界河大型預應力混凝土拉桿渡槽施工方案選擇（李念國）

摘要: 通過對渡槽施工常用方法的對比分析，並結合界河渡槽桁架拱結構的特點，借鑑引大入秦莊浪河渡槽施工的成功經驗，提出了界河渡槽施工的龍門吊安裝施工方案。對桁架拱的翻身、組拼、起吊、運輸、安裝工藝以及龍門吊的技術引數、結構組成、使用功能進行了技術論證。界河渡槽施工採用跨墩龍門吊安裝預製桁架拱結構，技術可行、安全可靠、節省投資。

關 鍵 詞: 界河渡槽;桁架拱;龍門吊;施工方案;南水北調東線工程

中圖分類號: TV672+ .3 文獻標識碼: A

1 工程概況

界河渡槽是南水北調東線工程膠東地區引黃調水工程中的重要輸水建築物，建築物級別Ⅰ級，抗震設防烈度7度。進口位於山東省招遠市辛莊鎮馬家溝村南，在水盤村南跨越界河，渡槽全長1990m，設計流量16.3m3/s，加大流量21.2m3/s。界河主河床寬約70～120m，灘地和一級階地寬約700m，兩岸丘陵高約45m。基岩為燕山早期花崗岩，覆蓋層為第四紀全新統沖積堆積的礫質粗砂、殘坡積堆積的砂質壤土。

渡槽由進口閘、進出口漸變段和銜接段構成。渡槽最大墩高26.5m，建築物最大高度34.5m，渡槽中間40跨為預應力空腹下承式桁架拱結構，設計跨度40.2m，矢高7.4m。空腹桁架拱由兩榀預應力混凝土拉桿拱片組成，預應力混凝土拉桿拱片由拱肋和預應力混凝土拉桿組成，拱肋軸線為二次拋物線，拱肋和預應力混凝土拉桿形成自平衡體系，對槽墩不產生水平推力，改善了槽墩的受力條件，不產生聯拱效應，節省了加強墩。榀與榀之間用鋼筋混凝土橫系樑連線，橫系樑分上、中、下3層，上層拱頂部有4根，中、下層與桁架拱腹杆對應各有18根，單榀桁架拱重90t，全部橫系樑重95t，整個拱架結構重275t，拱架為渡槽整體受力結構。矩形渡槽槽體為薄壁結構，淨斷面尺寸為4.5m×2.95m（寬×高），槽壁厚15cm。設計水深2.03m，加大水深2.46m。槽墩為雙排架，最大高度12m，基礎為現澆灌注樁。

2 施工方法分析與選擇

2.1 施工方法

（1）滿堂支架法是一種傳統的渡槽現澆施工方法。該法一般適用於跨度小，地基承載力較高，淨空較低的渡槽，對於河床段常年積水，或者河床覆蓋層軟弱的地基不宜使用，如果採用滿堂支架法施工，需要進行地基處理，不但經濟上造成浪費，而且工期較慢、工序繁雜、施工質量不易保證。

（2）增段推進法是在槽頭設定預製平臺現澆樑段，每澆築完成一段向前推進一段，逐步頂進。該法工效低，關鍵工序不能重疊施工，推進時施工荷載在渡槽縱向造成正反彎矩不斷變化，會造成渡槽的抗彎和抗扭破壞，一般適用於跨度小、跨數少、推進噸位小的連續樑槽施工。

（3）造槽機工法是在槽墩上或已澆築好的結構體上安裝支撐架、承重鋼樑和整孔模板，在模板內進行鋼筋綁紮和混凝土澆築，最後施加預應力完成該段施工，移動模架脫模並移動至下一段，然後調整並固定模架結構及模板，進行新的澆築作業。該法施工技術簡易，操作簡單，機械化程度較高，程式化施工。在東深供水工程U型渡槽施工中，成功地採用了該技術。

（4）架槽機安裝工法（即整孔預製、吊裝工法）是採用大型運輸及起吊裝置，將在預製場地整體預製的結構運送至施工現場進行安裝。在預製場地採用工廠化生產，質量好，效率高，但需要大噸位的起重運輸機械，需設定大型的預製場。

（5）龍門吊安裝工法，是對於槽墩不高而且河床適合鋪設龍門吊行走軌道，採用兩臺跨墩龍門吊來安裝預製結構的施工方法。該法尤其適用於桁架拱渡槽。引大入秦莊浪河渡槽採用了該施工方法。

