界河大型预应力混凝土拉杆渡槽施工方案选择（李念国）

摘要: 通过对渡槽施工常用方法的对比分析，并结合界河渡槽桁架拱结构的特点，借鉴引大入秦庄浪河渡槽施工的成功经验，提出了界河渡槽施工的龙门吊安装施工方案。对桁架拱的翻身、组拼、起吊、运输、安装工艺以及龙门吊的技术参数、结构组成、使用功能进行了技术论证。界河渡槽施工采用跨墩龙门吊安装预制桁架拱结构，技术可行、安全可靠、节省投资。

关 键 词: 界河渡槽;桁架拱;龙门吊;施工方案;南水北调东线工程

中图分类号: TV672+ .3 文献标识码: A

1 工程概况

界河渡槽是南水北调东线工程胶东地区引黄调水工程中的重要输水建筑物，建筑物级别Ⅰ级，抗震设防烈度7度。进口位于山东省招远市辛庄镇马家沟村南，在水盘村南跨越界河，渡槽全长1990m，设计流量16.3m3/s，加大流量21.2m3/s。界河主河床宽约70～120m，滩地和一级阶地宽约700m，两岸丘陵高约45m。基岩为燕山早期花岗岩，覆盖层为第四纪全新统冲积堆积的砾质粗砂、残坡积堆积的砂质壤土。

渡槽由进口闸、进出口渐变段和衔接段构成。渡槽最大墩高26.5m，建筑物最大高度34.5m，渡槽中间40跨为预应力空腹下承式桁架拱结构，设计跨度40.2m，矢高7.4m。空腹桁架拱由两榀预应力混凝土拉杆拱片组成，预应力混凝土拉杆拱片由拱肋和预应力混凝土拉杆组成，拱肋轴线为二次抛物线，拱肋和预应力混凝土拉杆形成自平衡体系，对槽墩不产生水平推力，改善了槽墩的受力条件，不产生联拱效应，节省了加强墩。榀与榀之间用钢筋混凝土横系梁连接，横系梁分上、中、下3层，上层拱顶部有4根，中、下层与桁架拱腹杆对应各有18根，单榀桁架拱重90t，全部横系梁重95t，整个拱架结构重275t，拱架为渡槽整体受力结构。矩形渡槽槽体为薄壁结构，净断面尺寸为4.5m×2.95m（宽×高），槽壁厚15cm。设计水深2.03m，加大水深2.46m。槽墩为双排架，最大高度12m，基础为现浇灌注桩。

2 施工方法分析与选择

2.1 施工方法

（1）满堂支架法是一种传统的渡槽现浇施工方法。该法一般适用于跨度小，地基承载力较高，净空较低的渡槽，对于河床段常年积水，或者河床覆盖层软弱的地基不宜使用，如果采用满堂支架法施工，需要进行地基处理，不但经济上造成浪费，而且工期较慢、工序繁杂、施工质量不易保证。

（2）增段推进法是在槽头设置预制平台现浇梁段，每浇筑完成一段向前推进一段，逐步顶进。该法工效低，关键工序不能重叠施工，推进时施工荷载在渡槽纵向造成正反弯矩不断变化，会造成渡槽的抗弯和抗扭破坏，一般适用于跨度小、跨数少、推进吨位小的连续梁槽施工。

（3）造槽机工法是在槽墩上或已浇筑好的结构体上安装支撑架、承重钢梁和整孔模板，在模板内进行钢筋绑扎和混凝土浇筑，最后施加预应力完成该段施工，移动模架脱模并移动至下一段，然后调整并固定模架结构及模板，进行新的浇筑作业。该法施工技术简易，操作简单，机械化程度较高，程序化施工。在东深供水工程U型渡槽施工中，成功地采用了该技术。

（4）架槽机安装工法（即整孔预制、吊装工法）是采用大型运输及起吊设备，将在预制场地整体预制的结构运送至施工现场进行安装。在预制场地采用工厂化生产，质量好，效率高，但需要大吨位的起重运输机械，需设置大型的预制场。

（5）龙门吊安装工法，是对于槽墩不高而且河床适合铺设龙门吊行走轨道，采用两台跨墩龙门吊来安装预制结构的施工方法。该法尤其适用于桁架拱渡槽。引大入秦庄浪河渡槽采用了该施工方法。

