张峰水库输水总干渠多跨连续肋拱结构施工技术

蒋斌，杨玉银

(1.中国水利水电第五工程局有限公司第一分局，四川成都 610066;2.中国水利水电第五工程局有限公司安全监察部，四川成都 610066)

1 概述

拱形结构在我国有着悠久的历史，随着节约型经济和结构技术的日益发展，拱形结构也得到了广泛的应用。笔者结合张峰水库输水总干Ⅶ标12#(林村河)渡槽五跨连续双肋拱排架渡槽的成功施工，对多跨连续肋拱结构施工进行了总结。

2 工程概况

张峰水库输水总干Ⅶ标12#(林村河)渡槽位于沁水县端氏镇曲则村林村河上，渡槽设计流量为2.49 m3/s，设计纵坡为 1/1 000，全长 288 m，最大高度38 m，跨度40 m，矢跨比1/5，其结构形式见图1。渡槽采用等截面大跨度连续肋拱排架“U”型薄壳渡槽型式，肋拱断面采用两根断面为60 cm×80 cm钢筋混凝土拱桥，肋上设40 cm×60 cm排架，排架高6～12 m，排架上部为15 cm厚“U”型薄壳渡槽。12#渡槽(林村河)立面见图1。

图1 12#渡槽(林村河)立面图

3 施工程序及其稳定性分析

结合渡槽肋拱采用两根60 cm×80 cm(宽×高)、净间距1.3 m的拱形断面，建筑平面投影面宽度仅为2.5 m，且渡槽位于河床区的长度达210 m。该建筑具有高度大、横断面小、纵断面长的线性特点，肋拱混凝土要求将封拱温度控制在5℃～20℃，有效作业时间短。根据历史气温记录，必需在4～6月份完成全部肋拱封拱浇筑任务。

首先，对渡槽桥墩施工期稳定性进行分析，现场取最不利荷载组合进行施工荷载组合。最不利荷载组合为完成单跨肋拱混凝土浇筑，拆除肋拱下部脚手架，完成肋拱上部排架混凝土浇筑和完成上部渡槽槽身混凝土浇筑后再转入下一跨肋拱浇筑。

经计算，其主要参数为:

(1)静荷载:①肋拱混凝土重2 662 kN;②模板荷载180 kN;③上部脚手架荷载153 kN;④架板荷载 48.5 kN。

(2)动荷载:①振捣荷载按2 kN/m2计入;②施工人员及设备荷载按1 kN/m2计入。

墩身稳定计算:根据现场情况，采用5跨连续拱结构形式，其混凝土墩埋深较浅，仅4 m左右，因此对其进行了抗倾覆稳定性计算，其计算简图如图2所示。

图2 计算简图

经计算:M推=26 143 kN·m;M重=21 848 kN·m。

因M重＜M推，故在完成槽身混凝土浇筑状态下再进行下跨施工势必造成墩身失稳，因此，渡槽施工时在没有进行下跨拱受力平衡时不能进行槽身混凝土浇筑。

根据该受力情况，进行不浇筑槽身混凝土状况下的受力分析，经计算:其M推=17 080 kN·m;M重=21 535 kN·m。在该种施工荷截条件下M重＞M推，施工期安全稳定。

根据以上计算及分析，最终决定渡槽施工采取从两个边跨向中间跨推进施工，首先完成肋拱及拱上排架混凝土浇筑，待全部五跨肋拱封拱后，再进行槽身混凝土浇筑的施工方案。

4 施工方法

4.1 施工脚手架搭设的施工方法

4.1.1 肋拱及排架脚手架搭设方案

该建筑脚手架搭设具有高度大、断面小、长度长的线性特点。拟采取碗扣式脚手架结合扣件式脚手脚方案进行搭设，按照最小断面、最大搭设高度进行脚手架荷载验算和安全性验算，计算断面如图3所示。

(1)永久荷载(恒荷载)。① 脚手架结构自重:4.4 kN/m2;② 脚手架板等(竹串脚手板):0.35 kN/m2;③ 混凝土荷载:24 kN/m。

(2)可变荷载。① 施工荷载(均布荷载):3 kN/m2;②风荷载(作用于脚手架上的水平风荷载):=0.397 6 kN/m2;③ 脚手架风荷载体型系数:阵风系数1.64;④ 模板荷载;1.3 kN/m2;⑤ 振捣荷载:2 kN/m2;⑥施工人员及设备:1 kN/m2。

