1 200 t加肋矩形渡槽槽身整體預制綜合技術

王光輝

(中國葛洲壩集團第一工程有限公司，湖北 宜昌 443002)

鄂北地區(qū)水資源配置工程(簡稱鄂北調(diào)水)是國務院重點推進、優(yōu)先實施的172項全局性、戰(zhàn)略性節(jié)水供水重大水利工程之一，線路起點在丹江口水庫清泉溝隧洞進口閘，自西北向東南方向延伸，末端在大悟縣王家沖水庫，全長269.34 km。主要建筑物有明渠23.93 km、暗涵30.53 km、隧洞119.77 km、倒虹吸75.85 km、渡槽19.1 km，各類閘閥75座，擴建水庫1座。

孟樓渡槽是本工程中最長的渡槽，設計流量38 m3/s，全長4 990 m，其中槽身段長4 920 m，164跨，每跨長30 m。單槽斷面尺寸：內(nèi)輪廓6.5 m×5.0 m(凈寬×凈高)，外輪廓 8.7 m×(7.1～6.6) m，底板厚 0.4 m，邊墻厚度為 0.5 m，邊墻頂設寬1.7 m的人行道板；槽身外部設側(cè)肋及底肋，橫向墻頂設拉桿，外肋間距1.92 m、寬0.4 m、高0.6 m；底肋寬0.4(0.6) m、高0.8(1.5) m。槽頂拉桿寬0.3 m、高0.4 m，空槽重1 200 t。

自重達1 200 t的加肋簡支矩形渡槽采用整體預制、吊裝工藝施工，在中國水利工程中的應用并不常見[12],目前渡槽預制、安裝作業(yè)已全部完成，施工過程安全、快速。為此，現(xiàn)僅就本結(jié)構渡槽的現(xiàn)場預制綜合技術，主要包括制槽廠總體布置設計、渡槽預制、安裝技術設計及安全管理4個方面內(nèi)容作一簡單闡述，供同行參考。

1 預制渡槽廠設計

1.1 場地布置

當前中國預制渡槽架設一般采用輪胎式汽車吊機、龍門吊(門式起重機)和架槽機等方式。其中，輪胎式汽車吊機架槽一般適用于槽片數(shù)量少、槽體重量輕、施工場地平坦開闊的工程；龍門吊架槽一般適用于施工場地起伏不大、平坦開闊、線路不長的工程；架槽機架槽適用范圍比前兩者廣。

在中國采用架槽機進行渡槽架設的工程往往槽體外形尺寸、重量及規(guī)模都比較大，其槽體在場地集中預制，提槽機、運槽車與其配套聯(lián)合運行。提槽機布置在場區(qū)內(nèi)。因此，在進行場地布置時要考慮提槽機的運行方式和運行軌跡。場地布置包括鋼筋及預應力鋼筋安裝臺座布置、提槽機軌道布置、模板安裝和拆除及鋼筋安裝用龍門吊軌道布置、制槽臺座區(qū)布置、存槽臺座區(qū)布置、鋼筋加工區(qū)及堆放場布置、混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)場地布置以及槽體養(yǎng)護系統(tǒng)布置等(見圖1)。

圖1 制槽場總體平面布置圖 單位：m

1.2 附屬工程設計

附屬工程主要包括進場道路、施工供水供電、設備軌道、鋼筋安裝臺座、制槽臺座、存槽臺座、排水系統(tǒng)、拌和系統(tǒng)以及生產(chǎn)生活、辦公用房等。道路設計要滿足通行能力、方便、經(jīng)濟的原則；水電供給以滿足施工需要為原則；鋼筋安裝臺座、渡槽制作臺座、存槽臺座，需要滿足鋼筋施工、模板施工以及預應力施工、提槽機作業(yè)要求；拌和系統(tǒng)設計要考慮粉料及地材供貨能力、混凝土拌制質(zhì)量及生產(chǎn)強度、滿足混凝土出機口溫渡要求所需設置的制冷系統(tǒng)等[1]。

