槽河渡槽三向预应力施工

漕河渡槽工程技术创新纪实渡槽槽身加压试验渡槽槽墩施工已浇筑好的槽身三向预应力施工76号跨试验跨槽身浇筑漕河渡槽是南水北调中线干线上的一项关键控制性工程，全长2300米，是我国目前已建和在建的最大渡槽，其结构复杂程度与先进性，在世界上无出其右者。

漕河建管部在漕河渡槽施工中不断进行管理创新和技术创新，坚持“质量跟着技术走，依靠技术促质量”的思路，立足现场条件，在工期控制、桩基施工、超大荷载结构变形控制和槽身大面积薄壁混凝土施工技术和工艺方面取得了较好的创新成果。

目前，浇筑的槽身混凝土未发现裂缝，为今后我国类似规模渡槽施工提供了经验。

查明桩基地质条件堵漏防渗地下溶洞跨越漕河的巨型渡槽长2300米，底宽20米，加大输水流量为150立方米每秒，最大跨度30米，技术含量较高，施工难度较大。

渡槽工程的地质特点为溶洞、溶隙及裂隙发育，地下漏水、漏浆现象严重，地下弱风化岩面参差起伏，弱风化岩中存在不确定的软弱夹泥层，难以根据地质勘探资料进行准确推测和判断。

渡槽工程共布置有600根直径为1.5米的大直径混凝土端承桩，桩基施工量大，又属于隐蔽工程，因此在桩基施工中，如何处理地下溶洞、堵漏防渗、准确判断端承桩是否达到弱风化岩持力层，保证主体建筑物基础安全是施工的重点和难点。

工程正式开工前，施工单位充分利用已有的地质勘察资料对地质条件进行了复勘工作，钻孔孔径110毫米，钻孔穿透强风化，进入弱风化白云岩6米，查明桩基地质条件，了解全强风化岩层发育位置，确保端承桩嵌入弱风化岩，保证端承力，并进一步探明溶洞、溶隙及裂隙发育填充情况。

在桩基施工过程中，施工单位详细记录钻探过程，作好钻孔记录，利用原有勘探孔及补充钻探孔，绘制场区全强风化层底面等高线图，作为钻孔灌注桩的施工指导。

施工过程中针对地质中发育溶洞、溶隙、裂隙及漏水、漏浆现象严重的情况，及时发现，及时处理。

在渗漏量大或易塌孔的地层中造孔，采用浓度大浆液固壁，在孔中投放黏土块，必要时在浆液中掺入适量的水泥；如发生了斜孔和塌孔现象，则回填黏土或碎石，反复冲击造壁，待孔壁稳定后再行钻进。

针对存在大的架空或渗漏通道的地层，造孔困难，采用上述措施还难以解决的个别桩位，施工单位在整个桩位周围采用双液、间断高喷等手段形成堵漏围井，然后在围井内进行桩基施工。

慎重选用低碱外加剂抑制混凝土骨料碱活性碱骨料反应是影响混凝土耐久性的一个重要因素。

施工中不可避免要采用含有碱活性的骨料，碱骨料反应一旦发生，特别是对于渡槽这种钢筋薄壁混凝土结构，将无法补救，给工程带来的危害相当严重。

如何控制好骨料的碱活性，是摆在参建各方面前的一个重大的技术课题。

为此，在工程开工前，漕河建管部通过中线建管局委托中国水利水电科学研究院对渡槽槽身混凝土原材料粗细骨料进行了碱活性检测。

中国水利水电科学研究院做了碱—硅酸盐反应活性检测以及碱—碳酸盐反应活性检测，结果表示：漕河岭东料场的白云岩骨料以及易县北淇料场的灰岩骨料和永胜料场的灰岩骨料均不具有潜在碱—碳酸盐反应活性骨料。

漕河渡槽以及灌注桩混凝土中掺入20%～25%的粉煤灰，抑制碱—硅酸盐反应是有效的。

按照现行有关规范，漕河岭东料场的砂砾石骨料为非活性骨料。

但综合岩相法和砂浆棒快速法的试验结果，试验单位认为，漕河岭东料场的砂砾石骨料使用时必须采取系列抑制措施——控制原材料的碱含量，掺加适量的矿物掺和料，不得在含碱环境中使用。

