U形渡槽造槽機預壓試驗

張逸軍

（陜西省寶雞峽引渭灌溉管理局，陜西 咸陽 712000）

1 工程概況

寶雞峽灌區(qū)漆水河渡槽工程為改建工程，位于楊凌示范區(qū)東北3.5 km、寶雞峽灌區(qū)塬下北干渠23 km+567 m處，控制下游灌溉面積80余萬畝，渡槽設(shè)計流量為25.3 m3/s，加大流量為29 m3/s。新建渡槽為U形預應力鋼筋混凝土梁式渡槽，單跨長30m，共14跨，渡槽全長420m，采用DZ30-320U形渡槽造槽機（移動模架）原位現(xiàn)澆。

造槽機總體結(jié)構(gòu)見圖1，主要結(jié)構(gòu)包括外梁系統(tǒng)、外模系統(tǒng)、外肋系統(tǒng)、內(nèi)模系統(tǒng)、1號支腿、2號支腿、3號支腿、4號支腿、配重塊、液壓系統(tǒng)等。澆筑過程槽身混凝土重量傳遞如下：槽身混凝土重量→外模系統(tǒng)→外肋系統(tǒng)→外梁系統(tǒng)→1、3號腿→墩臺頂。

圖1 造槽機總裝圖

2 試驗目的及方法

2.1 試驗目的

為檢驗設(shè)備各部位聯(lián)結(jié)的強度和穩(wěn)定性，驗證造槽機的安全性能和制造質(zhì)量，在現(xiàn)場做預壓試驗，保證設(shè)備在后續(xù)施工過程中能夠正常使用，確保施工安全。并且通過預壓試驗，消除設(shè)備非彈性變形，測算出施工過程中以及施工完成后造槽機的彈性變形，計算出設(shè)備預拱值，保證澆筑后渡槽底板高程滿足設(shè)計拱度及比降要求。

2.2 試驗方法

根據(jù)寶雞峽灌區(qū)漆水河倒虹改建工程梁式渡槽的施工情況，本工程采用在外模板內(nèi)堆放沙袋模擬槽體重量分布進行造槽機預壓試驗。在預壓試驗開始前，造槽機就位后，在主梁頂、外模兩側(cè)板頂和槽底沿縱向分別布置五個測點，位置分別為0 L、1/4 L、1/2 L、3/4 L、L。采用精密水準測量測點預壓前、預壓期、穩(wěn)定期、卸載后的高程，算出模架總下沉量（預壓期-穩(wěn)定期），計算彈性變形量（卸載后-穩(wěn)定期）和非彈性變形量（預壓前-卸載后）。

3 預壓試驗

3.1 預壓荷載

為總結(jié)造槽機在造槽工況下的變形量，加載重量需接近模架在造槽工況時的實際荷載。一跨現(xiàn)澆U形渡槽槽體重量為315.1 t；內(nèi)模系統(tǒng)自重為61 t；澆筑混凝土時施工人員20人、震搗棒10臺共2 t，另外槽身兩端各1.4 m長槽體荷載直接由墩頂散模傳至墩臺上，兩端重量為45 t。除去墩頂散模承載的槽體重量后，則施工總荷載為333.1 t。由于水利行業(yè)無造槽機方面現(xiàn)行技術(shù)標準，所以參照TB10303-2009(鐵路橋涵工程施工安全技術(shù)規(guī)程)中規(guī)定，首次拼裝的造槽機需要采用不小于1.2倍的施工總荷載進行預壓，因此預壓總荷載為399.7 t，預壓時按400 t進行。堆載預壓時采用沙袋模擬渡槽的重量分布，依分級分別按 133.3 t（40%）、266.7 t（80%）、333.3 t（100%）、400 t（120%）加載?？v槽向按照下圖進行做預壓試驗，預壓長度27.2 m，兩端1.4 m荷載由槽墩支撐。100%荷載時，應力分布見圖2。

圖2 荷載應力分布圖

3.2 試驗準備

首先進行造槽機空載試驗，空載試驗前檢查各部件安裝正確，可靠，安全措施應齊全可靠，試驗下列動作：

（1）拉線測量主梁軌底相對高程；操作外梁主支腿油缸，使外梁攜帶外?；就巾斏?50 mm，停15分鐘；再拉線測量主梁的相對下沉量。然后分三次基本同步下落。

（2）外肋攜帶外模開啟、閉合，確認外肋轉(zhuǎn)鉸同軸不卡滯。

（3）在以上動作中，要同步檢查電、液、機部分是否正常。記錄油壓表的讀數(shù)。

（4）檢查槽機的平穩(wěn)性、側(cè)向穩(wěn)定性，檢查底模及與側(cè)模的開合對接可靠，模板接合處間隙是否符合要求。

上述試驗完成后，對設(shè)備進行檢查，要求機構(gòu)或構(gòu)件沒有損壞，連接處沒有出現(xiàn)松動或損壞，如有情況變化，及時處理。

3.3 試驗步驟

調(diào)整1、3#支腿液壓缸的行程，使主框架的四角處于同一標高位置，再調(diào)整底模撐桿的高低，使外模處于線路縱坡為零時的澆注狀態(tài)位置。堆載用砂經(jīng)運輸車拉運至現(xiàn)場后裝袋，裝載機配合造槽機吊鉤調(diào)運到位，吊運時在沙袋與吊鉤之間安裝5t吊秤進行計量，按分級荷載分布均勻布設(shè)，吊裝加載時模擬澆筑工況，從小里程向大里程方向進行。加載時采用分級加載方式：0→40%（靜停1小時）→80%（靜停1小時）→100%（靜停1天）→120%（靜停2小時），卸載時采用分級卸載方式：120%→100%（靜停1小時）→80%（靜停1小時）→40%（靜停1小時）→0。分級加載及卸載時嚴格控制加載重量，按預先制定的方案和程序進行，在預壓試驗每個時段對各個觀測點實測高程數(shù)據(jù)進行記錄。

