裝配式結(jié)構(gòu)水利工程中的應(yīng)用回顧與建議

張力鵬

(山西省水利水電勘測設(shè)計研究院，太原030024)

1 裝配式結(jié)構(gòu)概述

裝配式混凝土結(jié)構(gòu)是將結(jié)構(gòu)主要受力構(gòu)件在工廠預(yù)制，在施工現(xiàn)場進(jìn)行拼裝而形成結(jié)構(gòu)整體［1］。因采用在工廠預(yù)制的生產(chǎn)模式，能使預(yù)制構(gòu)件的質(zhì)量得到保證。采用施工現(xiàn)場組裝，可以減少施工現(xiàn)場的模板安裝、混凝土濕作業(yè)等，進(jìn)而大大提高施工效率，同時使工人的勞動強(qiáng)度大大降低，能最大限度做到“四節(jié)一環(huán)?！保瑴p少了施工過程中對周圍環(huán)境造成的影響，符合當(dāng)前綠色施工的要求［2］。

在水工建筑物上應(yīng)用預(yù)制裝配式結(jié)構(gòu)還有下述優(yōu)點，例如將其應(yīng)用于大體積混凝土結(jié)構(gòu)中時，水泥水化熱的難題得到解決;將其用于高寒地區(qū)時，可以將預(yù)制構(gòu)件在工廠預(yù)制，在施工現(xiàn)場進(jìn)行拼裝，解決了高寒地區(qū)冬歇期較長，適宜施工天數(shù)較短的弊病，同時因為構(gòu)件事先預(yù)制，減少了施工現(xiàn)場的養(yǎng)護(hù)，極大地保證了施工質(zhì)量。

2 國內(nèi)裝配式水工建筑物的應(yīng)用研究歷程

我國早期在水利工程中應(yīng)用裝配式結(jié)構(gòu)技術(shù)主要是從當(dāng)時的蘇聯(lián)引進(jìn)的。事實上在1955年前后伴隨著全國大興農(nóng)田水利的運動，我國地方上多省區(qū)也興起了應(yīng)用預(yù)制裝配式結(jié)構(gòu)的高潮。鐘云結(jié)合廣東省預(yù)制構(gòu)件的應(yīng)用情況，對水工建筑物中采用預(yù)制構(gòu)件的優(yōu)點做了詳細(xì)闡述，對預(yù)制構(gòu)件在全國水利系統(tǒng)的推廣起了積極的作用。1958年徐華榮對裝配式混凝土壩的接縫問題進(jìn)行了系統(tǒng)的試驗研究，研究了不同的接縫形式，不同的水灰比的砂漿對試件的受剪、受彎性能，給出了用于接縫處的砂漿的合理建議。余錫光對裝配式混凝土水壩的裝配式構(gòu)件形狀、裝配式構(gòu)件膠結(jié)方式、止?jié){的方法、灌漿壓力、施工方法等進(jìn)行了詳細(xì)的研究，得出了可用于實際的指導(dǎo)性的結(jié)論。

1965年前后，國內(nèi)研究及實踐的熱點是裝配式水壩，因這期間國內(nèi)中小水庫的建設(shè)量大面廣，加之裝配式水壩具有省工省時，施工周期短等優(yōu)點，所以這一時期我國建設(shè)了數(shù)量可觀的裝配式水壩。同時科研工作也緊跟工程實踐，例如1965年沈保康對當(dāng)時的幾種主要的裝配式及裝配整體式壩型作了評價，然后重點論證了在中高水頭的樞紐中采用整體裝配多圓柱孔壩的合理性，并用三項光彈性試驗研究了壩體應(yīng)力，最后對壩體應(yīng)力的計算方法作了探討。吳松樵等人以某樞紐上的裝配式壩體為實踐對象，對其進(jìn)行了試驗研究，得到如下經(jīng)驗:通過改進(jìn)施工工藝，可以保證塊體膠結(jié)成整體;預(yù)制塊的型式盡可能減少水平縫為好，斜縫的角度應(yīng)≥60°;預(yù)制塊的表面應(yīng)刷毛，以利于新舊混凝土的結(jié)合;膠結(jié)材料的水泥選擇矽酸鹽水泥或普通水泥;垂直接縫的細(xì)骨料混凝土的強(qiáng)度≥1.5倍的預(yù)制塊強(qiáng)度，且水灰比越小，膠結(jié)強(qiáng)度越高;膠結(jié)材料砌筑時，水平縫膠結(jié)料的厚度宜30～50 mm，垂直縫膠結(jié)材料的厚度宜150 mm;膠結(jié)材料(水泥砂漿)中宜添加鋁粉、塑化劑和加氣劑以減少砂漿的泌水現(xiàn)象，這樣有助于黏結(jié)強(qiáng)度的增長。

1966年程應(yīng)杰等加筋鋼絲網(wǎng)水泥薄壁渡槽槽身的試制經(jīng)驗，文中從槽身的結(jié)構(gòu)選型到結(jié)構(gòu)計算、構(gòu)件制作和原型試驗作了詳細(xì)介紹，并對如何提高槽身的抗?jié)B性能給出了建議。隨后1967年至1976年間，因眾所周知的原因，裝配式水工建筑物在我國發(fā)展緩慢，幾乎處于停滯狀態(tài)。1978年改革開放后，隨著新時期我國水利事業(yè)的蓬勃發(fā)展，在水利工程中，1979年鐘云對廣東省湛江上世紀(jì)50年代建造的閘壩、渡槽、涵管、輸水管道等裝配式水工結(jié)構(gòu)物的運營情況作了概括，調(diào)查表明這些建筑物經(jīng)受住了歷年洪水和臺風(fēng)的考驗，在有些縣區(qū)甚至經(jīng)歷了6.5級地震的考驗，實踐證明，合理施工的裝配式水工建筑物的安全性是能夠保證的，這些研究為裝配式建筑在全國的推廣起了積極的作用。

