1、定型钢模预制矩型渡槽施工技术 曾丽萍 郭竞逸 高奔 湖北振东宏厦建筑有限公司 摘 要： 在大中型灌区, 为了保证施工进度和施工质量, 定型钢模预制矩型渡槽工程技 术逐渐得到推广。介绍了以定型钢模安装施工技术为核心的地胎模制作、钢筋制 作安装、定型钢模安装拆除、混凝土浇筑等主要槽身预制工序及操作要点, 表明 定型钢模工艺在渡槽工程中的技术应用日渐成熟。 南桥渡槽和永圣渡槽拆除重建 项目的应用实例表明, 定型钢模预制法施工比现浇法施工的效益更好。 关键词： 矩型渡槽; 定型钢模; 施工工艺; 效益比较; 作者简介：曾丽萍 (1978-) , 女 (汉族) , 湖北荆门人, 工程师, 主要从事水 利
2、工程施工管理工作, (Tel) 15599718939。 Research on construction technology of pre-formed rectangular aqueduct using shaped steel mould ZENG Li-ping GUO Jing-yi GAO Ben Hubei Zhendong Hongsha Construction Co.Ltd; Abstract： To guarantee the construction schedule and construction quality, engineering technology
3、of pre-formed rectangular aqueduct using shaped steel mould is applied gradually in some large and medium-sized irrigation district. The main prefabricated process and operation points of aqueduct were presented, taking construction technology of shaped steel mould as the core, including fetal membr
4、anes production, reinforcement fabrication and installation, installation and removal of shaped steel mould, concrete casting. Research suggests that the application of shaped steel mould construction technology to aqueduct is maturing day after day. Demolition and reconstruction of Naoqiao aqueduct
5、 and Yongsheng aqueduct is given to be an example to show that construction of pre-formed shaped steel mould is better in efficiency than that of cast-in-place. Keyword： rectangular aqueduct; shaped steel mould; construction technology; efficiency comparison; 我国20 世纪60、 70 年代建成的众多大中型灌区, 由于建设时期钢筋和水泥等
6、建 筑材料匮乏, 渡槽较多采用 U型薄壳槽身。经过 50多年的运行, 混凝土碳化和 钢筋锈蚀严重, 已无法满足灌区安全运行需要。 渡槽的拆除重建大多是原址重建, 开工时间多在年底, 工期相对较短 (多为180d) , 并且要保证次年 5月初灌区 春灌任务, 渡槽槽身预制吊装是原址拆除重建的首选方案。 大中型灌区渡槽结构不仅受到碳化、 侵蚀、 干湿循环等多种环境因素的破坏作用, 还会受到自重、设计水位、人群荷载、风荷载等多种影响的危害1-2。在等量 水深条件下, 截面高宽比的变化对渡槽结构的振动和稳定性有显著影响, 也会 影响渡槽的抗风能力设计3。因此, 传统的 U型渡槽会存在一些弊端, 不仅结
