大型水利工程施工中移動模架應(yīng)用及其形變控制技術(shù)研究

胡艷軍

(中國水利水電第四工程局有限公司，青海 西寧 810007)

近年來，我國在大型水利工程建設(shè)中，對大跨度橋梁、渡槽多采用移動模架系統(tǒng)進行混凝土澆筑[1]。移動模架系統(tǒng)由箱梁(主梁和內(nèi)梁)、模板(內(nèi)模板和外模板)系統(tǒng)、支撐(支腿)和行走(走行機構(gòu))系統(tǒng)以及傳動系統(tǒng)(如液壓系統(tǒng)和電氣系統(tǒng))等部分組成。與傳統(tǒng)的施工模式(如滿堂支架法)相比，利用移動模架系統(tǒng)施工具有諸多優(yōu)勢，如：(1)減少地面施工量、提高施工精準(zhǔn)度，(2)降低橋梁支架形變風(fēng)險，(3)提高橋梁或槽體外觀質(zhì)量、效果，(4)提高混凝土澆筑施工的安全性，(5)降低施工中機械性和能源性耗用，(6)應(yīng)用范圍廣、實用性強[2]。

以往,有關(guān)移動模架施工的文獻多集中在移動模架系統(tǒng)安裝步驟、原理構(gòu)造、施工效果等內(nèi)容。而在大型水利工程實踐中，移動模架及其各部件結(jié)構(gòu)承載能力、抗形變能力是整個施工進度、質(zhì)量控制的關(guān)鍵環(huán)節(jié)[3-4]。在項目實施前，需要進行移動模架堆載預(yù)壓試驗，用預(yù)壓前、預(yù)壓期、穩(wěn)定期、卸載后的標(biāo)高觀測值，算出模架總下沉值，計算彈性變形量(卸載后-穩(wěn)定期)和非彈性變形量(預(yù)壓前-卸載后)，據(jù)此設(shè)定移動模架預(yù)拱度值，根據(jù)移動模架預(yù)拱度值對模架底板預(yù)設(shè)高程，在首跨混凝土澆筑完成張拉后及時復(fù)測渡槽過水面高程，是否達到預(yù)期預(yù)拱。如果滿足要求即確定移動模架最終預(yù)拱度值，如過水面高程不能滿足設(shè)計要求，則調(diào)整下一跨渡槽預(yù)拱度值；根據(jù)渡槽混凝土結(jié)構(gòu)尺寸嚴(yán)格控制移動模架體型。此外，移動模架現(xiàn)場組裝精度的高低，直接影響到施工質(zhì)量、進度及安全生產(chǎn)。

南水北調(diào)中線一期工程總干渠雙洎河渡槽段工程位于河南省新鄭市境內(nèi)，總長度1.8494 km，其中渠道長度0.7724 km，建筑物長度1.0770 km。雙洎河渡槽屬于梁式渡槽，槽身為三向預(yù)應(yīng)力混凝土簡支結(jié)構(gòu)矩形槽，單槽凈寬7.00 m，凈高7.45 m，為現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)。雙洎河渡槽一聯(lián)單跨重約2500 t，是采用移動模架施工技術(shù)混凝土一次現(xiàn)澆成型的世界第一大渡槽。本文依據(jù)雙洎河渡槽施工情況，對移動模架堆載預(yù)壓、(彈性和非彈性)變形量、以及預(yù)拱度值等施工關(guān)鍵環(huán)節(jié)進行試驗、數(shù)據(jù)分析，以期為特大型移動模架技術(shù)更好地應(yīng)用于我國大型水利、橋梁工程建設(shè)提供依據(jù)和參考。

1 移動模架堆載試驗

DZ30/2500矩形槽移動模架安裝完畢后，靜載試驗?zāi)康氖菣z驗移動模架及其各部分的結(jié)構(gòu)承載能力；并初步掌握現(xiàn)澆渡槽施工過程中以及施工完成后造橋機的撓度和剛度，為渡槽澆筑預(yù)拱度值的設(shè)置提供依據(jù)。堆載試驗采用砂袋模擬渡槽混凝土荷載進行。

1.1 移動模架堆載實驗準(zhǔn)備、觀測點布設(shè)標(biāo)記、觀測方法

模架預(yù)壓基準(zhǔn)點遠離施工區(qū)域便于觀測位置布設(shè)二等水準(zhǔn)點、不少于4個工作基點。預(yù)壓及卸荷時分別在移動模架主梁上布置10個觀測點；底肋上和中縫縱向布置5個觀測點，橫向布置3個觀測點；在聯(lián)系梁中間位置上布設(shè)了6個點。移動模架主梁布設(shè)點及聯(lián)系梁中間位置布設(shè)觀測點，采用不量儀器高和棱鏡高的中間設(shè)站三角高程測量方法，直接將地面水準(zhǔn)基點傳遞到模架主梁頂部。移動模架底肋上和中縫縱向、橫向布設(shè)觀測點由于離地面較高，常規(guī)掛鋼尺測量誤差大，交叉作業(yè)影響大，故采用全站儀自由設(shè)站(自由設(shè)站觀測點不少于4個)配套彎管目鏡及自貼式反射片觀測，將反射片貼于底肋模板上進行觀測。