2.2 施工方法选择

（1）技术先进性。满堂支架法是利用模板和支架完成渡槽的现场浇筑，施工时需要大量的辅助机械和操作工人，是一种传统的、落后的施工方法。增段推进法是在现场支架浇筑，它采用固定的模床和移动的构件来完成渡槽的施工，施工时需要大量的液压牵引设备，有一定的技术先进性。造槽机、架槽机安装工法，龙门吊安装工法是采用机械化整套设备来完成渡槽的现场浇筑和预制安装作业，设备采用机械、液压、电气控制技术，机械化程度高，减少了大量辅助机械和工人操作，代表着施工行业发展方向。

（2）安全可靠性。满堂支架法和增段推进法施工为线性多点作业，工序繁杂，施工质量不易保证，安全可靠性不高。造槽机、架槽机安装工法，龙门吊安装工法采用标准化的作业流程，不受河滩软弱地基或水中的地理环境影响，施工质量和安全有可靠的保证。

（3）场地适应性。满堂支架法对场地的适应性差，受地形、地貌、地质、水流以及交通等条件制约，对于软基、高墩、深水或通航、通车的地段，施工困难。增段推进法则不受上述条件的制约，但一般只适用于跨度小、跨数少、推进吨位小的连续梁槽施工。造槽机和架槽机施工作业面主要在渡槽墩台的顶部，不受河滩软弱地基或水中的地理环境影响，对场地的适应性较强，几乎所有的渡槽都可以采用造槽机和架槽机来施工。龙门吊安装适用于槽墩不高，河床能够铺设轨道。

（4）施工进度。满堂支架法施工，速度慢，每片渡槽从地基处理、支架与模板安装到绑扎钢筋、浇筑混凝土、养护、张拉、拆模的整个施工周期需要45d左右。增段推进法每次只能浇筑10～15m长的梁段，作业周期为12d左右，施工速度与满堂支架法差不多。造槽机采用移动式的模架系统，加快了过孔移位的速度，提高了模板周转效率，1台造槽机相当于2～3套满堂支架的施工效率。采用架槽机安装或龙门吊安装施工速度最快，可以达到每天数孔的安装速度，其工期基本上不受施工现场制约，由预制场生产进度来控制。

（5）经济效益分析。从设备的投入来看，造槽机和架槽机造价是满堂支架或顶推施工设备的2～3倍，但由于其施工速度快，所需要的辅助机械和人工操作较少，再加上其适应性强、技术先进、安全可靠等特点，采用造槽机和架槽机施工具有明显的优越性，特别是对于一些特大型渡槽，其整体经济效益更加明显。龙门吊安装施工的投入最少，而且施工速度快，所需要的辅助机械和人工操作较少，同时施工安全可靠，经济效益最好。

通过上述比较分析，界河渡槽如果采用满堂支架现浇施工，需要投入大量的落地支架，而且施工速度较慢、工序繁杂、施工质量不易保证。增段推进法和造槽机工法也不适用于空腹桁架拱结构的界河渡槽。界河渡槽的结构形式与引大入秦庄浪河渡槽的跨度、槽墩高度以及河床条件相似，为此界河渡槽施工采用龙门吊安装工法更为合理。

3 施工方案

界河渡槽施工采用部分预制、部分现浇的施工方案。拱架结构（桁架拱、横系杆）在岸边预制，然后用两台龙门吊共同起吊拱架结构并行走到位安装到槽墩上。渡槽施工关键工艺是空腹桁架拱的预制、运输和安装。

3.1 桁架拱的预制、组拼和吊装

预制场在渡槽侧面岸边布置，分别设置预制台座、拼装台座、储存台座和钢筋绑扎台座。单榀桁架拱采用平铺方法预制，在预制台座上立模、绑扎钢筋、浇注混凝土并养护，待桁架拱达到设计强度后张拉预应力钢筋，然后用龙门吊将单榀桁架拱翻身竖起并水平运输到拼装台座上，两榀桁架拱安装在拼装台座上预定位置并临时固定，安装预制好的横系梁与桁架拱搭焊接头钢筋，浇注接头混凝土并养护，待整个拱架达到设计强度后，利用龙门吊将其抬离拼装台座，安放在储存台座或直接行走到墩位处安装。桁架拱在预制场施工尤其重视桁架拱的翻身和组拼。

单榀桁架拱翻身，采用2台龙门吊并选用专用吊具完成。专用吊具由滑车组和钢丝绳组成，桁架拱预制时在上弦与腹杆节点处预埋8个钢筋吊环，每台龙门吊通过专用吊具连接单侧4个钢筋吊环。2台龙门吊由专人统一指挥，缓缓起升使桁架拱上弦杆离开制梁台座10cm左右，停止起吊并用方木抄垫上弦各节点处，将吊具从钢筋吊环上解除并直接安装到上弦与腹杆节点处，最后慢速起升使桁架拱翻身竖起。