2.2 施工方法選擇

（1）技術先進性。滿堂支架法是利用模板和支架完成渡槽的現場澆築，施工時需要大量的輔助機械和操作工人，是一種傳統的、落後的施工方法。增段推進法是在現場支架澆築，它採用固定的模床和移動的構件來完成渡槽的施工，施工時需要大量的液壓牽引裝置，有一定的技術先進性。造槽機、架槽機安裝工法，龍門吊安裝工法是採用機械化整套裝置來完成渡槽的現場澆築和預製安裝作業，裝置採用機械、液壓、電氣控制技術，機械化程度高，減少了大量輔助機械和工人操作，代表著施工行業發展方向。

（2）安全可靠性。滿堂支架法和增段推進法施工為線性多點作業，工序繁雜，施工質量不易保證，安全可靠性不高。造槽機、架槽機安裝工法，龍門吊安裝工法採用標準化的作業流程，不受河灘軟弱地基或水中的地理環境影響，施工質量和安全有可靠的保證。

（3）場地適應性。滿堂支架法對場地的適應性差，受地形、地貌、地質、水流以及交通等條件制約，對於軟基、高墩、深水或通航、通車的地段，施工困難。增段推進法則不受上述條件的制約，但一般只適用於跨度小、跨數少、推進噸位小的連續樑槽施工。造槽機和架槽機施工作業面主要在渡槽墩臺的頂部，不受河灘軟弱地基或水中的地理環境影響，對場地的適應性較強，幾乎所有的渡槽都可以採用造槽機和架槽機來施工。龍門吊安裝適用於槽墩不高，河床能夠鋪設軌道。

（4）施工進度。滿堂支架法施工，速度慢，每片渡槽從地基處理、支架與模板安裝到綁紮鋼筋、澆築混凝土、養護、張拉、拆模的整個施工週期需要45d左右。增段推進法每次只能澆築10～15m長的樑段，作業週期為12d左右，施工速度與滿堂支架法差不多。造槽機採用移動式的模架系統，加快了過孔移位的速度，提高了模板週轉效率，1臺造槽機相當於2～3套滿堂支架的施工效率。採用架槽機安裝或龍門吊安裝施工速度最快，可以達到每天數孔的安裝速度，其工期基本上不受施工現場制約，由預製場生產進度來控制。

（5）經濟效益分析。從裝置的投入來看，造槽機和架槽機造價是滿堂支架或頂推施工裝置的2～3倍，但由於其施工速度快，所需要的輔助機械和人工操作較少，再加上其適應性強、技術先進、安全可靠等特點，採用造槽機和架槽機施工具有明顯的優越性，特別是對於一些特大型渡槽，其整體經濟效益更加明顯。龍門吊安裝施工的投入最少，而且施工速度快，所需要的輔助機械和人工操作較少，同時施工安全可靠，經濟效益最好。

通過上述比較分析，界河渡槽如果採用滿堂支架現澆施工，需要投入大量的落地支架，而且施工速度較慢、工序繁雜、施工質量不易保證。增段推進法和造槽機工法也不適用於空腹桁架拱結構的界河渡槽。界河渡槽的結構形式與引大入秦莊浪河渡槽的跨度、槽墩高度以及河床條件相似，為此界河渡槽施工採用龍門吊安裝工法更為合理。

3 施工方案

界河渡槽施工採用部分預製、部分現澆的施工方案。拱架結構（桁架拱、橫系杆）在岸邊預製，然後用兩臺龍門吊共同起吊拱架結構並行走到位安裝到槽墩上。渡槽施工關鍵工藝是空腹桁架拱的預製、運輸和安裝。

3.1 桁架拱的預製、組拼和吊裝

預製場在渡槽側面岸邊佈置，分別設定預製臺座、拼裝臺座、儲存臺座和鋼筋綁紮臺座。單榀桁架拱採用平鋪方法預製，在預製臺座上立模、綁紮鋼筋、澆注混凝土並養護，待桁架拱達到設計強度後張拉預應力鋼筋，然後用龍門吊將單榀桁架拱翻身豎起並水平運輸到拼裝臺座上，兩榀桁架拱安裝在拼裝臺座上預定位置並臨時固定，安裝預製好的橫系樑與桁架拱搭焊接頭鋼筋，澆注接頭混凝土並養護，待整個拱架達到設計強度後，利用龍門吊將其抬離拼裝臺座，安放在儲存臺座或直接行走到墩位處安裝。桁架拱在預製場施工尤其重視桁架拱的翻身和組拼。

