低揚(yáng)程泵站流道三維內(nèi)模成形施工方法比較

孫養(yǎng)武，施克鑫，金玉杰，顏士開(kāi)

（1．江蘇省江都水利工程管理處，江蘇 揚(yáng)州 225200；2．水利部南京水利水文自動(dòng)化研究所，江蘇 南京 210012；3．揚(yáng)州大學(xué)水利與能源動(dòng)力工程學(xué)院，江蘇 揚(yáng)州 225009）

0 引言

歷年來(lái)，黨和國(guó)家高度重視質(zhì)量提升工作，在質(zhì)量強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略實(shí)施的總體布局下，水利工程建設(shè)質(zhì)量與社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益之間的矛盾日益突出。大型低揚(yáng)程泵站作為水利工程中的一項(xiàng)重要水工建筑，在水資源調(diào)配、防洪排澇、水環(huán)境治理、水生態(tài)改善等方面發(fā)揮著重要的作用，其施工質(zhì)量直接影響水利工程質(zhì)量。

進(jìn)水流道和出水流道是大型低揚(yáng)程泵站過(guò)流通道的主要組成部分，流道施工質(zhì)量直接影響進(jìn)、出水流道的水力性能，進(jìn)而影響泵站機(jī)組能否安全、穩(wěn)定、高效運(yùn)行[1-2]。大型低揚(yáng)程泵站中所采用的進(jìn)、出水流道為大體積異形混凝土流道[3-4]，其施工質(zhì)量與進(jìn)、出水流道內(nèi)模成形施工方法密切相關(guān)。大型低揚(yáng)程泵站進(jìn)、出水流道三維形體復(fù)雜，其內(nèi)模成形施工方法也比較復(fù)雜。本文以低揚(yáng)程泵站最為常用的肘形進(jìn)水流道為例，對(duì)流道施工中應(yīng)用較為普遍的木模、鋼模和磚模等3種典型內(nèi)模成形施工方法進(jìn)行了較為詳細(xì)的研究與比較。

1 木模成形方法

流道木模一般選用三等以上的木材加工成形[5-6]。利用木模進(jìn)行肘形進(jìn)水流道成形的施工流程主要包括：樣架制作、樣架拼裝、蒙板、修整與噴塑、吊裝、鋼筋綁扎與混凝土澆筑和拆模等。

（1）樣架制作

樣架分為斷面樣架和線形樣架。斷面樣架用于控制流道各指定斷面尺寸，需嚴(yán)格按照斷面尺寸放樣制作，其內(nèi)部采用方木作支撐，并對(duì)各斷面樣架進(jìn)行編號(hào)，同時(shí)標(biāo)明上、下游面。需注意的是，斷面樣架制作時(shí)需預(yù)留面板及其他貼面板厚。線形樣架是根據(jù)順?biāo)鞣较蛄鞯缽澢€形放樣而成，分為上線形樣架和下線形樣架兩部分，以分別控制流道上、下邊線成形，在與各斷面重合的位置上分別刻有各斷面樣架的編號(hào)鋸口，用于拼裝對(duì)應(yīng)的斷面樣架。

（2）樣架拼裝

樣架拼裝時(shí)，首先固定好線形樣架，將各斷面樣架的上、下游面按順序擺放的同時(shí)確定各斷面樣架上下邊的位置，在拼裝平臺(tái)上或者已定位好的施工現(xiàn)場(chǎng)的底板上，從進(jìn)水側(cè)開(kāi)始逐榀進(jìn)行樣架拼裝，各榀斷面樣架上、下邊位置與線形樣架上相應(yīng)編號(hào)鋸口重合。采用方木簡(jiǎn)易連接固定相鄰斷面樣架，通過(guò)全站儀或三維掃描儀對(duì)樣架特征控制點(diǎn)的位置進(jìn)行實(shí)測(cè)，將測(cè)量結(jié)果與設(shè)計(jì)圖中對(duì)應(yīng)參數(shù)進(jìn)行比較，對(duì)有偏差的樣架進(jìn)行調(diào)整直至滿足精度要求，然后加固排架之間的方木。