漕河建管部最终决定渡槽槽身采用顺平县永胜料场的人工骨料，承台、槽墩和墩帽以及桩基等采用易县北淇料场的人工骨料，砂料全部采用易县岭东料场的天然砂。

同时控制混凝土中的总碱含量，每立方米混凝土总碱量小于2.5千克，槽身混凝土每立方米总碱量小于1.8千克。

选用低碱水泥，限制水泥熟料中碱含量不超过0.6%。

慎重选用低碱外加剂，掺和一定量的优质粉煤灰控制混凝土碱性。

合理配置施工资源创新槽身C50混凝土工艺漕河渡槽最大架高23米，输水能力150立方米每秒，为三槽一联多侧墙形式，单槽尺寸为6.0米×5.4米，最大跨度为30米，预应力混凝土结构，槽身下部为混凝土空心重力墩，基础为端承桩基础和扩大基础。

漕河渡槽跨越漕河和马连川河，夏季主汛期河床段和低漫滩部位的施工受到一定的限制，而冬季气温较低，混凝土浇筑基本不能施工。

渡槽施工的关键线路为基础施工、槽墩施工和槽身施工，而其中槽身施工时间长（每一跨需要2～3个月），占压模板及支撑材料数额巨大（每一跨需要占压约250万元的材料）。

槽身混凝土采用预应力大跨度混凝土，混凝土的主要设计指标为二级配混凝土，骨料最大粒径≤25毫米，坍落度14～16厘米。

如何保证混凝土的质量，满足各项性能指标，是工程的施工重点。

如何合理配置施工资源，按期完成渡槽施工是工程建设的难点之一，参建各方不断创新管理，以提供强有力的保障。

在漕河渡槽段工程开工前，漕河建管部通过中线建管局委托中国水利水电科学研究院对漕河渡槽槽身混凝土配合比及性能进行了试验研究，提出满足设计等级要求的混凝土配合比。

实验原材料：水泥采用42.5级普通硅酸盐水泥，粉煤灰采用Ⅱ级粉煤灰，外加剂C50混凝土采用丙烯酸聚合物类超塑化剂，骨料采用漕河天然砂，以及顺平县永胜料场骨料。

砾石分5～10毫米、10～25毫米二级配。

根据混凝土配合比及性能试验结果，试验单位最后推荐C50混凝土的施工配合比，较好地满足了设计提出的强度、抗渗、抗冻等性能指标要求。

按照试验结果，漕河建管部总结提出了“渡槽混凝土表面保温、内部通冷却水管导热降温，结合混凝土浇筑温度控制，现场浇筑质量控制”的槽身C50混凝土防裂控制思路和措施，施工中成效明显：C50混凝土的极限拉伸值较高，7天极限拉伸值达到1.25×10-4，90天达到1.51×10-4，具有优良的抗裂能力；混凝土抗冻性能试验200次冻融循环后，混凝土的相对动弹性模量为89.1％，失重率为0，混凝土抗冻性能良好；混凝土的抗渗性均满足设计要求等级，且渗水高度较低，抗渗性能均有较大的富裕量，能够保障输水建筑物的抗渗能力。

目前，该施工工艺已被京石段其他类似的渡槽工程借鉴采用。

保证渡槽混凝土内实外光减小水头和水量损失南水北调工程为长距离调水工程，纵坡比小，减小水流阻力和水头及水量损失非常重要，因此要求渡槽混凝土表面（尤其是过流面）光洁、无气泡，内部密实，避免引水外渗；同时渡槽槽身单跨达30米，宽度20多米，高度达11.3～16.0米，浇筑仓位大，支撑荷载大，要求支撑结构变形小，杜绝因支撑变形而造成裂缝。

如何保证渡槽混凝土内实外光，无裂缝，减小水头和水量损失，是本工程建设的另一个重点。

施工单位成立了专门的混凝土施工班组，配备了经培训合格的混凝土工，制定了详细的操作作业指导书和相应的奖惩制度；安排专职质检员监督混凝土浇筑全过程，尤其是混凝土浇筑成型后、初凝前，进行二次复振，进一步减少或消除气泡；对底板和倒角等部位进行抹面压光，一直持续到混凝土终凝，彻底消除混凝土的表面气泡，提高混凝土外观质量及抗冲耐磨性能。