1.3 制槽廠生產(chǎn)能力設計

生產(chǎn)能力設計是制槽廠設計的重要內(nèi)容，關系到整個工程項目的順利實施。制槽場設計時，應根據(jù)項目總工期、渡槽結(jié)構特點、整個施工過程各工序、各環(huán)節(jié)情況、施工環(huán)境以及員工技術水平等因素，先測算制槽過程各工序時間，根據(jù)測算結(jié)果，計算鋼筋安裝占用鋼筋臺座時間、模板及槽片占用渡槽制作臺座時間、預應力及拉桿梁施工和混凝土齡期要求占用存槽臺座時間，根據(jù)各環(huán)節(jié)占用臺座的時間，得出臺座與模板的配套系數(shù)(單套模板能滿足幾個臺座的施工)、單個臺座的使用頻次和月生產(chǎn)能力。

根據(jù)場地布置的臺座總數(shù)可計算出制槽廠的生產(chǎn)能力。通過生產(chǎn)能力情況，再結(jié)合總的施工計劃安排，測算工期，然后對臺座總數(shù)進行調(diào)整，以滿足業(yè)主工期的要求。

通過現(xiàn)場生產(chǎn)實踐，設計布置的6個制槽臺座(配6套底模、4套側(cè)模)、18個存槽臺座、2個鋼筋臺座，月生產(chǎn)能力平均能完成8榀渡槽的制造，滿足總進度計劃要求，表明設計布置數(shù)量是合理的。

2 渡槽預制技術

2.1 模板設計

從渡槽預制角度講，模板設計屬于施工設計內(nèi)容，同時涉及到施工投入問題。由于周轉(zhuǎn)次數(shù)多，外觀質(zhì)量要求高，預制渡槽模板采用鋼模板。

由于加肋渡槽外形結(jié)構復雜，內(nèi)外面折線多，三向預應力張拉端錨固槽密集，且整個槽身需一次性澆筑成型，模板整體穩(wěn)定性要求高、安拆工作量大，因此，設計時應充分考慮模板的施工難度。在模板分幅分塊、連接、加固以及整體穩(wěn)定性等方面進行重點分析和研究，以方便安裝和拆模，避免拆模時造成渡槽表面的損壞[5,8]。

根據(jù)現(xiàn)行規(guī)程規(guī)范要求，通過設計計算，槽身底板及底肋底板和側(cè)面采用55系列模板，面板為5 mm鋼板，邊框及肋筋為5 mm鋼板；槽身側(cè)墻模板采用86系列模板，面板為6 mm鋼板，邊框及肋筋為8 mm扁鋼；主龍骨(背楞)為雙向10號槽鋼，內(nèi)置背楞為8號槽鋼；槽身加肋處模板采用端包側(cè)、底包側(cè)結(jié)構，模板豎向、橫向分模按加強肋結(jié)構配置，以方便施工周轉(zhuǎn)(見圖2)；渡槽封端模板與側(cè)墻模板所用材料相同。

圖2 槽身模板圖片

2.2 整體預制施工工藝設計

渡槽預制工藝主要包括鋼筋、模板、混凝土及預應力施工等重點工作。對于本工程渡槽預制施工將經(jīng)歷鋼筋加工、鋼筋(預應力筋)安裝、模板安裝、混凝土澆筑、蒸汽養(yǎng)護、模板拆除、預應力第一階段施工作業(yè)、出槽、預應力第二階段施工作業(yè)、預應力孔道灌漿及張拉端封錨、灑水自然養(yǎng)護、槽頂拉桿施工等環(huán)節(jié)(見圖3)，設計了鋼筋加工廠、鋼筋(預應力筋)制安臺座區(qū)、槽身制作臺座區(qū)、存槽臺座區(qū)，不同的工序作業(yè)均在不同的制作區(qū)(廠)完成，能有效避免槽身施工過程中的交叉作業(yè)；作業(yè)人員分工明確、責任清晰、管理有序，提高了渡槽施工速度，加快了工期，優(yōu)化了安全管理，且保證了渡槽的施工質(zhì)量。