單榀桁架拱翻身，採用2臺龍門吊並選用專用吊具完成。專用吊具由滑車組和鋼絲繩組成，桁架拱預製時在上弦與腹杆節點處預埋8個鋼筋吊環，每臺龍門吊通過專用吊具連線單側4個鋼筋吊環。2臺龍門吊由專人統一指揮，緩緩起升使桁架拱上弦杆離開制樑臺座10cm左右，停止起吊並用方木抄墊上弦各節點處，將吊具從鋼筋吊環上解除並直接安裝到上弦與腹杆節點處，最後慢速起升使桁架拱翻身豎起。

單榀桁架拱翻身豎起後，用2臺龍門吊聯合吊離地面1～2m再水平運至拼裝臺座，臺座頂面要在同一水平面上，位置與兩榀桁架拱支座相對應。兩榀桁架拱就位後先安裝拱架端部的橫系樑，搭焊接頭鋼筋，並依次對應安裝下橫系樑，上橫系樑安裝必須考慮預製槽身板安裝的便捷，中間橫系樑的安裝先間隔安裝一半，待槽身板就位並調整好幾何尺寸後再安裝另一半。橫系樑接頭完成後進行檢查驗收，嚴格保證鋼筋焊接質量，然後澆注接頭二期混凝土並養護。

3.2 桁架拱的運輸

桁架拱拼裝完成後，利用兩臺龍門吊抬吊離開拼裝臺座並水平運輸，吊點設在桁架拱渡槽正常執行時支點鄰近位置。吊具由5cm厚鋼板製成卡扣式框架，框架各節點及框架與起吊鋼絲繩之間均採用銷接。為避免起吊過程中受力不均衡引起構件破壞，在鋼絲繩與吊具之間另設兩根平衡樑。

預製場設定在渡槽軸線的側面，兩臺龍門吊橫跨槽墩、制樑臺座、拼裝臺座、儲存臺座，方便龍門吊完成桁架拱翻身、組拼、起吊、運輸和安裝等全部工作。

3.3 桁架拱的安裝

當桁架拱水平運輸至預定位置後，同時開動兩臺龍門吊的起升機構，將桁架拱徐徐起吊至墩頂以上50cm左右，然後天車攜桁架拱橫向行走就位，縱向就位還靠龍門吊行走來回調整，桁架拱支座預埋件大體對準墩頂事先安裝好的盆式橡膠支座後慢慢下落。桁架拱安裝時儘量一次對準，以免多次移動破壞了盆式支座。

4 龍門吊選用

界河渡槽桁架拱的翻身、組拼、起吊、運輸和安裝等工作主要有兩臺大噸位的龍門吊來完成。預製場在渡槽軸線單側成線性佈置，制樑臺座、拼裝臺座、儲存臺座以及槽墩均在龍門吊跨內。龍門吊跨度為24m，起升高度為32m。龍門吊的軌道用砂礫石作基礎，夯填厚度約3m，從預製場到河床最低處設定縱坡，最大縱坡為3%。桁架拱結構重275t，單臺龍門吊的起重量採用150t。

4.1 龍門吊主要技術引數

（1）整機工作級別A4;

（2）機構工作級別M5;

（3）起吊能力150t（單臺）;

（4）支腿跨度24m;

（5）起升高度32m;

（6）吊鉤升降速度0～2.0m/min;

（7）天車橫移速度0～8.0m/min（空載），0～4.0m/min（過載）;

（8）大車走行速度0～20.0m/min（空載），0～10.0m/min（過載）;

（9）主樑撓跨比不大於1/700;

（10）適應縱坡不大於3%;

（11）工作狀態允許風力7級;

（12）非工作狀態允許風力11級;

（13）最大輪壓25t;

（14）整機總功率160kW;

（15）整機總質量220t。

4.2 龍門吊主要結構組成

對於界河渡槽桁架拱施工所需要的龍門吊，高跨比大，起升高度大，需要支腿結構高。這種龍門吊可以採用萬能杆件拼裝成支腿和主樑結構，或採用型鋼和鋼板製作為桁架或箱形結構。龍門吊由主樑、支腿、行走機構、起重天車、專用吊具和電控系統等構成。

5 結語

界河渡槽採用龍門吊安裝工法施工，拱架可採用工廠化預製，兩臺龍門吊安裝，施工工藝簡單，渡槽定位準確，施工安全可靠。基礎現場施工，拱架預製吊裝，矩形槽壁現澆等工作便於採用流線型作業，施工速度快，可減少單件吊裝重量，工期有可靠保證。兩臺跨墩龍門吊的裝置費用約為500萬元人民幣，而且本工程施工完成後，龍門吊可以應用到其它工程施工中，對於該專案可以減少大量的裝置投入，節約工程投資。

參考文獻:

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作者簡介: 李念國，男，山東水利職業學院建築工程系，副教授。