1983年11月由吉林省水利相關(guān)單位主辦，同時邀請遼寧、黑龍江、內(nèi)蒙古等省區(qū)代表，在吉林省海龍水庫聯(lián)合舉辦了一次區(qū)域性的裝配式水工建筑物經(jīng)驗交流會，會議對在東北嚴(yán)寒地區(qū)推廣裝配式水工建筑物起了積極的促進(jìn)作用。

1992年，張智榮介紹了在水晶崗電站施工中，采用裝配式混凝土結(jié)構(gòu)將閘壩交通橋、主廠房上部結(jié)構(gòu)由整體澆筑結(jié)構(gòu)改為裝配式結(jié)構(gòu)進(jìn)行吊裝安裝的工程實例，通過預(yù)算投資比較分析表明，采用預(yù)制裝配技術(shù)，工程成本降低32.43萬元，工程建設(shè)時間大大縮短，為水電建設(shè)提供了很好的借鑒。

1993年熊義輝對農(nóng)田水利裝配式配套建筑物，包括田間工程裝配式建筑物(如灌溉類和排降類裝配式建筑物，包括各類渠道、進(jìn)水洞、排水洞，節(jié)制閘等)和中溝級及其以上裝配式建筑物(如水閘、農(nóng)橋、涵洞、倒虹、吸管、渡槽、跌水、排灌站等)在江蘇省的應(yīng)用情況作了概述。

1995年張永生結(jié)合江蘇省東臺市已建成的幾座裝配式泵站的工程經(jīng)驗，對裝配式泵站在設(shè)計、施工方面進(jìn)行了詳細(xì)闡述，有利于裝配式泵站的進(jìn)一步推廣。

2001年武曉林等介紹了我國農(nóng)田水利裝配技術(shù)的發(fā)展概況，以及20世紀(jì)90年代以來農(nóng)田水利裝配式建筑物技術(shù)的最新研究成果——預(yù)制生產(chǎn)實現(xiàn)了機(jī)械化;裝配式建筑物新品種(包括灌溉系統(tǒng)類、排降系統(tǒng)類、交通系統(tǒng)類三類)，施工器械形成了系列化，以便在今后的農(nóng)田水利工程建設(shè)中進(jìn)一步推廣應(yīng)用。

2011年侯新月等對黑龍江地區(qū)裝配式農(nóng)田小閘的行業(yè)現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢、研究方法、需解決的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了描述，并對在寒冷地區(qū)應(yīng)用裝配式農(nóng)田小閘的優(yōu)勢做了概括。那文杰等對黑龍江等了高寒地區(qū)裝配式小閘防治凍害設(shè)計的基本原則及結(jié)構(gòu)形式，包括:抗凍脹設(shè)計參數(shù)的確定方法，壓實土，基礎(chǔ)保溫，換填抗凍技術(shù)措施的要點等。

3 應(yīng)用建議

當(dāng)前伴隨著中央一號文件的出臺，農(nóng)村水利現(xiàn)代化建設(shè)將大力推進(jìn)，這意味著數(shù)目巨大的中小型農(nóng)田水工建筑物將被修建，大力發(fā)展預(yù)制裝配式水工建筑物將大有可為，這將一改近年來裝配式結(jié)構(gòu)在我國水利工程中的應(yīng)用及研究相對緩慢的頹勢，筆者認(rèn)為當(dāng)前在推進(jìn)裝配式水工建筑過程中，需重點從以下方面著手:

1)應(yīng)盡快出臺一套完整的針對裝配式水工建筑物的設(shè)計、施工、抗震的國家規(guī)范、行業(yè)規(guī)程、地方及企業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。同時政府在推進(jìn)裝配式水工結(jié)構(gòu)中應(yīng)適時出臺有效經(jīng)濟(jì)激勵措施和相關(guān)技術(shù)措施。

2)逐步實現(xiàn)裝配式施工工藝自動化、裝配式構(gòu)件多功能化、裝配式構(gòu)件材料多樣化與混合化和裝配式構(gòu)件商品化。

3)在裝配式結(jié)構(gòu)中推廣新材料的應(yīng)用，如鋼纖維混凝土，高強(qiáng)混凝土，預(yù)應(yīng)力混凝土、新型混凝土外加劑的等的應(yīng)用等，以提高預(yù)制構(gòu)件的質(zhì)量。

4)推進(jìn)建筑信息模型(Building Information Modeling，BIM)技術(shù)在裝配式水工建筑物的設(shè)計、施工全過程中的應(yīng)用。

［1］侯新月，鐘幼蘭.寒冷地區(qū)裝配式農(nóng)田小閘的應(yīng)用［J］.黑龍江水利科技，2011，39(03):88.

［2］那文杰，趙中華，侯新月，等.高寒地區(qū)裝配式小閘防治凍害技術(shù)［J］. 黑龍江水利科技，2011，39(03):65-66.