南水北调安阳段张北河暗渠施工技术

孙凤玲

1 工程概况

张北河暗渠为南水北调工程河南安阳段上一座河渠交叉建筑物,暗渠顶部为张北河河道,暗渠内为南水北调过水断面。其结构由上游渐变段、进口检修闸、洞身段、出口检修闸、下游渐变段五部分组成。建筑物总长度为223 m。横断面形式为3孔一联箱形钢筋混凝土结构,单孔尺寸为 7 m×8.1 m(宽×高),在暗渠顶、底板与边墙及中墙交接部位设置0.6 m×0.6 m倒角。工程数量为:土方开挖16万m3,混凝土圬工 2.1万m3,钢筋1 750 t,土方回填6.5万m3,总投资2 250万元。

2 土方施工

张北河暗渠采用了明挖法施工,最大开挖深度15 m。因施工周期长,在土方开挖前,在基坑周围做高 1.5 m、顶宽1 m的环形封闭土围堰,防止雨水或其他水流入基坑内,影响暗渠施工。

土方开挖从暗渠出口端向进口端分台阶放坡开挖,台阶深4 m,边坡坡度为1∶1.5。采用挖掘机开挖,边坡开挖预留0.6 m不挖,采用人工清理并修坡。自卸汽车运输至指定弃土场再用推土机平整场地。挖至比基底高20 cm～30 cm时改用人工开挖到设计标高,以保护地基原状土不受扰动,基底顶面应平整干净,无虚土。由于基坑面积大,基顶找平比较困难,现采用如下办法控制:沿路线每隔2 m在基坑外每侧打1根木桩,木桩要求打入地下不小于40 cm,然后统一在木桩上用油漆标出1个比基底标高高50 cm的点,再将细铁丝绑在断面左右木桩上的油漆点上,通过细线到基底的高度(50 cm)来控制开挖高程。木桩在C10混凝土垫层施工完之前要保护好,碎石垫层、C10混凝土垫层施工也采用此法控制。

3 碎石垫层施工

基坑在开挖到距离设计标高20 cm～30 cm后,机械停止开挖,采用人工清理基底到设计标高,并找平。碾压达到设计和规范要求后,进行洞身地基承载力检测,承载力符合设计要求后,进行20 cm厚碎石垫层。碎石垫层采用全幅施工,将暗渠渠身100 m范围内的碎石垫层整体施工完毕。先在地基面上用石灰打方格(5 m×5 m,每格5方),自小里程向大里程进行碎石的运输与平整,之后计算每车碎石方量,以此估计每车可倒多少个方格。碎石先用140推土机大致推平,再用人工找平,控制高程比设计高程高3 cm～5 cm,然后用YZ18型振动压路机碾压密实。地基处理为隐蔽工程,在碎石垫层施工前应做好影像资料。碎石垫层施工完成,即进行10 cm垫层C10混凝土垫层的施工。部分垫层须进行冬季施工,采取加防冻剂、覆盖草帘子等措施保温。

4 主体结构施工

4.1 洞身段施工

洞身段长100 m,中间设6道沉降缝,共7个施工段,横断面形式为3孔一联箱形钢筋混凝土结构,单孔尺寸为7 m×8.1 m(宽×高),在暗渠顶、底板与边墙及中墙交接部位设置0.6 m×0.6 m倒角,中墙厚1 m,边墙厚1.2 m。根据施工需要,洞身段断面分3次施工完成。第一次:浇筑到比底部倒角高30 cm墙身位置,高2.1 m,包括底板1.2 m,倒角0.6 m,墙身0.3 m。第二次:施工到顶部上倒角以下30 cm。第三次:完成顶板的浇筑。

钢筋采用工厂化加工,集中进行钢筋加工作业,钢筋加工完成后采用汽车运输至张北河暗渠施工现场绑扎成型。底板混凝土浇筑采用皮带机将混凝土入模,人工振捣密实。

暗渠渠身模板采用大型钢模板,规格为1 500 mm×3 000 mm×50 mm,单块重量为360 kg。模板在加工时做成凹凸2 mm的阴阳槽口,以防止在浇筑混凝土时漏浆。

洞身内侧搭设满堂脚手架进行内模板固定,内外模板间采用对拉螺栓连接。对拉螺栓在墙身方向的间距为60 cm,水平间距为1.0 m。在墙身水平方向每个对拉螺栓采用2根φ 48钢管固定,对拉螺栓固定于钢管上。模板的稳定采用钢管架。螺栓采用φ 22圆钢,两端留有3 cm的丝口,侧墙中部长度为1.2 m,中墙长度为1.0 m,通过锥形连接器与外侧螺杆相连接,外侧螺杆长度为14 cm,侧墙中部的螺杆在混凝土浇筑完成后不取出,在拆除模板时将锥形连接器取出,然后用微膨胀砂浆填塞密实。中墙采用普通φ 22对拉螺栓,穿于直径为30 mm的PVC管,拆除模板时将对拉螺栓取出,塑料管内填塞微膨胀砂浆。

第一层混凝土浇筑前,基础面或旧混凝土面先铺设一层2 cm～3 cm厚的水泥砂浆,砂浆的水灰比应比混凝土的水灰比减少0.03～0.05,铺设的砂浆强度比混凝土的强度高一级,铺设的砂浆面积应与混凝土的浇筑强度相适应。

混凝土浇筑侧墙采用平铺法施工,从仓面的一端向另一端分层铺料,斜铺厚度控制在30 cm～40 cm之间,具体根据混凝土入仓工、铺料允许间隔时间和仓面面积大小、振捣器性能及气温等因素确定。