7、 构复杂, 设计施工麻烦, 槽身刚度也小, 抗冻耐久性较差, 一般用于小型渡槽 4。 而矩型渡槽在运营过程中, 除了水压对渡槽的应力和变形影响较大, 风载、 人行荷载和车载对渡槽的应力和变形影响都较小, 水体对渡槽自振频率影响也 较小5。定型钢模工艺在渡槽工程中的应用解决了渡槽一次浇筑成形施工难度 大的技术问题6。 虽然渡槽工程技术日渐成熟, 但定型钢模预制矩型渡槽的施工工艺研究领域还 存在许多空白, 本文通过对该工艺系统地介绍, 可为灌区渡槽施工的发展和类 似施工提供可借鉴的经验。 1 工艺原理 槽身预制包括地胎模制作、钢筋制作安装、定型钢模安装拆除、混凝土浇筑等 4 个主要工序。根据工序将
8、施工人员分为 3个专业班组, 即模板组、钢筋制安组、 混凝土浇筑组。 下一工序跟进施工, 每道工序要求至少提前 1d完成施工和验收, 确保下一工序能顺利进行。 通过对定型钢模的大分块结构设计、地胎模方案优化、混凝土配合比设计、坍落 度控制和浇筑间歇时间的控制, 有针对性地采取不同措施, 以保证槽身混凝土 达到质量标准。 2 工法特点及操作要点 2.1 工法特点 2.1.1 适用范围 定型钢模预制矩型渡槽施工工法适用于灌区续建配套与节水改造项目在原址拆 除重建, 河床较为宽阔平坦的预制简支梁式渡槽施工, 工期较紧。 2.1.2 工艺流程 定型钢模预制矩型渡槽施工工艺流程和所需机械设备分别如图 1
9、和表 1。 图1 施工工艺流程 下载原图 表1 渡槽预制机械设备 下载原表 2.2 操作要点 2.2.1 地胎模制作 (1) 对预制场地清理、整平压实后, 采用C20 混凝土对预制场地进行硬化处理, 硬化尺寸为17m9m0.15m (长宽厚, 双跨槽身预制场) , 近端距离渡槽 中心线20m, 其中17m 为吊装道路预留空间;地胎模制作从中部向两端进行, 也 可从进出口一端和中部分别向另一端同向进行。 (2) 根据预制槽身底部设计断面、外模底部超深、吊装钢缆预留孔及预起拱等情 况, 设计砖模高度及平面位置, 采用经纬仪、水准仪精确放样, 并弹出墨线。 (3) 梁、肋以外部位用 M7.5水泥砂浆
10、砌筑轮廓, 顶部用M10砂浆粉刷, 终凝后 安装木芯板作为模板面, 以方便吊装时槽身与地胎模的脱离。 2.2.2 钢筋制作安装 (1) 钢筋制作在场内进行。 首先根据设计图纸和所购钢筋定尺, 按规范要求计算 接头位置和钢筋下料长度, 下料后焊接件在加工场内完成, 直螺纹连接的在加 工场加工直螺纹, 检测合格后运至安装现场进行机械连接, 按规范进行扭矩和 丝口出露等项目检测。各种型号、规格、每批次下料数量要求满足 8 跨以上槽身 用量。 (2) 根据成型钢筋笼高度和安装人员操作需求搭设脚手架, 固定槽身顶部主筋 和侧墙受力筋, 方便后续钢筋安装。 (3) 钢筋安装。 首先将槽身肋带部位整体 U型
11、钢筋就位, 安装上部主筋后固定在 脚手架上;其次安装两侧竖向受力筋及底部扩大梁钢筋;再次安装各部位所有箍 筋;最后自大而小按钢筋规格穿插安装其他纵横方向水平钢筋和顶部走道板钢 筋。 (4) 调整保护层及钢筋间距, 确保浇筑时混凝土骨料均匀分布。 (5) 三检合格后报验, 经现场监理检查合格后进入下一道工序。 2.2.3 模板设计 钢模左右两侧内外各3块, 总长1.497万mm, 两端外模各长5685mm, 单重3.36t; 中间段外模长3600mm, 单重2.11t;内模长度与外模相等, 重量分别为 2.63, 1.59t。 槽身底板以上不设置对穿模板接筋。 外模由底部和上部的钢模骨架采用拉筋
