装配式技术在渡槽建设中的应用研究——以韶山灌区涓上飞链渡槽为例

廖满军，李亚民，赵仙龙，李金恒，周 黎

（中国水利水电第八工程局有限公司，湖南 长沙 410004）

国务院“十四五”建筑业发展规划提出要大力发展装配式建筑。构建装配式建筑标准化设计和生产体系，推动生产和施工智能化升级，扩大标准化构件和部品部件使用规模，提高装配式建筑综合效益。完善适用不同建筑类型装配式混凝土建筑结构体系，加大高性能混凝土、高强钢筋和消能减震、预应力技术集成应用。装配式技术在水利工程中建设也大有作为。

1 韶山灌区涓上飞链渡槽拆除重建工程概况

韶山灌区涉及湘潭、长沙、娄底3 市，湘乡市、湘潭县、韶山市、雨湖区、宁乡市、岳麓区、双峰县7 个县（市、区）39 个乡（镇），设计灌溉面积为100万亩，是一座以农业灌溉、防洪、排涝为主，兼具发电、工矿及城镇供水、旅游开发、生态环保、养殖等综合利用功能的大型灌区。

涓上飞链渡槽拆除重建是韶山灌区“十四五”续建配套与现代化改造项目关键子项目，是韶山灌区南干渠跨越涓水的交叉建筑物（见图1），位于高丰村和陈家洼里之间，拆除原涓上飞链渡槽，并按照原建筑形式重建，该渡槽槽身段采用直线形简支钢筋混凝土梁式渡槽和拱上排架式相结合的形式，槽身采用U形结构，排架柱段排架间距为15 m，槽身标准段长15 m，拱上排架段槽身标准段长19 m，拱身每跨38 m，渡槽全长338 m。渡槽槽身为U 形槽，槽身310 m，进出口连接段长均为14 m；排架形式为单排架+双排架。

图1 涓上飞链渡槽现状图

根据韶山灌区工程管理局的相关规定，非灌溉期一般为当年的10 月中旬至第二年的3 月中旬，停水期5 个月，涓上飞链渡槽施工必须在此期间内完成拆除重建。涓上飞链渡槽拆除重建主要特性详见表1。

表1 涓上飞链渡槽拆除重建主要特性数量

2 初步设计方案

原初步设计方案（见图2）：基础形式为扩大基础（现浇）+双排柱/拱（现浇）+槽身（预制）。

图2 涓上飞链渡槽初步设计图

施工方案基于渡槽跨度较大且工期较短，新老渡槽结构形式一致，采用分期实施方案，新老结合处做好防渗措施。槽身采用预制结构，楠竹长虹渡槽槽身单节重量161 t，涓上飞链渡槽槽身单节重量77 t。

混凝土及砌体拆除：主要为原渡槽的混凝土及浆砌石拆除，采用静态爆破方法拆除。人工钻孔，孔内装破碎剂。弃渣采用1 m3挖掘机挖装，8 t 自卸汽车运至附近渠道用于路基填筑，平均运距约10 km。

基础开挖：土方开挖采用1 m3挖掘机开挖土方，开挖料就近堆存用于回填。石方开挖采用液压破碎锤配合风镐拆除。1 m3反铲挖掘机挖装，8 t 自卸汽车运至附近渠道路堤填筑段用于回填，平均运距约10 km；或运至附近支渠用于回填。

土方回填：利用开挖料，不足部分取自附近渠道工程，74 kW 推土机推平，拖拉机压实，局部采用2.8 kW 蛙式打夯机夯实。

混凝土浇筑：主要为基础及排架的混凝土工程。混凝土采用0.8 m3搅拌机生产，5 t 自卸汽车水平运输，垫层混凝土直接入仓；下部结构混凝土采用溜槽入仓；上部结构泵送入仓。混凝土采用人工平仓，1.1 kW 插入式振捣器振捣。

湖口县地处长江中下游油菜产业带核心区域，是国家油菜生产重点县，近年来在农业部油菜增产模式攻关及产业政策扶持下，深入推进“效益粮油，绿色粮油，品牌粮油”建设，结合绿色高产高效关键技术示范推广和技术瓶颈攻关，优化资源配置，提炼技术措施，集成组装了一批标准化、模式化、可复制、可推广的油菜种植技术模式。

槽身混凝土：采用预制结构，可在各施工点附近空场地集中预制，机械运输，300 t 汽车起重机吊装人工配合安装。

3 装配式技术应用新方案

根据项目工期要求、地质条件等因素综合考虑，本项目拟采用装配式技术应用新方案：基础形式为PHC 管桩（预制）+承台（预制）单、双排柱/拱（预制）+槽身（预制）。（见图3、图4）

图3 涓上飞链渡槽装配式方案示意图

图4 涓上飞链渡槽装配式方案拱跨部位示意图

3.1 新装配式方案优势

1）根据地质条件，采用预制管桩施工速度最快，质量易保证。

2） 上部结构采用常规汽车吊，进行安装可以方便实现；过河渡槽采用预制吊装拼装可以减少高大支模架的搭设，节约成本，缩短工期，降低高处作业风险。

3）拱肋对于跨度较大的整片一次预制吊装自身结构受力不满足，跨度38 m 结构吊装运输易折断，采用两片拱肋可以解决问题；设计时通过计算确定安装时两片拱肋没有形成整体，受力状态为三铰拱，连接成整体时为无铰拱，受力满足要求。