各個功能區(qū)之間的銜接采用施工技術手段能實現(xiàn)工廠式流水作業(yè)，有效提高施工效率：

(1) 鋼筋加工廠緊鄰鋼筋(預應力筋)制安臺座區(qū)，通過人工搬運等方式實現(xiàn)兩者之間的連接；

(2) 鋼筋(預應力筋)制安臺座區(qū)通過龍門吊實現(xiàn)對整個鋼筋骨架籠體的吊移，實現(xiàn)與制槽區(qū)的銜接；

(3) 制槽區(qū)與存槽區(qū)的銜接通過提槽機來完成。

渡槽預制施工過程中應嚴格控制鋼筋、預應力筋、模板安裝精度，做好模板的清面、刷脫模劑以及維護保養(yǎng)工作。

由于渡槽側(cè)壁面折線較多、張拉端加強鋼筋網(wǎng)及錨固槽密集，除滿足一般混凝土施工工藝外，要格外注重混凝土拌和質(zhì)量及振搗控制，采用附著式和插入式相結(jié)合的方法。

蒸汽養(yǎng)護嚴格按照方案設計進行控制，確保槽體混凝土強度的正常發(fā)展，避免裂縫的發(fā)生[11]。

預應力施工設計時，要注意掌握設計文件的要求和預應力設計參數(shù)，明確張拉順序并需詳細計算各束鋼絞線的張拉力和錨固伸長值。

圖3 渡槽整體預制施工工藝流程圖

2.3 鋼筋骨架整體入模技術設計

在鋼筋制安臺座區(qū)按設計藍圖完成單跨渡槽鋼筋以及預應力筋預綁扎、安裝工作，形成完整的渡槽鋼筋骨架籠。很明顯，這項施工設計的主要內(nèi)容是制槽廠龍門吊及其配套裝置。

龍門吊是一個大型起重設備，其設計驗算必須嚴格。當采用廠家定制時，設計計算由廠家負責；施工現(xiàn)場要對所采用的特制吊具(吊點)進行設計計算，確定吊具的結(jié)構形式及材質(zhì)。

2.4 渡槽蒸養(yǎng)方案設計與實施

對采用蒸汽養(yǎng)護的預制渡槽來說，蒸汽養(yǎng)護是一道關鍵的施工工序，應進行系統(tǒng)的方案設計。通過系統(tǒng)設計,合理擬定參數(shù),對所需要的鍋爐、管道及養(yǎng)護棚等設施的相關數(shù)據(jù)進行詳細計算[1-2]；嚴格蒸汽養(yǎng)護工藝標準及過程控制，保證渡槽蒸養(yǎng)質(zhì)量；同時鍋爐的使用應滿足安全、環(huán)保要求。

渡槽混凝土澆筑完畢后4～6 h，開始采用蒸汽養(yǎng)護方法進行混凝土養(yǎng)護，開始養(yǎng)護前，對制槽臺座用養(yǎng)護棚封閉，蒸汽養(yǎng)護時間30 h左右，養(yǎng)護分4個階段進行：靜停階段→升溫階段→恒溫階段→降溫階段。

(1) 靜停期：槽體混凝土澆筑完畢至混凝土初凝之前的養(yǎng)護期為靜停期。靜停期間保持棚內(nèi)溫度不低于5 ℃，澆筑完4～6 h后方可升溫(夏季為4 h，冬季為6 h)。靜停期可向棚內(nèi)供給小量的蒸汽，將棚內(nèi)溫度控制在20 ℃以內(nèi)(冬季)。

