大跨度薄壁U型渡槽造槽機施工內(nèi)外模變形控制技術(shù)研究

李建恒熊建武

（中國葛洲壩集團第一工程有限公司 湖北 宜昌 443002）

大跨度薄壁U型渡槽造槽機施工內(nèi)外模變形控制技術(shù)研究

李建恒1熊建武2

（中國葛洲壩集團第一工程有限公司 湖北 宜昌 443002）

南水北調(diào)中線湍河渡槽40m跨U型薄壁預(yù)應(yīng)力槽身為機械化原位現(xiàn)澆施工，在槽身混凝土澆筑過程中，內(nèi)模所受混凝土漿液的上浮力影響而上浮，外模在混凝土荷載作用下持續(xù)向下變形，致使造槽機內(nèi)、外模產(chǎn)生不同步變形的問題，具有特殊性，需采取特殊方式予以克服。

大跨度薄壁；U型渡槽；造槽機施工；內(nèi)外模變形控制

1 概述

南水北調(diào)中線湍河渡槽為目前國內(nèi)跨度最大、技術(shù)難度最高的U型薄壁渡槽結(jié)構(gòu)，施工難度大，混凝土質(zhì)量要求高。槽身為相互獨立的3槽預(yù)應(yīng)力混凝土U型結(jié)構(gòu)，單跨40m，共18跨，單槽內(nèi)空尺寸（高×寬）7.23m×9.0m。設(shè)計流量為350m3/s，加大流量為420m3/s。

DZ40/1600 U型渡槽造槽機是為南水北調(diào)中線工程湍河40m跨渡槽現(xiàn)澆施工而設(shè)計、制造的專用設(shè)備，全機總重約1280t，外形尺寸為88m×13.5m×16.5m（長×寬×高），能承載40m U型渡槽1600t的結(jié)構(gòu)荷載。

2 應(yīng)用背景

槽身采用DZ40/1600U型造槽機進(jìn)行機械化原位現(xiàn)澆施工，不受河灘軟弱地基或跨越河流等復(fù)雜地形、地貌的影響，可以節(jié)約大量的支撐排架和下部基礎(chǔ)處理的時間。新設(shè)備、新技術(shù)在本項目應(yīng)用過程中，發(fā)現(xiàn)部分技術(shù)缺陷需要完善。首跨工程槽（18#中槽）澆筑過程中出現(xiàn)的內(nèi)外模變形不同步問題，造成槽體內(nèi)壁局部出現(xiàn)掛簾現(xiàn)象，對槽體外觀質(zhì)量產(chǎn)生負(fù)面影響。槽身底板混凝土澆筑時，外肋和外模變形緩慢、基本同步，變形值在正常設(shè)計取值范圍內(nèi)（混凝土澆筑至200m3左右時，外肋、外模同步變形約 0.9cm）；當(dāng)澆筑至槽體反弧段時（混凝土澆筑量由200m3升至300m3），3個小時內(nèi)外肋、外模出現(xiàn)了2cm左右的變形、沉降，而內(nèi)主梁變形未與外肋、外模同步，導(dǎo)致現(xiàn)場剛澆筑完成正在塑性變形的混凝土與內(nèi)模脫空，新澆筑混凝土沿脫空部位流掛，形成掛簾現(xiàn)象。

3 施工技術(shù)難點分析

采用DZ40/1600 U型渡槽造槽機替代傳統(tǒng)滿堂支架體系原位現(xiàn)澆超大U型預(yù)應(yīng)力渡槽，不受河灘軟弱地基及跨越河流等復(fù)雜地形、地貌的影響全年進(jìn)行施工。新設(shè)備、新技術(shù)在應(yīng)用過程中主要存在以下幾個技術(shù)上的難點，需要克服。

（1）槽身澆筑過程中，造槽機外模受混凝土荷載作用發(fā)生向下沉降變形，由于內(nèi)模系統(tǒng)與外模系統(tǒng)之間無連接裝置，僅在張拉端處用端頭模板和其固定螺栓連接外模和內(nèi)模，無法使內(nèi)外模協(xié)同受力，因此在混凝土澆筑至槽身底板以上部分混凝土?xí)r，內(nèi)模受漿液上浮力，有上浮的趨勢，上浮力約 517t，而造槽機造槽機內(nèi)梁內(nèi)模系統(tǒng)共重約370t，上浮力大于內(nèi)梁內(nèi)模系統(tǒng)自重，導(dǎo)致內(nèi)模出現(xiàn)上浮。內(nèi)模自重與內(nèi)模所受上浮力差值約為 147t，如何在基本不增加造槽機結(jié)構(gòu)自身重量的前提下，研究出有的技術(shù)效措施來解決內(nèi)模上浮問題，以達(dá)到內(nèi)外模同步協(xié)調(diào)變形是本研究項目的重要難點。

（2）本項目研究開始時，3臺造槽機均已加工完成，并完成現(xiàn)場拼裝。對造槽機設(shè)備進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化和改造是本研究項目的重要目標(biāo)之一。如何在不影響工程施工進(jìn)度的前提下，研究出滿足工程要求的設(shè)備優(yōu)化成果并完成現(xiàn)場優(yōu)化改造是本項目的另一難點。