当混凝土浇筑完成后,应及时进行层面施工缝冲毛处理,冲毛的水压力一般为4 kg/cm2～6 kg/cm2,冲毛时间一般在混凝土初凝后至终凝前进行,冲毛达到的标准为冲去乳皮和灰浆,表层石子裸露出1/3,直到混凝土表面水由浑变清为止。对于冲毛未能达到效果的部位、裸露时间过长的施工缝层面以及垂直施工缝,采用人工凿毛处理。

混凝土初凝后,采用流水、洒水或喷雾等方式进行养护。对一般浇筑层连续养护至上一层混凝土浇筑前。对较长暴露面一般部位养护21 d;重要部位(如洞身的顶板)不少于28 d。

4.2 止水伸缩缝施工

在每道伸缩缝位置均设计有两道橡胶止水带,止水片须按设计位置跨缝对中进行安装,并用托架、卡具定位,确保在混凝土浇筑过程中不产生变形或位移。不允许有拉筋、钢筋或其他钢结构与止水带相碰接。塑料止水带的搭接长度不应小于100 mm。同类材料的衔接接头均须采用与母体相同的焊接材料。

根据施工图纸要求,建筑物的伸缩缝采用聚流密封胶进行填筑。伸缩缝的混凝土表面应平整、洁净,当有蜂窝麻面时,应及时按有关技术规范要求进行处理,外露的铁件等应割除。浇筑混凝土时,按照施工图纸和相关规范要求进行各伸缩缝的设置和施工。

4.3 闸室段施工

进口检修闸长12 m,出口检修闸长11 m;闸室均为平底板开敞式钢筋混凝土结构,共 3孔,单孔净宽7 m,闸墩高分别为8.499 m和8.411 m。进口闸室设3道检修门,其结构形式为平面钢闸门,7 m×7.5 m(宽×高),采用2×320 kN平板液压式启闭机起降。出口闸室内设有2套叠梁式检修门,平时放置于门库中,采用2×100 kN电动葫芦(含抓梁)起吊。闸室以上为交通桥、检修便桥、排架及工作桥。

进出口闸室段分3次施工完成。第一次:闸室段浇筑底板;第二次:闸墩浇筑至检修桥的底部;第三次:闸墩检修桥。混凝土浇筑工艺同洞身段混凝土施工工艺,在浇筑底板与闸墩时预留出闸槽位置。在闸墩浇筑完成28 d后,进行闸槽凿毛,安装闸门轨道,主反轨在安装过程中,每1 m左右焊一对可调螺栓,每0.5 m左右测一组数据,使各数值都控制在规范要求之内。全面复测调整后进行加固,加固时,用埋件本身的锚筋和一期混凝土内的插筋进行焊接,加固筋数量每0.5 m左右一组,一组约4根。全面加固后对整体进行一次全面复测,其允许偏差符合DL/T 5018-94的有关规定,超过规定的位置重新进行调整,整个埋件必须都在规范要求范围之内。确认无误后,浇筑二期混凝土。二期混凝土强度达到设计要求后,安装闸门上的止水装置,用吊车将闸门吊入闸槽内,进行闸门的安装调试。最后浇筑闸墩上部检修桥、启闭机梁和抓梁混凝土。安装启闭机和电动葫芦,调试电器设备。最后进行闸室房间的施工,进行外部装饰。

4.4 扭曲面施工

扭曲面是从闸室直墙向渠道1∶2边坡过渡的钢筋混凝土结构挡墙,采用直线扭曲面,上游扭曲面长45 m,由 1号,2号,3号扭坡组成,下游扭曲面长55 m,由1号,2号,3号,4号扭坡组成。

扭曲面施工重点是线形控制,分两次施工完成。第一次:渐变段浇筑基础;第二次:墙身一次浇筑完成。1号,2号扭面为重力式钢筋混凝土挡墙,在支模前,首先在模内搭设脚手架,横向与竖向挂线,控制好扭面的线形,模板采用大块竹胶板与30 cm×150 cm钢模板结合的大块柔性模板,两层模板间用螺丝连接。其次把大块模板固定在脚手架上,用对拉螺杆固定好,对拉螺杆具有外拉内撑的作用。混凝土浇筑采用布料机将混凝土运输到扭曲面上口,通过串筒将混凝土入模,串筒的间距控制在2 m以内,以防止混凝土离析。浇筑混凝土时,边浇筑边拆除内侧脚手架。

5 土方回填

土方回填施工前,根据不同土料分别进行碾压试验,通过试验取得有关测试数据和确定施工技术参数,包括土料含水率、铺土厚度、碾压机械类型、压实遍数、压实方法等。

混凝土强度达到设计要求后,将基槽表面杂物清理干净,进行土方回填施工。回填土采用黏土,采用机械结合人工的方式进行,靠近混凝土边处30 cm部分采用人工回填,人工夯实,其他部分采用机械回填,机械压实,人工回填每层控制在15 cm,机械回填每层控制在30 cm以内,压实度不小于98%。回填时要边回填边在混凝土面涂刷泥浆,以利于混凝土和土结合良好。回填完成后,河堤进行浆砌石砌筑,恢复原有地形地貌。

6 结语

张北河暗渠工程施工从2006年12月开始,到2008年10月主体工程完工,实现了业主要求的阶段性目标。经过本项目的技术研究,成功解决了大体积混凝土抗裂、扭曲面施工与线形控制、金属设备安装与质量控制等关键性技术难题,达到了预期的效果。同时,暗渠是水利工程中常用的一种河渠交叉建筑物,通过张北河暗渠工程,为以后类似工程的施工积累了经验。

[1] DL/T 5144-2001,水工混凝土施工规范[S].

[2] SL 352-2006,水工混凝土试验规程[S].

[3] NSB D11-2008,南水北调工程外观质量评定标准[S].