图3 计算断面示意图

经过对其脚手架纵、横向水平杆荷载、立杆荷载、风荷载对立杆产生弯矩值、立杆轴向力、立杆稳定性、纵向水平杆、横向水平杆稳定性、斜杆受力、地基承载力等受力情况进行分析及计算，其受力均满足结构安全要求，因此，采取了如图3断面型式进行脚手架搭设，并根据规范设置缆风绳。

4.1.2 肋拱脚手架搭设方法

肋拱碗扣式脚手架的搭设按照碗式脚手架的标准间距确定好底基层立杆并用两层横杆锁定，然后用水准仪进行可调底座调平，调平后将各碗扣接点扣死，达到平面水平、立面垂直，经水准仪、经纬仪进行底层验收后方可进行下层立杆接长。在施工中随时检查脚手架的垂直度，搭设时，及时对每个节点进行检查，发现构件有损坏或变形的及时进行更换，特别是立杆有弯曲和碗扣破损的现象一律不得使用。采用扣件式管架搭设剪刀撑，剪刀撑必须随架体搭设进度同步，立杆在水平方向按50%错开接头，脚手搭设至缆风绳高度时立即按施工方案要求采用缆风绳加固，加固完毕再行进行加高。

4.1.3 拱上脚手架搭设方法

肋拱上部扣件式脚手架搭设(图4)。该部位脚手架采用扣件式钢管架，其搭设待拱底模拆除后开始进行搭设，搭设时要求首先进行拱部位的抱箍钢管搭设，以确保架管牢固附着于拱上，有效的把架管上部的受力传递于拱上，然后将拱上脚手架起到与拱顶齐平高程时开始拆除肋拱底部架管，并顺利完成作业面上移。拱上扣件式脚手架搭设时要紧扶已浇筑好的排架(墩上排架)，待其达到排架顶部时即开始搭设斜撑平台钢管，架好通道。

图4 拱上脚手架搭设简图

脚手架的拆除。不论是扣件式脚手架还是碗扣式脚手架，拆除时均要求按照拱受力的特点左右对称拆除。左右两侧同时由高向低逐层拆除，杜绝单面或不均匀拆除。

4.2 肋拱施工方法

因肋拱封拱温度需控制在5℃～20℃。根据施工时段开两个作业面同时开展，即从渡槽两个边跨向中间跨推进施工，肋拱混凝土浇筑采用“满堂红”脚手架支承组合钢模板分跨进行浇筑，JS500拌和站集中拌制混凝土，农用自卸汽车将混凝土水平运输至作业面下部，由人工转入胶轮车，门架升降机进行垂直运输，人工推胶轮车溜筒入仓，人工平仓，φ50振捣棒振捣密实。由于肋拱长度为44 m，为防止从拱脚浇筑造成拱轴线变形或位移，因此，对每跨肋拱混凝土共分为5个仓位，分序进行浇筑，分仓情况见图5。先拱脚部Ⅰ部，Ⅰ部浇筑完成后浇筑顶部Ⅱ部。为防止杆件混凝土产生收缩裂缝，待Ⅰ、Ⅱ部混凝土浇筑完成14 d后进行Ⅲ部浇筑，最后进行封拱浇筑，将封拱混凝土的浇筑温度控制在设计要求的温度时段进行。拱圈浇筑完成后7 d左右进行侧墙模板拆除，待混凝土强度达到设计强度时进行底拱模板拆除。模板拆除时，先由顶拱拆除，然后逐渐、平行均匀拆除。

图5 肋拱分序浇筑分仓图

4.3 排架及槽身施工方法

当肋拱混凝土强度达到设计强度的70%或拱圈合拢超过10 d后开始浇筑排架混凝土。排架采用分段法施工，每段以排架横梁顶部以上30 cm为一浇筑分层段，以每跨肋拱为单元搭设钢管架施工平台，待排架混凝土浇筑完成7 d后开始进行槽身混凝土浇筑。根据拱形受力的特点，为防止拱的不均匀受力给拱造成破坏，排架及槽身混凝土浇筑采用同跨肋拱左右对称的浇筑方案进行浇筑。

5 经验及总结

多跨连续拱在施工过程中结构受力较为复杂，施工期荷载特别是施工期拱圈自身受力以及对下部桥墩结构的稳定至关重要。因此，首先要求按施工过程中最不利荷载组合进行计算，确定出拱形以上最大施工荷载及总体施工方案，然后依据总体施工方案进行各细部施工方案的制定，拱上部结构的施工基本方案为同一拱跨左右对称上升，不得非对称上升，以免发生拱受力不均引起施工脚手架受力不均而变形造成工程事故。对于多跨连续拱渡槽施工，其关键是分析各个施工阶段的受力并采取相应的措施，确保施工安全。