一般情況下，樣架的拼裝是在木工加工廠的拼裝平臺(tái)上進(jìn)行，但如果木工加工廠空間有限不便于拼裝且泵站底板已澆筑完成，可將樣架運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行拼裝，以避免吊裝時(shí)重新進(jìn)行定位。

（3）蒙板

樣架拼裝并檢查合格后，將面板貼合固定于樣架上。為保證木模表面光滑且有足夠的強(qiáng)度，所用的面板由寬木板條組成，一般寬度為5 cm，厚度為1 cm，分3～5層縱橫交錯(cuò)貼釘[7]。另外，在選材時(shí)需對(duì)所選材質(zhì)的面板進(jìn)行木材彎曲應(yīng)力和撓度驗(yàn)算，確保該材質(zhì)的面板強(qiáng)度滿足要求。

（4）修整與噴塑

采用三維激光掃描技術(shù)對(duì)蒙板后的木模進(jìn)行掃描[8]，將掃描得到的三維形體與設(shè)計(jì)圖中的三維形體進(jìn)行比對(duì)，對(duì)不滿足要求的部位進(jìn)行相應(yīng)的修整，直至滿足要求。經(jīng)檢查合格后，對(duì)木模表面細(xì)縫采用小木條嵌縫，并用膩?zhàn)泳鶆蛲抗?，最后?層油漆噴涂處理。此外，也可采用寶麗板等表面光滑的貼面板，確保成形后的流道表面光滑平順。

（5）吊裝

對(duì)于在木工廠內(nèi)完成的木模，需對(duì)其進(jìn)行吊裝。將成形后的流道木模運(yùn)送至施工現(xiàn)場(chǎng)，借助吊車將該木模吊入固定好的支架指定位置。設(shè)備條件允許的情況下可進(jìn)行整體吊運(yùn)，如若吊運(yùn)設(shè)備條件有限，為了便于運(yùn)輸和吊運(yùn)，可將流道沿中心分為兩半制作，分別吊入指定位置，完成對(duì)接。為保證現(xiàn)場(chǎng)安裝位置的精準(zhǔn)，可預(yù)先借助全站儀和標(biāo)尺進(jìn)行定位，在現(xiàn)場(chǎng)架立支架，再根據(jù)線形樣架進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)，確保誤差在容許范圍之內(nèi)后將支架固定。將木模精確就位后，對(duì)其進(jìn)行外拉固定，以防澆筑混凝土過(guò)程中出現(xiàn)上浮錯(cuò)位現(xiàn)象。

（6）鋼筋綁扎與混凝土澆筑

在木模外表面周圍根據(jù)要求綁扎鋼筋，完成后進(jìn)行混凝土澆筑。采用泵送混凝土方式進(jìn)行澆筑，在澆筑時(shí)應(yīng)當(dāng)從低處向高處進(jìn)行，并且要注意在木模周圍對(duì)稱下料，防止木模兩側(cè)因混凝土面高差太大而受力不均，致使木模發(fā)生位移。澆筑完成后進(jìn)行振搗，對(duì)其表面采用木抹壓光表面，在混凝土終凝前應(yīng)多次進(jìn)行人工鐵抹抹光，以防混凝土收縮形成表面龜裂。還需采取必要的溫控措施，以防止大體積混凝土出現(xiàn)溫度裂縫。

（7）拆模

木模屬于不可重復(fù)利用的模板，拆模為破壞性的拆模。內(nèi)模拆除的時(shí)間需按規(guī)范要求進(jìn)行，拆除時(shí)需遵循“先支承的后拆，后支承的先拆；先拆除非承重部分，后拆除承重部分”的原則。對(duì)于承重內(nèi)模的拆除，要經(jīng)過(guò)同期混凝土試塊強(qiáng)度試驗(yàn)驗(yàn)證，確定混凝土強(qiáng)度已滿足要求后進(jìn)行拆除。對(duì)于肘形進(jìn)水流道異形內(nèi)模的拆除需嚴(yán)格按照規(guī)定要求的時(shí)限拆除，且內(nèi)模拆除后應(yīng)及時(shí)清除表面灰漿、污垢，注意養(yǎng)護(hù)。