12、和工 字钢固定, 内模顶部采用工字钢固定, 其他部位采用直型和 X型撑杆固定。 模板阴角和阳角处压拆成圆弧型, 半径7.5mm, 竖肋处阴角采用结构胶做成光 滑圆弧面, 防止脱模时因浆液卡在模板缝隙中出现掉角现象。 2.2.4 模板安装 (1) 外侧钢模首先就位, 其外部采用槽钢焊接的刚性支架, 具有足够的刚度和 稳定性, 安装顺序为自远端向近端安装 (图 2) 。钢尺复测上下部位置后用水准 仪放样, 钢木抄锲调整高度, 使外模符合设计和规范要求后固定。 (2) 内模自一端向另一端依次调整, 在外模上安装两根承重钢管, 用手动葫芦 起吊并调整至设计位置, 利用直型和X型撑杆将各部位调整就位并固
13、定, 同时 上部采用工字钢将内模固定在外模骨架上;将承重钢管移至另外两块内模位置, 重复上述过程, 并全部固定。 (3) 采用长钢尺量测钢模各位置, 尺寸无误后安装端模。 (4) 模板安装完成自检合格后, 安装仓面跳板、围护栏杆、爬梯等, 在外围面挂 安全网保证操作人员安全, 之后清理仓面、报验。 (5) 为防止模板间隙漏浆, 在接头处采用泡沫双面胶粘贴。 图2 定型钢模内外侧安装顺序 下载原图 2.2.5 混凝土浇筑 2.2.5.1 混凝土配合比 采用一级配C30W6F50 混凝土, P.O42.5散装水泥, 细度模数大于2.6 的黄砂, 520mm粒径的碎石, 拌和水为清洁河水。为改善混凝
14、土的和易性, 保证抗渗指 标并具有较高的早期强度, 二级粉煤灰掺量根据规范取小值, 选定为水泥用量 的8%。根据现场试配情况调整减水剂, 坍落度控制在 110130mm。开盘前通过试 验检测砂石料含水率, 调整拌和水用量。 对拟采用的骨料碱活性含量和氯离子含 量进行检测, 确保骨料符合规范对混凝土耐久性的要求。 2.2.5.2 混凝土拌制及运输 拌和设备采用具有自动计量配料装置的强制式搅拌机。水和外加剂的掺量精准, 保证混凝土坍落度符合设计要求。控制拌和时间, 较规定拌和时间延长 1020s。 采用农用车搭载2个 1m吊罐运输混凝土。 2.2.5.3 混凝土浇筑 采用吊车入仓, 中间底板均匀布
15、置 4个溜斗, 采用溜筒移动下料均衡布料。 布料 时自槽身一端向另一端匀速推进, 在接近底板高程时从侧墙入料;混凝土从底板 模板挤出后即向前移动布料。 中间部位首先从底部横肋的两端, 即底板与侧墙交 会处开始, 将底部横肋布满后再从底板中部布料。 仓内混凝土面有一定坡度以利 集中排除泌水。整个槽身底板均有混凝土, 从槽身底板模板挤出后间歇 1h。待 已浇筑混凝土流动性较差时, 再继续从侧墙布料浇筑, 直至完成全部混凝土浇 筑。适时提浆压光, 3 遍成活, 终凝后开始洒水养护 14d。 2.2.6 拆模 (1) 根据混凝土配合比实验结果, 其早期强度上升较快, 24h抗压强度达到 3.2MPa,
16、 72h抗压强度达到 16MPa。混凝土终凝后 1020h开始松模板紧固件 (冬 季取大值, 夏季取小值) , 浇筑完成后约36h 开始拆除模板。 (2) 支撑紧固件全部拆除后, 先拆除端头模板, 然后立即用吊车转移到旁边空 地清理上油备用。所有模板拆除后均及时移至下一浇筑仓面空地打磨刷油备用。 (3) 内模采用手动葫芦从一端的对应两块开始加力, 稍微松动后即可用吊车吊 出。 (4) 外模自一端开始均匀松动支撑底部的钢木抄锲, 使整块钢模有 12cm的下 沉, 再从钢模上部向外逐渐施力, 使得整块钢模脱出。 (5) 其他 5块外模按相同方法逐一拆除。所有模板拆除完成后槽身如图 3。 图3 预制
17、渡槽成品 下载原图 2.2.7 表面处理及养护 (1) 底部模板拉筋用取芯器钻入混凝土表面约 1cm, 再将拉筋周围的混凝土凿 除, 割除拉筋头, 最后用高标号预缩砂浆粉平压实。 (2) 根据浇筑时段的气温, 分别采用洒水、毡毯防冻、封闭覆盖后加温或蒸气养 护。 3 应用实例 3.1 漳河灌区四干渠南桥渡槽拆除重建 漳河灌区四干渠南桥渡槽全长 460m, 为钢筋混凝土矩型简支结构, 下部结构为 混凝土灌注桩+承台+排架, 单跨槽身长14.97m (第31跨长10m) , 外围断面尺 寸4.15m3.10m, 槽身内部断面尺寸3.25m2.50m, 设计流量12.97m/s。工期 183d, 计