1.2 移動模架分級加載觀測

移動模架確定基準(zhǔn)載荷，用壓重物(袋裝沙子)模擬混凝土渡槽的重量分布，分別按基準(zhǔn)載荷的40%、80%、100%、120%對模架分級加載試驗。依據(jù)模架技術(shù)要求布設(shè)檢測點，調(diào)整移動模架主梁的標(biāo)高，使底模達到槽底設(shè)計標(biāo)高，側(cè)模達到設(shè)計標(biāo)高。加載預(yù)壓時采用分級加載方式：加載時采用分級加載方式：0→40%(靜停1 h)→80%(靜停1 h)→100%(靜停1 d)→120%(靜停2 h)，卸載時采用分級卸載方式：120%→100%(靜停1 h)→80%(靜停1 h)→40%(靜停1 h)→0。分級加載及卸載時精確計量，嚴(yán)格按預(yù)先制定的方案和程序進行，在堆載、卸載試驗每個時段對各個觀測點實測數(shù)據(jù)進行記錄。

1.3 移動模架觀測結(jié)果與分析

移動模架觀測數(shù)據(jù)整理用預(yù)壓前、預(yù)壓期、穩(wěn)定期、卸載后的標(biāo)高觀測值，算出模架總下沉值(預(yù)壓前-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(yù)壓前-卸載后)。

主梁的彈性變形值分析：從上可知，主梁的彈性變形值35 mm、33 mm，考慮測量時還有幾個毫米的回彈量，因此主梁的彈性變形值符合設(shè)計的32 mm的標(biāo)準(zhǔn)值，在堆載預(yù)壓允許的50 mm范圍內(nèi)。

聯(lián)系梁的彈性變形值分析：聯(lián)系梁的最大彈性變形量為33 mm，且從沉降表中看，各部位的沉降值均和主梁同步，故聯(lián)系梁的彈性變形值很小，為1～2 mm。

底模板的彈性變形值分析：底模板左、中、右側(cè)的最大沉降值分別為54 mm、63 mm和58 mm，其中包含了底模以上的沉降值(外肋、主梁等沉降)，約在33～35 mm范圍，按33 mm考慮，則底模板兩側(cè)的最大彈性變形值約為25 mm，中間最大變形值為30 mm(表1)。

在預(yù)壓過程中，移動模架的彈性變形值在設(shè)計允許的范圍內(nèi)，與理論值比較接近；經(jīng)過預(yù)壓消除了模架的非彈性變形，驗證了移動模架外模的強度，檢驗了設(shè)計與制造質(zhì)量，證明移動模架外模系統(tǒng)安全可靠，DZ30/2500矩形槽移動模架可投入施工使用。

表1 移動模架預(yù)壓沉降值計算表 mm

續(xù)表1 mm

1.4 預(yù)拱度值設(shè)置

根據(jù)移動模架堆載預(yù)壓試驗結(jié)果，為減少移動模架彈性變形對渡槽混凝土結(jié)構(gòu)的影響，在跨中、底模兩側(cè)處預(yù)設(shè)反拱。模架預(yù)拱度值如圖1。

圖1 預(yù)拱度值

2 特大型移動模架在雙洎河渡槽施工中的應(yīng)用

雙洎河渡槽主要建筑物由進口至出口依次為：進口漸變段、進口連接段、進口節(jié)制閘、槽身段、出口檢修閘、出口漸變段，總長810 m，設(shè)計流量305 m3/s，加大流量365 m3/s。槽身段長655 m，其中閘渡連接段長55 m，跨河梁式渡槽長600 m，為兩聯(lián)四槽，跨徑30 m，共20跨。梁式渡槽槽身為三向預(yù)應(yīng)力混凝土簡支結(jié)構(gòu)矩形槽，單槽凈寬7.00 m，凈高7.45 m，為現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)，一聯(lián)單跨重約2500 t，槽身比降為1/5800。

雙洎河渡槽共投入DZ30/2500矩形槽移動模架2臺套，移動模架單跨縱向長30 m、橫向17 m。DZ30/2500矩形槽移動模架主要由外梁系統(tǒng)、外模及外肋結(jié)構(gòu)、內(nèi)梁系統(tǒng)、內(nèi)模結(jié)構(gòu)、電氣及液壓系統(tǒng)等組成。雙洎河渡槽模架拼裝場地在20#墩～21#墩間布置6個基礎(chǔ)，基礎(chǔ)縱向間距8.7 m，橫向間距9.5 m，19#墩～20#墩間布置2個基礎(chǔ)。在主梁安裝之前，在框架上放線，其對角線誤差小于0.5 cm；最先安裝的主梁節(jié)段構(gòu)成的框架，對角線誤差小于1 mm；各主梁節(jié)段在縱向、橫向的位置偏差小于2 mm；安裝挑梁時，要檢查挑梁端部的位置，若偏差超過5 mm時，要在挑梁與主梁的法蘭之間用墊片調(diào)整；吊掛安裝后，通過調(diào)整位置，使吊掛內(nèi)表面處于同一個縱向平面內(nèi)；模板安裝時，要求模板之間的錯臺局部在1 mm 以內(nèi)。施工控制網(wǎng)建立，統(tǒng)一各階段施工的測量基準(zhǔn)，可以保證控制網(wǎng)點的誤差精度均勻，滿足施工需求，可顯著提高工程質(zhì)量。

3 結(jié) 語

中國水利水電第四工程局有限公司根據(jù)雙洎河渡槽施工條件、當(dāng)?shù)厣鐣h(huán)境等對渡槽支架法施工進行了深入分析，對渡槽其它施工方案進行積極探索并比對，最后選定移動模架法施工方案。通過雙洎河渡槽施工實踐及對施工現(xiàn)場的經(jīng)驗總結(jié)：移動模架施工測量已形成了較完整和成熟的工藝技術(shù)，值得推廣使用；成果非?？煽浚鉀Q了工程測繪中遇到的難題。渡槽體型通過第三方檢測驗收，得到了業(yè)主、施工單位的好評