2 鋼模成形方法

利用鋼模進(jìn)行流道成形的施工流程主要包括：樣架制作、樣架拼裝、面板制作及焊接、吊裝、加固處理、表面光潔度處理、鋼筋綁扎與混凝土澆筑、拆模等。

（1）樣架制作

采用鋼模成形方法的內(nèi)模制作首先進(jìn)行鋼骨架拼接，鋼板一般選用Q235A。樣架主要包括：樣架片、支撐和加勁板。根據(jù)施工圖中各斷面尺寸控制數(shù)據(jù)，對(duì)各斷面樣架片所需鋼板進(jìn)行放樣切割，切割時(shí)需扣除面板厚度。為便于控制放樣切割的難度和精度，樣架片鋼板不宜過(guò)厚，一般厚度為5 mm，寬度為65 mm[9]，可根據(jù)需要適當(dāng)增減。

若斷面樣架體積較大，吊運(yùn)條件有限時(shí)可將樣架片分為對(duì)稱的2片，運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)后進(jìn)行組裝，組裝后的樣架示意圖如圖1所示。根據(jù)分段拼裝需要，間隔若干斷面的樣架片，可分別制作厚度為2～3 mm的2片相同尺寸的樣架片，并在適當(dāng)位置鉆上配套的螺孔。

圖1 流道斷面組裝后樣架示意圖

（2）樣架拼裝

樣架拼裝需在樣架定位系統(tǒng)上進(jìn)行，該系統(tǒng)如圖2所示。在鋼板平臺(tái)上，用豎尺和標(biāo)桿確定順?biāo)鞣较虻牧鞯乐行木€和各斷面的位置，在相應(yīng)位置設(shè)置定位撐腳，豎直方向架立槽鋼并固定在平臺(tái)上，在槽鋼上預(yù)制定位撐腳；對(duì)于上邊線位置的確定，可根據(jù)線形預(yù)先切割定位鋼板進(jìn)行控制，并在該定位鋼板上與斷面位置對(duì)應(yīng)處預(yù)留凹槽。各樣架片的空間位置確定后，采用短鋼板焊接連接，對(duì)于同一斷面位置的2片厚度較小的樣架片采用高強(qiáng)度螺栓連接，以便于組裝與拆卸。

圖2 肘彎段樣架定位系統(tǒng)示意圖

（3）面板制作及焊接

樣架片數(shù)目滿足要求，并且尺寸及位置檢驗(yàn)合格后，進(jìn)行面板制作。面板制作前用1塊青殼紙分段包在樣架上，畫(huà)出2片樣架片間所需要面板的形狀，剪去多余部分，以此作為樣板進(jìn)行下料。所需面板厚度一般為5 mm，如果厚度較小，其剛度難以保證，如果厚度較大，不便于彎曲成形精度的控制。由于肘形進(jìn)水流道的肘彎段為異形結(jié)構(gòu)，為保證內(nèi)模表面平順、線形符合設(shè)計(jì)要求，需將鋼板分段成形，且需分為左右對(duì)稱兩半制作，左右兩半連接處鋼板內(nèi)側(cè)焊上帶螺孔的角鋼。最后將各塊面板相應(yīng)點(diǎn)焊在骨架上。非螺栓連接的鋼板之間用電弧焊滿焊，焊縫用磨光機(jī)磨平。