为做好止水施工，避免槽内水流外渗，他们成立了止水施工专业小组。

严格材料采购程序和质量，加强止水原材料的进场检验，制定了完善的施工工艺，严格按设计和规范要求进行止水预埋，混凝土浇筑时安排专人值守，加强止水的保护，尤其是汛期和冬季实行保护，避免人为或其他因素破坏已安装好的止水结构。

经过大家的共同努力，渡槽混凝土施工质量明显：——槽身和槽墩选用了大的定型专用钢模板，大钢模板设计具有刚度大、平整度高、接缝少和安装拆除方便快捷等特点，保证施工快速、混凝土层间接合缝面的平整和混凝土表面的平整度和光洁度。

——槽身采用密间距的钢管支撑排架作为槽身施工的支撑体系，钢管排架基础先进行平整碾压和承载力试验，然后浇筑混凝土基础垫层混凝土，再铺垫15厘米×15厘米的方木，钢管支撑在方木端加靴；施工期间控制施工用水对地基的冲刷和侵蚀，防止水流造成地基不均匀沉陷。

——模板间接缝处在安装时加密封胶条，防止模板间漏浆形成缺陷。

槽身混凝土浇筑从槽身中部开始，向两端对称推进，使跨中先变形到位，避免支座产生拉应力而出现裂缝。

——槽身混凝土表面及时洒水养护或者涂刷高效养护剂形成保护膜，减少混凝土表面水分蒸发，防止混凝土表面干缩。

预应力锚索分级张拉三向预应力效果良好漕河渡槽采用三槽一联多侧墙结构，此类结构形式国内外均无成功的工程经验和理论方法可供借鉴。

渡槽结构的实际受力状态、变形情况，以及纵梁的预应力效果等是否满足设计要求，将直接影响渡槽的安全运行。

为此，漕河建管部委托三峡大学对渡槽槽身三项预应力混凝土结构进行了数值计算与仿真分析，并在渡槽第76号跨槽身上进行了现场试验监测。

试验结果表明，槽身边纵梁、中纵梁下底面呈压缩趋势，达到了预应力锚索张拉、纵梁起拱的效果，槽身底部次梁下底面基本呈压缩趋势；剪应力普遍较小，一般低于6MPa，满足设计要求；位移分布趋势较好。

槽墩变形沉降最大值为3.8毫米，最大不均匀沉降为1毫米，满足设计要求；槽身变形最大下沉量为3.5毫米，最大不均匀沉降量为3.5毫米，表现出两端沉降量大，中间沉降量小的规律，满足设计要求。

在预应力锚索张拉施工时，施工单位采用整索分级张拉的程序，按设计控制应力的一定比例分级进行张拉。

在锚索张拉过程中，预应力钢束张拉按同步、对称、两向同时张拉的原则，每次张拉不少于两条钢束，采用多级张拉方式，使锚索体各钢绞线受力进行充分调整，锁定损失很小，分级张拉行之有效。

监理验收结果表明，槽身结构设计较为合理，张拉控制应力施加基本正常，预应力施工控制等工艺质量较好，三向预应力作用明显，效果良好，槽身混凝土压应力满足设计要求。

优化温控措施严防槽身混凝土裂缝渡槽槽身为薄壁结构，施工时温控难度较大，很容易造成槽身混凝土内部温度不均匀，在混凝土强度增长过程中将会影响混凝土的质量，为此特别要在冬季和夏季做好槽身混凝土温控。

漕河建管部和施工单位通过施工过程对渡槽76号跨试验跨槽身进行的温度监测，得到如下结论：渡槽混凝土水化热释放较快，第一层混凝土在收仓后1.5天后达到最高温度，收仓后30天左右混凝土内外温度趋于平衡；第二层混凝土在收仓后0.5天后达到最高温度，收仓后12天左右混凝土内外温度即趋于平衡。

槽身混凝土内外温差最大可达48.6℃，尤其是体积略大的中纵梁部位，水化热散发较多，内外温差较大，要采取适当的温控措施降低早期槽身混凝土内外温差，削减槽身混凝土早期温度应力，同时要注意槽身混凝土在早期的保温和养护，避免内外温差过大产生早期温度裂缝。

对此，施工单位在冬季施工时，采用热水拌和混凝土，延长搅拌时间，提高混凝土的出机口温度，混凝土运输机械覆盖保温材料，混凝土浇筑停歇期间或浇筑完毕后，立即用保温材料覆盖。