(2) 升溫期：溫度由靜停期升至規(guī)定的恒溫階段為升溫期。前2 h升溫速度控制在6～8 ℃/h，之后可放寬至10 ℃/h。

靜停期結(jié)束后，向槽體送汽升溫。升溫過程中每10 min觀察溫度、濕度一次，控制升溫速度，并使罩內(nèi)濕度在90%以上。溫升速率通過溫控系統(tǒng)來監(jiān)測控制。當養(yǎng)護溫度達到60 ℃時，調(diào)整送汽質(zhì)量，控制棚內(nèi)的溫度在這種狀態(tài)下，開始進入恒溫養(yǎng)護階段。

(3) 恒溫期：恒溫養(yǎng)護期間蒸汽溫度不宜超過60 ℃；恒溫期一般保持10～12 h，具體時間可根據(jù)試驗確定。恒溫加熱階段要保持90%～100%的相對濕度。

恒溫期溫度應控制在(60±2) ℃。每小時由控制系統(tǒng)監(jiān)測一次槽內(nèi)的溫度、濕度，及時調(diào)整蒸汽質(zhì)量和送汽速度。恒溫結(jié)束前，檢測混凝土同條件養(yǎng)護試件的強度，當達到設計強度的85%時，便可進入降溫期。

(4) 降溫期：恒溫結(jié)束前，檢測混凝土養(yǎng)護試件的強度，當達到設計強度的85%時，便可進入降溫期。啟動通風系統(tǒng)開始降溫，為防止梁由于降溫過快而產(chǎn)生裂縫，降溫速度控制在10 ℃/h內(nèi)。停止養(yǎng)護后出倉的槽身溫度與外界的溫度差不應超過15 ℃。

通過設計及生產(chǎn)實踐，現(xiàn)場布置1臺蒸汽蒸發(fā)量為6.5 t/h、蒸汽壓力1.25 MPa的生物質(zhì)低壓鍋爐，能滿足供汽要求。32 m(長)×10.0 m(寬)×9.0 m(高)的整體蒸養(yǎng)棚罩采用型鋼自制而成，使用2臺門機平吊就位和拆離。

2.5 出槽技術設計

出槽是指將渡槽從制槽臺座上吊離到存槽區(qū)的施工過程。這項施工設計的主要內(nèi)容是槽廠專用的提槽機及其配套裝置。

提槽機是由門架、轉(zhuǎn)向支撐裝置、大車走行機構、起吊機構、吊具、液壓系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)及安全裝置等組成的一個大型起重設備，采用廠家定制，其設計計算由廠家負責。

3 架槽技術

3.1 架槽設備選型

針對本工程渡槽預制的總體布置及結(jié)構特點，要完成渡槽架設安裝工作，應采用渡槽提運架成套施工裝備。渡槽提運架成套施工裝備由1臺1 200 t提槽機、1臺1 200 t輪軌式運槽車、1臺1 200 t架槽機組成[4]。

(1) ME1200提槽機主要用于制槽場的渡槽搬運、首跨(第3孔)及前兩孔渡槽的架設、向運槽車裝槽，同時還兼運槽車、架槽機的組裝和拆除工作。

(2) DY1200輪軌式運槽車主要用于在已架設好的渡槽頂上完成槽上運槽作業(yè)，向架槽機喂槽。

(3) DF1200架槽機架設由運槽車運來的渡槽和完成自身過孔等功能。

(4) 提槽機、架槽機在作業(yè)工況時應滿足、實現(xiàn)四點起吊、三點平衡的功能；運槽車運輸過程中應始終能夠保持三點平衡，防止渡槽受扭。

3.2 工況檢算

提運架成套施工裝備使用前要對控制工況下自身結(jié)構體受力情況以及渡槽槽體受力情況進行檢算。檢算時，要根據(jù)渡槽結(jié)構設計及預應力布置情況，檢算最不利工況下渡槽的抗彎強度及主控截面的正應力；要根據(jù)過程中的運行工況對施工裝備進行系統(tǒng)、詳細的結(jié)構檢算，得出準確的檢算結(jié)論，保證使用中的施工裝備以及槽體受力安全[6-7,9-10]。