4 數(shù)據(jù)觀測及統(tǒng)計分析

4.1 數(shù)據(jù)統(tǒng)計

經(jīng)過對造槽機進行逐級預壓，并對各級預壓過程中造槽機各測點高程進行觀測和記錄，經(jīng)過計算得出各點變形量，變形觀測成果見表1。

4.2 數(shù)據(jù)分析

（1）主梁變形：主梁變形趨勢理論計算變形趨勢基本相符，各點變形與理論變形差值為0.4 mm～3.98 mm，從1/4 L、1/2 L、3/4 L變形值偏小分析，主梁剛度較原設(shè)計更大，兩端0.063 L、0.937 L點變形偏大分析由于1、3#支腿的彈性變形造成。主梁最大變形為與中心斷面，撓跨比35 mm/31.3 m＝1/894＜1/700，符合設(shè)計主梁剛度要求。

表1 變形觀測成果表

主梁彈性變形、非彈性變形均衡屬同步變形，與理論趨勢相符，證明造槽機在主受力構(gòu)件在預壓狀態(tài)下受力均勻，無明顯缺陷斷面，造槽機在澆筑使用時安全可靠的。

（2）外模變形：外模兩側(cè)頂部彈性、非彈性變形基本一致，其中彈性變形在同一斷面上相差在2 mm以內(nèi)，非彈性變形相差在3 mm以內(nèi)。外模彈性變形較主梁普遍偏大，經(jīng)分析主要由于外肋系統(tǒng)變形造成。根據(jù)造槽機受力形式，預壓時兩端0.063 L、0.937 L均處于懸挑狀態(tài)，彈性變形偏大，結(jié)合1/4 L、1/2 L、3/4 L各點與主梁彈性變形差值，計算挑梁及外肋彈性變形值為5.2 mm，兩端0.063 L、0.937 L因懸挑造成的撓度變形為6.8 mm、5.3 mm，在計算澆筑狀態(tài)下?lián)蠒r應去除。

（3）造槽機在120%超載預壓過程中，進行了彈性及非彈性變形的觀測及計算，并對造槽機各系統(tǒng)進行了檢查。在預壓過程中，造槽機未出現(xiàn)裂紋、永久變形、油漆剝落或?qū)υ觳蹤C的性能與安全有影響的損壞，連接處無松動或損壞。

（4）根據(jù)觀測數(shù)據(jù)分析，造槽機的彈性變形值在設(shè)計允許范圍內(nèi)，與理論趨勢一致，主梁剛度滿足設(shè)計要求;基本消除了造槽機的非彈性變形；驗證了造槽機的強度，檢驗了設(shè)備各部位聯(lián)結(jié)的強度和穩(wěn)定性，檢驗了設(shè)計與制造質(zhì)量，證明造槽機主梁及外模系統(tǒng)安全可靠，DZ30-320造槽機滿足施工要求，可投入使用。

4.3 造槽機預拱度設(shè)置

根據(jù)預壓試驗數(shù)據(jù)分析及計算，外模預留拱度見表2。

表2 外模澆筑狀態(tài)預留拱度

首跨澆筑后，對已成渡槽底板底部進行了復測，復測結(jié)果見表3。

表3 外模拆除后渡槽底板底部實測高程

拆模后實測數(shù)據(jù)顯示，造槽機預壓預留拱度是合理的，預壓試驗進行的較為成功。

5 結(jié)語

該工程為寶雞峽灌區(qū)咽喉工程，工程的施工安全至關(guān)重要，渡槽槽身采用造槽機原位現(xiàn)澆施工，此施工工藝在西北地區(qū)水利行業(yè)為首次應用，工程難度大、技術(shù)新，進行澆筑前預壓試驗是必要的。

通過預壓試驗驗證了造槽機設(shè)備自身的強度、剛度和安全性，計算出澆筑預留拱度，預壓試驗對于保證現(xiàn)澆渡槽的施工質(zhì)量和控制渡槽比降作用重大，必須認真對待，真正組織，制訂合理的預壓方案并予以實施。為保證預壓試驗質(zhì)量，使試驗結(jié)果真正起到指導施工作用，預壓過程中還應注意：①合理布置觀測點，精心測量變形數(shù)據(jù)，認真整理分析，對于和理論計算值有偏差的數(shù)據(jù)要分析原因，消除影響。②在造槽機預壓試驗中，應模擬施工過程的荷載進行加載，確定合理荷載重量、加載順序、荷載分布和分級。③由預壓試驗得出的預拱度數(shù)據(jù)是模擬槽身荷載的成果，施工過程中必須結(jié)合施工實際情況逐步調(diào)整和優(yōu)化，保證預拱度的設(shè)置滿足設(shè)計要求。