18、划开工时间 2011年11月15日, 计划完工时间 2012年5月 15日。 该渡槽为原址拆除重建, 其中预制槽身26跨, 预制吊装段排架最大高度 17m, 排架高度在14m以上的有 19个。2011年11 月13日进场, 12月21 日开始原渡 槽拆除及预制场硬化施工, 2012年1月10 日开始浇筑第一跨预制槽身混凝土。 2012年 3月30日完成全部 26跨预制槽身混凝土浇筑。 南桥预制槽身时间除去雨雪天气及春节假期仅用 54d, 基本保证了2d 预制1跨 槽身, 从预制场地硬化、槽身预制混凝土浇筑完成到养护结束仅用时 90d, 保证 了吊装和整个渡槽施工按期完成, 确保了灌区灌溉工作按
19、期进行。 3.2 漳河灌区四干渠永圣渡槽拆除重建 漳河灌区四干渠永圣渡槽全长 570m, 为钢筋混凝土矩型简支结构, 下部结构为 混凝土灌注桩+承台+排架, 单个槽身长14.97m, 外围断面尺寸4.15m3.10m, 槽身净空断面尺寸 3.25m2.50m, 设计流量 11.2m/s。工期180d, 计划开工时 间2016 年10月10 日, 计划完工时间2017 年4月7日。 永圣渡槽为原址拆除重建, 其中预制槽身32跨, 预制吊装段排架最大高度23m, 高度超过20m的排架共有 16个。自2016年 11月22日开始进行地胎模制作, 11 月29日浇筑第一跨预制槽身, 至2017年2月1
20、8日完成32跨预制槽身浇筑, 用 时89d, 除去因降雨等停工, 保证了开始浇筑后每 2d浇筑1跨, 为后期吊装打 下了坚实基础。 3.3 效益分析 (1) 现浇施工的类似项目工期往往在 1年以上, 对于原址拆除重建的项目无法 满足农田灌溉任务的要求, 预制渡槽施工的社会效益更明显。 (2) 现浇施工的渡槽需要大量的脚手架或贝雷梁, 不仅耗时且人工、材料、机械 投入较大, 经南桥渡槽和永圣渡槽拆除重建项目两种方案比较 (表 2) , 预制吊 装比现浇施工节约成本分别为 75.8万元和 131.8万元, 经济效益明显。 表2 效益分析 下载原表 (3) 现浇施工的脚手架和高空作业安全风险大, 钢
21、筋、模板、混凝土浇筑均在高 空进行, 机械设备和安全生产投入多。预制吊装施工绝大部分工作在地面完成, 避免了大量的脚手架搭建和高空作业, 投入少, 安全生产工作可控性高。 4 结语 (1) 大中型灌区采用矩型渡槽槽身预制吊装技术已成为保证矩型渡槽拆除重建 工期控制的首选。本文详细介绍了以定型钢模安装施工技术为核心的地胎模制 作、钢筋制作安装、定型钢模安装拆除、混凝土浇筑等主要槽身预制工序及操作 要点, 表明定型钢模工艺在渡槽工程中的技术应用日渐成熟。 (2) 以南桥渡槽和永圣渡槽拆除重建项目为应用实例, 对比定型钢模预制法施 工和现浇法施工。结果表明, 预制吊装比现浇施工投入少、工期短、安全生
22、产工 作可控性高。 参考文献 1翟东辉, 常周梅.多因素作用下大型渡槽结构应力和变形规律研究J.水利 科技与经济, 2017, 23 (1) :1-9. 2Ji Richen, Chen Yaolong.Study on static structural calculation m ethods of large r ectangle aqueduct with longitudinalbeamsJ.Journal of Hydroelectric Engineering, 2005, 24 (5) :80-84. 3刘亮, 张华, 郜余伟.矩形渡槽流固耦合体系风致的动力性能J.中南大学 学报 (自然科学版) , 2012, 43 (2) :675-680. 4许涛.大型多槽式矩形渡槽结构静力分析D.兰州:兰州交通大学, 2013. 5马文亮, 张建华, 白新理.大型预应力矩形薄壁梁式渡槽静动力分析J.人 民黄河, 2012, 34 (8) :122-124. 6宛春喜, 陈方葵, 何俊.定型钢模在现浇 U型薄壁渡槽中的应用J.安徽水 利水电职业技术学院学报, 2016, 16 (3) :18-21.
