拱圈底模安装，接着安装吊点钢板并绑扎钢筋，为进一步降低拱圈模板的重量，拱圈底模采取钢模板，外模则可以采取木质模板［1］。
3.2渡槽模板和支撑施工要点
本工程现浇槽身的跨度比较大，达到10m，悬空高度更是达到28m，施工难度比较大，为保证施工质量和安全性，采用碗扣式脚手架作为支撑系统，立杆步距控制在90cm左右，垂直步距控制在120cm左右，横向竖向剪刀撑搭设需要严格按照相关规范进行操作，支撑脚手架和排架井子架之间通过钢管连接成一个稳定的整体，为进一步加快施工速度，并保证施工质量，本工程在肋拱预制施工中配置了8套模板支撑系统，因此，可同时进行8跨支撑系统施工，相互之间不存在交叉碰撞的问题，大大提升临时工效率，具体的支撑系统结构示意图如图2所示。
3.3钢筋制安要点
肋拱预制施工所用到的钢筋全部在工厂加工完成，运输到施工现场后进行绑扎、焊接，按照设计图纸，侧放出每根钢筋安装的具体位置，尤其是在底板钢筋安装中，为保证上下层钢筋的间距符合设计要求，需要焊接一定数量的钢筋支承架。钢筋和模板之间，可采取不低于结构物设计强度的混凝土垫块隔离开，但要保证垫块之间能相互错开，并采取梅花型进行布置，以保证每层保护层的厚度都满足设计要求［2］。绑扎时接头的受拉区域不宜超过25%，受压力不宜超过50%，接头全部采取双面焊，按照主筋打设上不少于5d(d为所选钢筋的直径)的拨头，焊缝长度至少为5d，无论是绑扎连接还是焊接焊接，都不允许存在变形、松脱、开焊等问题，且钢筋位置允许偏差需要满足表1中的相关规定.
3.4混凝土浇筑施工要点
钢筋和模板施工结束后，应由现场监理工程师来对施工质量进行检查，检查合格后，再进行混凝土浇筑。本工程肋拱的规模比较大，需要用到大量混凝土，为保证混凝土浇筑的连续性，需要在施工现场准备一个集中拌合站，集中拌和混凝土，再通过运输混凝土运输罐车将混凝土混凝土运输到施工现场后通过25t汽车吊入仓浇筑。本工程混凝土浇筑采取了从两端开始，逐步向中间合拢浇筑的方法，边浇筑混凝土，边对下弦杆预应力孔道进行全面保护，控制振捣器到预应力管道之间的距离在15cm以上，以免振捣器碰撞预应力管道［3］。本工程肋拱的上弦杆为二次抛物线，需要连续对称浇筑，由于钢筋布设密度大，需要采用小直径振捣器加强振捣，以提升混凝土的密实度。针对施工缝可采取人工凿毛的方法进行处理，以保证新旧混凝土能够结合成一个稳定的整体，当混凝土浇筑完成12～18h内及时进行洒水养，高空位置不易洒水的位置需要等拆模后均匀喷涂一层养护剂进行养护。
3.5预应力筋施工要点
3.5.1选择高质量的原材料
预应力钢绞线进入施工现场后成批验，要选择相同牌号、相同规格、相同生成工艺生产的钢绞线，每60t为一批进行检验，对钢绞线的外观质量、直径偏差、力学性能等进行试验研究，保证全部都达到设计要求后才能使用。波纹管需要在进场时就进行验收，验收内容包括外光是否清洁、内外是否存在油污及锈蚀附着物、是否存在孔洞、是否存在不规则的褶皱及开裂等，每批波纹管任选3根进行质量检验，先检查波纹管的内径，再将其弯折成半径为30d的圆弧，高度不小于1m，检查是否存在开裂、脱扣等现象。最后进行灌水试验，以检查波纹管的密封性，保证全部都达到要求后，才能应用到肋拱预制施工中。
3.5.2合理预留预应力筋的孔道
本工程肋拱的规模比较大，为保证预应力筋孔道预留的合理性，采取了预埋管法，具体做法为按照事前确定好的设计图纸，确定好波纹管中心高的坐标位置，并用钢筋支托固定波纹管，钢筋支托布设间距控制在60cm左右，波纹管固定完成后用扎丝绑扎牢固，在波纹管按照全过程中要避免发生反复弯曲，以及焊接火花烧毁管壁的问题，全部安装完成之后，对波纹管按照的位置、形状等进行检验，确认达到设计要求后再进行下一道工序施工。
3.5.3把控好钢绞线施工质量
在进行钢绞线下料时，为避免钢绞线应力过大，引起伤人事件。每盘钢筋需要提前装在铁笼中，从盘卷中间位置逐步抽出钢绞线，并用砂轮机进行切割［4］。本工程选择的钢绞线为1*7。在钢绞线穿束中为提升穿束效率，采取了卷扬机整束穿束的方法，每孔3根，当混凝土强度达到设计强度后，利用卷扬机将钢绞线穿入到波纹管中。
3.5.4严格控制张拉和锚固和质量
在预应力筋张拉前，需要先对混凝土的强度进行检验，保证混凝土的强度达到设计标准要求的100%后才能进行张拉操作，并进行梁端头清理，凡是梁端部预埋钢板和锚具接触的位置上，焊渣、毛刺、混凝土残渣等都需要清楚干净。千斤顶上的工具锚孔位和构件端工作锚的孔位要相互一致，在进行张拉设备安装中，要保证张拉力作用线和孔道中心线相互重合。本工程肋拱的规模比较大，为提升张拉效果，采取了后张法进行张拉，在整个张拉操作中要做到对称、分级张拉，且对钢绞线不能超过张拉，本工程锚具采取了QM15－3型，可选择的张拉步骤为:0→初力→1.03σk(持荷2min锚固)，以力和伸长值双控，力为主，伸长值校核。
3.5.5控制好孔道灌浆的质量
本工程肋拱预制施工中孔道灌浆材料采取了525普通硅酸盐水泥，此种水泥最大的优势是水化热比较低，可很好的控制裂缝，浆液水灰比选择0.35，并掺入6%的MNC－EPS灌浆剂。拌和好的水泥砂浆，通过过滤器放置在贮浆桶中，并进行不断搅拌，整个灌浆工作需要连续缓慢进行，尽量避免中途中断，以免形成气体孔道灌浆质量［5］。当孔道两端冒出浓浆，并且封闭排气孔之后，需要连续加压到0.5～0.7N/mm2后，再封闭灌浆孔，先封闭下层孔道，再灌注上层孔道，以提升灌浆效果。
4结语
综上所述，结合工程实例，探讨了水利渡槽工程上承式肋拱桁架的肋拱预制施工技术，探讨结果表明，虽然肋拱预制施工技术在上承式肋拱桁架施工中具有非常显著的优势，但由于施工标准比较高，为最大限度上保证施工质量，需要结合工程特点和现场实际情况，选择合适的预制场地，并对全部预制施工全过程进行严格的控制，才能及时处理施工中出现的各种问题，更好的保证上承式肋拱桁架施工质量，及稳定性，从而促使我国水利工程事业持续健康的发展。
作者：刘文军 单位：甘肃省水利水电工程局有限责任公司