4）采用UHPC 混凝土+U 形钢筋连接两片拱肋及其支座部位可以减少连接段长度12 d（d 为纵向钢筋直径），简单的吊模即可解决，普通混凝土连接段长度需要35 d（d 为纵向钢筋直径），在拱肋上支模困难，以设计25 d 的纵向钢筋直径为例连接长度12 d=300 mm，本项目连接段长度采用350 mm。

3.2 装配式渡槽结构连接技术

1）钢筋连接技术。普通钢筋采用灌浆套筒连接和灌浆波纹钢管连接；灌浆连接套筒按加工方式可采用铸造灌浆套筒或机械加工灌浆套筒，按钢筋连接方式可制作成全灌浆套筒或半灌浆套筒。灌浆连接套筒是目前预制拼装下部结构较常采用的一种连接方式，其作用是将一根钢筋的力传递至另一根钢筋。全灌浆套筒一端为预制安装端，另一端为现场拼装端，套筒中间设置钢筋限位挡板，套筒下端设置压浆口，套筒上端设置出浆口。半灌浆套筒的钢筋机械连接端为预制安装端，另一端为现场拼装端，套筒下端设置压浆口，上端设置出浆口。

装配式混凝土渡槽预制节段的连接方式可根据结构形式、施工条件等因素参考表2 确定。

表2 装配式混凝土渡槽预制节段的常用连接方式及适用范围参考表

图5 承台节点连接示意图一

图6 承台节点连接示意图二

施工工艺流程如下：

①预制管桩在工厂生产检验合格后，运输至施工现场使用打桩机打入指定位置。

②将预制承台吊装至管桩上方，调整承台的坐标及标高。

③在预制承台预留的圆形洞口中插入U 形钢筋，锚入预制管桩中间部位。

④在预制承台预留的圆形洞口中浇筑混凝土至第二层钢筋上25 mm 左右，找平。

⑤养护3～5 天后，将预制排架柱吊装至预制承台预留的圆形洞口中，预制排架柱与预制承台锚固部位需设置四棱台抗剪键槽，调整好预制排架柱位置和标高后，用钢丝绳等临时固定设施固定排架柱。

⑥在预制承台洞口浇筑二次细石混凝土，待混凝土强度达到要求拆除临时固定设施。

3）预制拱肋连接技术。预制拱肋拆分为两片预制，吊装和安装时受力为三铰拱，采用现浇连接时受力为两铰拱，两片拱肋连接段及拱肋与墩身连接段采用活性粉末混凝土（或者UHPC 高性能混凝土）湿接缝连接（见图7），活性粉末混凝土具有很好的致密性，可对钢筋形成很好的握裹作用，大幅减少钢筋需要的锚固长度。当钢筋的搭接采用U 形钢筋时，其搭接长度可以进一步减少。当采用U 形钢筋的搭接时搭接长度应大于12 倍纵向主筋的直径。

图7 UHPC 拱顶连接示意图

拱上预制排架柱与预制拱肋采用套筒灌浆连接。

3.3 施工方案

1）预制梁场及便道施工：构件预制场设置在渡槽出水口附近，租地约4 900 m2，施工营地租用预制场旁的已有建筑，设置实验室、办公区及住宿区。构件预制场与施工现场由场外道路相连，运距约150 m。场内便道设置在槽位上游，标准宽度为10 m，总长约310 m。水中便道标高43.59 m，墩间设置3 处过水涵管。预制场内配备承台、拱架、排架、槽身模板各1 套，除槽身外模为钢模外，其他均为塑料模。湘潭冬季低于0 ℃时间约10 天，应考虑梁场混凝土冬季保温施工。

渡槽基础为PHC 管桩，单桩承载力1 050 kN，持力层为强风化砂砾岩，桩长（3～7）m。采用专用打桩锤插打，当遇孤石时，采用孔内引孔法压桩。

2）扩大基础及墩柱施工：水中扩大基础、墩柱施工采用土石围堰筑岛+钢板桩围堰止水围堰，岸上扩大基坑采用放坡开挖，坡比1∶1.5，混凝土浇筑采用商品混凝土。

3）排柱及拱圈吊装：排架柱最大重量为25 t，承台34 t（单台），采用2 台130 t 吊装（一主一副）。半身拱47.7 t，采用2 台300 t 汽车吊同时吊装拼装。

4）槽身吊装或边跨现浇施工：渡槽首尾槽身采用现浇，其他采用预制槽身。槽身整体预制，分片吊装，15 m 节重71.6 t，8 m 节重38.5 t，由两台200 t 汽车吊抬吊吊装。

5）槽身附属：本项目槽身单跨长度为15 m，采用整体预制，槽身安装完成后，立即进行槽身伸缩缝防水施工，渡槽上方人行道板采用预制场预制，运输至现场，依次由槽身出水口向进水口方向人工安装。待人行道板施工完成后，进行渡槽栏杆施工。当槽身重量太大、常规吊装设备不满足要求时，可以采用1/2 预制方式（见图8）。槽身顶部如果作为人行通道设计有盖板及栏杆，也可以采用装配式技术方案（见图9）。

图8 预制槽身节点连接示意图

图9 预制槽身及附属装配式技术方案示意图

4 结 语

本项目采用全装配式技术新方案，研究了基础、承台、排架柱、拱肋、渡槽等部位的装配式连接方式及构造要求，实现了以空间换时间快速施工，非常适合目前灌区改造项目渡槽拆除重建存在的建设周期短的特点；渡槽建设期（非灌溉期）一般跨越冬季，对防水要求高，冬季施工传统现浇很难保证施工质量，而采用装配式构件可以在工厂预制，有利于保证施工质量；综合上述因素，装配式技术在渡槽建设中值得推广应用。