4 技術(shù)方案研究

4.1 造槽機內(nèi)外模變形監(jiān)測

通過在17#中、18#左、18#右等槽身施工時于內(nèi)、外模關(guān)聯(lián)部位設(shè)置測點，監(jiān)測施工過程中各部位的變形情況，探求模板變形發(fā)展規(guī)律，為變形產(chǎn)生原因的分析與研究及采取的工藝改善措施提供依據(jù)。因在混凝土澆筑過程中，內(nèi)模上設(shè)備轉(zhuǎn)運和人員走動頻繁，同時內(nèi)模內(nèi)撐桿、下料窗口很多，現(xiàn)場不具備直接測量內(nèi)模變形的條件，因此，在內(nèi)梁上設(shè)置沉降變形觀測點，以內(nèi)梁沉降量作為內(nèi)模沉降變形數(shù)值進(jìn)行分析，以外梁沉降量作為外模沉降值進(jìn)行分析，同時，在外肋上設(shè)置觀測點進(jìn)行監(jiān)測，復(fù)核外梁撓度變形數(shù)據(jù)。

實測數(shù)據(jù)顯示，澆筑過程的內(nèi)外模變形分為三個階段性變形。

第一階段為槽身底板部分澆筑期間（內(nèi)模未接觸混凝土前），外模變形較小，不超過5mm，內(nèi)模受與外模相連的連接螺栓傳力作用，發(fā)生向下沉降變形，中部變形約3mm，兩端次之。第二階段為底板部分澆筑完成至槽身反弧段澆筑完成的過程，此階段外模繼續(xù)受重力作用產(chǎn)生撓度變形，以槽身跨度中部為最大、達(dá)19mm；此階段內(nèi)，內(nèi)模受混凝土漿液浮力發(fā)生上鼓變形，中部變形最大、達(dá)8mm，兩端次之，隨著混凝土重量增加以及下部混凝土的凝固，內(nèi)模上鼓變形逐漸變小，在反弧段頂部部分澆筑時，內(nèi)模已出現(xiàn)垂直向下的豎向位移。第三階段為反弧段以上混凝土澆筑，內(nèi)外模均發(fā)生垂直向下的撓度變形，內(nèi)模最大撓度約18mm，外模最大撓度約29mm。

從以上分析可以看出,內(nèi)外模變形有以下特點：①底板澆筑階段，因內(nèi)模未與混凝土漿液接觸，因此在混凝土自重作用下發(fā)生向下沉降變形，當(dāng)混凝土澆筑至底板以上部分時，內(nèi)模變形主要受混凝土漿液浮力作用而出現(xiàn)上鼓，底板澆筑過程中，因混凝土總體載荷不大，因此外模發(fā)生向下沉降變形，但變形量一般不大。②外模撓度變形隨混凝土自重逐步變大，在槽跨中部撓度值最大，符合一般規(guī)律，撓度值的大小顯示跟槽段跨度大小有關(guān)系。③模板變形增長主要受混凝土自重增加控制，外模受混凝土自重加載直接下沉，內(nèi)模則因主梁承載后的下沉效應(yīng)被動變形。某時段內(nèi)模受混凝土漿液浮力上鼓與因主梁下沉而被動下沉的共同作用必有一恢復(fù)到澆筑前變形的中間狀態(tài)。

在底板以上的反弧段澆筑階段，內(nèi)模由于受到水泥漿液浮力出現(xiàn)上鼓，隨后在混凝土自重作用下上鼓逐漸消失，撓度值逐步平穩(wěn)增加，外模撓度增加平穩(wěn)，隨澆筑進(jìn)度基本呈線性關(guān)系。

內(nèi)外模沉降差值與澆筑時間呈非線性關(guān)系發(fā)展，擬合方程為：

上式中y為內(nèi)外模板沉降差，t為不間斷澆筑時間。因此內(nèi)外模變形主要發(fā)生在澆筑后12h內(nèi)。

4.2 理論計算

通過確定的計算方法，用專用軟件對造槽機內(nèi)梁、內(nèi)模的荷載和變形進(jìn)行計算。

計算結(jié)果：

Y方向位移：38.7-(-5.37) = 44 ㎜，即跨中部位內(nèi)梁、內(nèi)模向上方可預(yù)先起拱度約44mm，已大于造槽機外模設(shè)計撓度變形值40mm，可滿足造槽機內(nèi)外模變形同步的控制要求。

計算結(jié)果見表1。

表1 吊桿拉力與內(nèi)梁撓度值關(guān)系表

4.3 槽身施工工藝優(yōu)化

在后續(xù)槽身施工過程中，研究人員對槽身混凝土配合比重新進(jìn)行試配，并在后續(xù)槽身施工中，不斷調(diào)整和優(yōu)化，研究出和易性更好，性能更符合槽身施工質(zhì)量要求的C50W8F200配合比。優(yōu)化槽身混凝土澆筑工藝，采取薄層水平澆筑工藝，強振搗、勤觀測等方法，取得一套槽身混凝土施工標(biāo)準(zhǔn)化施工工藝。

5 結(jié)語

本項目研究成果的成功應(yīng)用，有力的促進(jìn)了大跨度U型薄壁渡槽機械化施工技術(shù)的進(jìn)步，提高了渡槽施工機械的設(shè)計制造水平，完善了大跨度造槽機運行操作工藝，填補了大型渡槽造槽機運行、操作技術(shù)領(lǐng)域的空白，對類似大型渡槽工程的設(shè)計、施工有較大的指導(dǎo)意義。

[1]大跨度薄壁U形渡槽造槽機運行操作綜述.《西北水電》，2014，（1）：49-52,56

[2]大型薄壁預(yù)應(yīng)力混凝土輸水結(jié)構(gòu)現(xiàn)澆施工技術(shù).中國科技成果數(shù)據(jù)庫-項目年度編號：0602160065

[3]大型渡槽抗震的關(guān)鍵問題研究.中國學(xué)位論文數(shù)據(jù)庫-2012

[4]DZ500型造槽機在東改工程中的應(yīng)用.中國科技成果數(shù)據(jù)庫-項目年度編號：gkls042208 DZ500

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1007-6344（2016）07-0040-01