（4）吊裝

待底板澆筑完畢有一定強(qiáng)度后，在其上面用墨線彈出機(jī)組縱橫中心線以及各斷面的位置，將鋼模運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)，各段內(nèi)模對(duì)號(hào)入座，每段內(nèi)模之間用螺栓連接。可在左右兩半連接處兩角鋼之間放置一帶孔的楔形鋼板，以便于后續(xù)內(nèi)模的拆除。

（5）加固處理

為防止在澆筑混凝土過(guò)程中，流道內(nèi)模發(fā)生變形和位移，在流道鋼模內(nèi)部采用鋼管支撐并放置沙袋以增加內(nèi)模自重。后側(cè)用2根對(duì)拉鋼筋與底板預(yù)埋短鋼筋焊接，防止在澆筑過(guò)程中因混凝土浮力導(dǎo)致內(nèi)模發(fā)生逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。鋼模尾部用槽鋼焊接，斜撐于底板混凝土上，以防止在澆筑過(guò)程中因混凝土的傾倒與振搗而導(dǎo)致鋼模發(fā)生順時(shí)針傾覆。

（6）表面光潔度處理

在拼裝成形后的鋼模上，由于用螺栓連接的鋼板之間有交接縫隙，容易導(dǎo)致混凝土澆筑成形后流道表面不光滑，因此需在內(nèi)模縫隙處涂抹2～3遍膩?zhàn)?，膩?zhàn)犹钅枬M、粘結(jié)牢固。在鋼模外表面涂上脫模劑以便于拆模以及保證拆模后流道內(nèi)表面的光潔度。

（7）鋼筋綁扎與混凝土澆筑

鋼模就位安裝工作就緒之后，進(jìn)行外表面周圍鋼筋的綁扎與混凝土的澆筑，該過(guò)程與木模成形方法相同。

（8）拆模

鋼模屬于可重復(fù)利用的模板，拆模時(shí)需注意輕拿輕放，以防撞擊損壞。鋼模拆除的時(shí)間及順序與上述木模拆模相同。

3 磚模成形方法

利用磚模進(jìn)行流道成形的施工流程主要包括：樣架制作、吊裝、砌筑、粉刷、噴塑、鋼筋綁扎與混凝土澆筑、拆模等。

（1）樣架制作、拼裝

磚模的骨架采用木樣架，該木樣架可采用與木模成形施工相同的方法進(jìn)行制作和拼裝，但由于要在其內(nèi)部砌筑磚砌體，因此斷面樣架的榀數(shù)比木模少。針對(duì)這類控制斷面數(shù)較少的木樣架，可采用拼裝樣板進(jìn)行上下邊線及斷面樣架位置的控制，如圖3所示。

圖3 拼裝樣板示意圖

（2）吊裝

磚模的砌筑需在施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行，因此其木樣架制作拼裝并經(jīng)檢驗(yàn)合格后，吊運(yùn)至澆筑好的泵站底板上支架的指定位置，經(jīng)校驗(yàn)合格后將其固定于支架上。

（3）砌筑

在樣架中砌筑磚砌體，由肘形進(jìn)水流道肘彎段的立面單線圖可以看出，磚模的幾何重心是偏外的，所以，在砌筑施工時(shí)為防止磚模失穩(wěn)傾覆，除了要在磚模底部加強(qiáng)支撐外，仍有必要在磚模施工前對(duì)其進(jìn)行穩(wěn)定計(jì)算，以防出現(xiàn)傾覆的危險(xiǎn)[10]。

（4）粉刷、噴塑

在砌筑磚砌體工作完成后，在磚砌體表面粉刷砂漿，同時(shí)可對(duì)其表面進(jìn)行三維激光掃描，將掃描得到的數(shù)據(jù)與設(shè)計(jì)的肘形進(jìn)水流道數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，如果局部尺寸與設(shè)計(jì)尺寸有出入，可通過(guò)修整表面砂漿進(jìn)行糾偏。