单榀桁架拱翻身竖起后，用2台龙门吊联合吊离地面1～2m再水平运至拼装台座，台座顶面要在同一水平面上，位置与两榀桁架拱支座相对应。两榀桁架拱就位后先安装拱架端部的横系梁，搭焊接头钢筋，并依次对应安装下横系梁，上横系梁安装必须考虑预制槽身板安装的便捷，中间横系梁的安装先间隔安装一半，待槽身板就位并调整好几何尺寸后再安装另一半。横系梁接头完成后进行检查验收，严格保证钢筋焊接质量，然后浇注接头二期混凝土并养护。

3.2 桁架拱的运输

桁架拱拼装完成后，利用两台龙门吊抬吊离开拼装台座并水平运输，吊点设在桁架拱渡槽正常运行时支点邻近位置。吊具由5cm厚钢板制成卡扣式框架，框架各节点及框架与起吊钢丝绳之间均采用销接。为避免起吊过程中受力不均衡引起构件破坏，在钢丝绳与吊具之间另设两根平衡梁。

预制场设置在渡槽轴线的侧面，两台龙门吊横跨槽墩、制梁台座、拼装台座、储存台座，方便龙门吊完成桁架拱翻身、组拼、起吊、运输和安装等全部工作。

3.3 桁架拱的安装

当桁架拱水平运输至预定位置后，同时开动两台龙门吊的起升机构，将桁架拱徐徐起吊至墩顶以上50cm左右，然后天车携桁架拱横向行走就位，纵向就位还靠龙门吊行走来回调整，桁架拱支座预埋件大体对准墩顶事先安装好的盆式橡胶支座后慢慢下落。桁架拱安装时尽量一次对准，以免多次移动破坏了盆式支座。

4 龙门吊选用

界河渡槽桁架拱的翻身、组拼、起吊、运输和安装等工作主要有两台大吨位的龙门吊来完成。预制场在渡槽轴线单侧成线性布置，制梁台座、拼装台座、储存台座以及槽墩均在龙门吊跨内。龙门吊跨度为24m，起升高度为32m。龙门吊的轨道用砂砾石作基础，夯填厚度约3m，从预制场到河床最低处设置纵坡，最大纵坡为3%。桁架拱结构重275t，单台龙门吊的起重量采用150t。

4.1 龙门吊主要技术参数

（1）整机工作级别A4;

（2）机构工作级别M5;

（3）起吊能力150t（单台）;

（4）支腿跨度24m;

（5）起升高度32m;

（6）吊钩升降速度0～2.0m/min;

（7）天车横移速度0～8.0m/min（空载），0～4.0m/min（重载）;

（8）大车走行速度0～20.0m/min（空载），0～10.0m/min（重载）;

（9）主梁挠跨比不大于1/700;

（10）适应纵坡不大于3%;

（11）工作状态允许风力7级;

（12）非工作状态允许风力11级;

（13）最大轮压25t;

（14）整机总功率160kW;

（15）整机总质量220t。

4.2 龙门吊主要结构组成

对于界河渡槽桁架拱施工所需要的龙门吊，高跨比大，起升高度大，需要支腿结构高。这种龙门吊可以采用万能杆件拼装成支腿和主梁结构，或采用型钢和钢板制作为桁架或箱形结构。龙门吊由主梁、支腿、行走机构、起重天车、专用吊具和电控系统等构成。

5 结语

界河渡槽采用龙门吊安装工法施工，拱架可采用工厂化预制，两台龙门吊安装，施工工艺简单，渡槽定位准确，施工安全可靠。基础现场施工，拱架预制吊装，矩形槽壁现浇等工作便于采用流线型作业，施工速度快，可减少单件吊装重量，工期有可靠保证。两台跨墩龙门吊的设备费用约为500万元人民币，而且本工程施工完成后，龙门吊可以应用到其它工程施工中，对于该项目可以减少大量的设备投入，节约工程投资。

参考文献:

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［4］ 武海峰.旗岭渡槽槽身施工技术.广东水利水电，2003，（2）.

［5］ 李俊宏，何淑媛，袁勤国.大型渡槽槽身施工技术进展.中国农村水利水电，2005，（10）.

作者简介: 李念国，男，山东水利职业学院建筑工程系，副教授。