通過構件的檢算和設計，確定了由門架、走行機構、走行轉(zhuǎn)向裝置、起升機構和液壓電控系統(tǒng)組成的整個提槽機設備(見圖4)；由運槽車A、運槽車B、管狀結(jié)構連接桿、發(fā)電機組、駕駛室、電控系統(tǒng)組成的運槽車整體結(jié)構；主要由導梁、2臺門式起重機、電控系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)組成的整個架槽機結(jié)構。采用四點起吊、三點平衡技術，防止渡槽在吊運時發(fā)生扭曲。在整個施工期間，結(jié)構受力安全、運行平穩(wěn)。

圖4 提槽機結(jié)構圖

3.4 架槽順序及作業(yè)程序設計

架槽順序主要受渡槽線路條件、制槽場布置以及周邊環(huán)境的關系制約，應找到滿足總工期的架槽施工順序。孟樓渡槽首跨架設在第3孔，按第3孔到最后一孔順序、最后完成第2孔和第1孔的架設。

作業(yè)程序設計較簡單，對特定的提運架施工裝備，它的作業(yè)程序設計一般都是固定的，設計生產(chǎn)廠家會給出詳細的作業(yè)程序圖示。

3.5 提運架施工裝備的組裝及試架

提運架施工裝備進場后，按照總裝設計圖紙分別對其進行組裝，檢查各部分的動作及性能，組裝后的檢查要分項進行并做好記錄。

組裝完畢且檢查合格后，要進行渡槽試吊試架。試吊試架前要編寫試吊試架方案并做好技術交底工作，明確試吊試架方法及目的。試吊試架時成立專門工作小組，整個過程要組織嚴密、控制到位。試架中發(fā)現(xiàn)問題，應及時處理。

4 安全管理

(1) 進行預應力張拉時，重點要防止斷筋傷人和作業(yè)排架、高處作業(yè)人員及設備安全。

(2) 嚴格按照鍋爐安全使用規(guī)定規(guī)范操作。

(3) 編制詳細的《龍門吊安全使用手冊》，對作業(yè)層進行詳細的技術交底，嚴格規(guī)范操作程序。

(4) 編制詳細的《提運架設備安全操作手冊》和《提運架設備安裝與拆除專項方案》[3]；嚴格按照通過技術監(jiān)督部門審查認證的產(chǎn)品使用說明書和操作手冊進行安裝、調(diào)試、使用和拆除，對操作人員要進行強化技術培訓，嚴格規(guī)范操作程序。

(5) 定期對機具設備進行全面安全大檢查，杜絕機械安全隱患；作好日常巡檢、維護保養(yǎng)工作，杜絕帶病工作。

(6) 吊槽、運槽、架槽過程中設立專人監(jiān)護，發(fā)現(xiàn)異常情況及時停止作業(yè)，待情況查明并采取措施后方可繼續(xù)進行。

(7) 配備必要的聯(lián)絡工具，保證所有操作過程相互配合，動作同步、協(xié)調(diào)、一致。

(8) 配備必要的高空作業(yè)防護用品。

5 結(jié) 語

對自重達1 200 t的大型矩形加肋薄壁預制渡槽施工，其中槽身模板設計、槽身鋼筋骨架制作整體吊裝、渡槽混凝土澆筑一次成型、蒸汽養(yǎng)護工藝、提運架成套設備聯(lián)合使用等都是一個成功的嘗試。這些技術的應用，保證了工程質(zhì)量，提高了施工速度，滿足了進度要求。類似工程施工時要根據(jù)不同的渡槽結(jié)構形式做好模板規(guī)劃設計及施工期的維護保養(yǎng)工作；制槽場的布置要做好排水系統(tǒng)的規(guī)劃和建設；渡槽安裝專用設備要做好日常檢查、維護工作，嚴禁帶病作業(yè)；加強作業(yè)人員安全教育和培訓，嚴格操作規(guī)程，確保安全、高效地完成各項施工任務。