（5）鋼筋綁扎與混凝土澆筑

磚模噴塑完成后，進(jìn)行外表面周圍鋼筋的綁扎與混凝土的澆筑，該過(guò)程與木模成形方法相同。

（6）拆模

磚模屬于不可重復(fù)利用的模板，需對(duì)其進(jìn)行人工鑿除。磚模拆除的時(shí)間及順序與上述木模的拆模相同。

4 流道內(nèi)模成形施工方法比較分析

本文從內(nèi)模制作精度、施工時(shí)間、制作難易程度、拆模和成本控制等方面對(duì)3種流道三維內(nèi)模成形方法進(jìn)行比較分析，比較結(jié)果列于表1。

表1 3種流道內(nèi)模成形施工方法比較

由表1可以看出3種流道內(nèi)模成形方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，故在低揚(yáng)程泵站施工中可因地制宜地選用適宜的材質(zhì)和方法進(jìn)行流道內(nèi)模成形施工。

（1）木模

木模具有取材容易，施工成形相對(duì)簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，且因其導(dǎo)熱系數(shù)小，對(duì)混凝土冬期施工有一定的保溫作用，應(yīng)用較多。木模的制作、拼裝精度高，但需在拼裝、蒙板等工序完成后才能進(jìn)行檢查，若檢查結(jié)果與施工圖不吻合，為確保表面光滑，需進(jìn)行拆卸整改，其工程量較大，不僅加大了施工成本，還延長(zhǎng)了工期。木模自身重量輕，混凝土澆筑時(shí)受浮托力影響，易上浮，需對(duì)其整體進(jìn)行加固和外拉。鑒于木質(zhì)材料的特殊性，制作內(nèi)模過(guò)程中需防水、防曬。

（2）鋼模

鋼?？深A(yù)先加工，重復(fù)利用，在施工上具有較大的便利性，鋼模成形的流道混凝土表面光滑。鋼模由于其自身剛度大，內(nèi)部所需的支撐較少，可節(jié)約支撐系統(tǒng)材料。鋼模重復(fù)利用性好，特別是在有多臺(tái)泵機(jī)組的泵站施工建設(shè)過(guò)程中，若施工工期寬松，考慮到流道底板承載力問(wèn)題，可制作偶數(shù)組鋼模，施工時(shí)沿順?biāo)鞣较虻装逯行木€對(duì)稱施工，大大提高了鋼模重復(fù)利用率，且泵機(jī)組臺(tái)數(shù)越多，其經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)越明顯。鋼模也存在自身的缺陷，在模板材料和成形技術(shù)方面一次性投資較大。

（3）磚模

磚模內(nèi)部采用磚砌體砌筑，這種方法的最大優(yōu)勢(shì)在于自重較大，不易出現(xiàn)漂?，F(xiàn)象，而且磚模表面粉刷的是砂漿，在磚模成形后，對(duì)檢查不合格部位可適當(dāng)鑿補(bǔ)，確保磚模表面光滑即可，因此磚模易于修整。但是，磚模由于要保證內(nèi)部填砌磚砌體的空間要求，其樣架斷面數(shù)相對(duì)較少，定位誤差大，制作、拼裝精度低，且流道成形后只能通過(guò)人工鑿除，工作量較大，拆模不便。

5 結(jié)語(yǔ)

進(jìn)水流道和出水流道是大型低揚(yáng)程泵站的重要組成部分，流道內(nèi)模成形施工方法直接影響流道成形的精度和質(zhì)量，進(jìn)而影響到泵站機(jī)組的安全、穩(wěn)定和高效運(yùn)行。木模成形、鋼模成形和磚模成形3種常用的流道內(nèi)模成形施工方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，在大型低揚(yáng)程泵站流道內(nèi)模成形施工時(shí)，可根據(jù)泵站施工的具體情況選擇合適的成形施工方法，以保證施工精度和質(zhì)量。除了這3種常用的流道成形施工方法以外，還有一些新的方法，如采用鋼板內(nèi)模作為流道鋼襯、鋼制流道等，這些方法均值得進(jìn)一步研究和應(yīng)用。