某水利工程高墩大跨度预应力渡槽工艺及其应用

孟庆雨

一、工程概况

某渡槽工程属于大型输水建筑物，渡槽槽身是相互独立的三槽预应力钢筋混凝土矩形槽结构，单跨为30m，一共九跨，槽身长为270m。单槽内空的高和宽为6.4m×7.0m，I等工程等别，主要建筑物1级，次要建筑物3级。渡槽流量设计为220m3/s，加大流量设置为240m3/s，设计渡槽水深为5.642m，加大水深设置为6.052m，纵坡设计为1/4200。由进出口渐变段、检修阀段和连续段、槽深段构成。

二、结构设计

1.总体布置

渡槽在总体布置的过程中要充分考虑槽址区地形、水文、地质及河道断面等多种因素与施工经济性、可行性、美观、安全性及运行管理等，在布置过程中要注意：

其一，连续渡槽跨径为120～200m，并且输水流量为15～30m3/s时，结构自重所出现的弯矩占据总弯矩的60%～80%，承载力消耗自重比较大。基于经济、合理、安全原则，主梁断面在设计过程中要求简洁、轻型，从而能够降低工程量和造价。

其二，因为水荷载比较大，从而导致主梁断面比连续刚构桥要大，具有较大的刚度，并且温度变化和混凝土收缩徐变导致的次内力也比较大。所以梁、墩固结总长度不能够过大。

其三，渡槽为超静定结构，要保证基础承载能力，并且重视风荷载对于桩基设计的影响。

其四，因为主梁刚度比较大，基于满足稳定的需求，要求槽墩具备良好柔性，从而能够具备良好的摆动体支撑体系。所以，在百米之内槽墩中使用双肢薄壁空心墩。槽墩高度不能够太低，不然会提高抗推刚度，降低柔度。

2.渡槽结构设计

渡槽使用3×21m的跨简支双向预应力墙式双矩形并联槽的结构，纵向两道边墙和一道中墙使用后张预应力结构，为了保证施工结构，墙身使用预制吊装，渡槽底板和拉杆将侧墙作为承重支架吊模后浇。

（1）上部结构

渡槽包括两槽过水，过水断面的宽度为2×7.5m，底板横向跨度比较大，为了能够降低结构的重量，渡槽底板使用肋板结构。底板的厚度为0.2m，板下肋条的高度为0.55m，宽度为0.6m，每隔2.0m就设置一道。肋板使用后张横向预应力结构，从而使底板限裂问题得到解决。侧墙属于主受力构件，不仅要承担通过底板所传递的纵向荷载，还要承受横向水压力及温度等荷载，纵向配筋使用1860级钢绞线。其次，以边墙及中墙受力荷载的不同分配，实现不同数量钢绞线的设置。在边墙外侧每隔2m的地方设置一道钢筋混凝土竖向加劲肋，宽度为0.6m，高度为0.25m。因为渡槽的水面比较低，只是对普通钢筋进行配置，从而承担横向弯矩及纵向抗剪作用。横向为边墙顶与中墙顶每隔2m设置钢筋混凝土拉杆，将检修便道设置到边墙中，外部设置栏杆。图1为渡槽跨中横断面的结构。

（2）下部结构

因为渡槽下地基土所允许承载力比较低，渡槽基础使用钻孔灌注桩，桩径设置为1.2m，桩顶设置为钢筋混泥土承台支撑槽墩和槽台。因为地下水对于混凝土具备弱腐蚀性，尤其是在水位变动的区域中，要求使基础混凝土抗腐蚀性、抗冻融性、抗渗性得到提高。将外加剂添加到混凝土施工的过程中，承台混凝土和桩都利用抗硫酸盐硅酸盐水泥。为了降低地震负载对于上部渡槽结构影响，渡槽使用工厂定型板式橡胶支座，并且使用抗寒性的天然橡胶进行制作。

三、预应力张拉

1.施工材料和设备

工程中使用标准低松弛预应力钢绞线及预应力精轧螺纹钢筋，渡槽槽深底板、墙身的纵向、横向用预应力钢绞线进行布置，预应力钢绞线直径15.2mm，标准强度设置为1860MPa，弹性模量为1.95×105MPa。一根钢绞线最小的破断力在259kN以上，屈服负荷在220kN以上，伸长率在3.5%以上。渡槽槽身墙身竖向使用精轧螺纹钢进行布置，预应力精轧螺纹钢使用PSB 930MPa级32螺纹钢筋，标准强度设置为1860MPa，屈服强度设置为930MPa，弹性模量为2.0×105MPa。

图1 渡槽跨中横断面的结构图

2.选择锚具

工程中所使用的锚具及夹片都应该满足相关性能需求，并且还要能够满足工程设计需求。工程中锚具有扁锚、群锚和螺纹钢筋锚具三种类型，群锚及扁锚由锚垫板、锚板、螺旋筋及夹片构成，螺纹钢筋锚具由垫片、锚具及螺旋筋构成。

四、波纹管安装

1.安装波纹管

绑扎底网钢筋和侧向钢筋之后才能够安装波纹管。在安装过程中，要根据设计图纸中的每个孔道坐标，通过模板控制断面和矢高，测量坐标尺寸量误差要在±5mm范围内，波纹管使用定位筋在附近钢筋中固定，并且对其左右位置进行控制。焊接附近筋和定位筋，并且焊接波纹管中定位环和定位筋，由专人随时使用净水冷却焊接，避免高温灼伤到波纹管，并且避免波纹管位置移动。波纹管接头使用专用的接头，在搭接的地方使用密封胶带进行缠紧。波纹管安装后，以设计需求检查位置和曲线，从而保证波纹管的固定。

2.排气孔和灌浆孔

其一，对一端张拉水平预应力孔道，使用15mm高压塑料管通过固定端锚垫板预留孔口引出，使其成为排气孔；利用15mm钢管通过张拉端锚垫板预留孔，使其成为灌浆孔。

其二，对一端张拉竖向预应力孔道，利用15mm高压塑料管，利用张拉端锚板预留孔进行引出，将其作为排气孔；通过固定端锚垫板预留孔口进行引出，使其作为灌浆孔。

其三，对两端张拉部分预应力孔道，为了方便施工，在一端锚垫板预留孔中使用15mm钢管引出，使其成为灌浆孔，另外一端为排气孔。

其四，要求排气管通到预应力混凝土表面，并且外漏超过300mm，外端编号利用胶布进行粘结，排气管和波纹管中间使用密封胶布进行缠绕，利用丝扣连接锚垫板及灌浆管。

五、结语

高墩大跨度预应力渡槽施工技术成熟，建设速度快，安全可靠，经济社会效益显著。在具体施工中，应重视总体布置和渡槽结构设计，合理选择施工材料和设备，做好预应力张拉和波纹管安装工作，确保工程安全完工。目前，该工程高墩大跨度预应力渡槽已顺利完工并投入使用，满足实际使用需求，值得进一步推广应用■