薄壁U型渡槽造槽機(jī)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

吳建磊 黃海

摘要：預(yù)應(yīng)力U形薄壁梁式渡槽在國內(nèi)屬較新型的結(jié)構(gòu)形式，首次應(yīng)用于東深供水改造工程。本文結(jié)合漆水河倒虹改建工程，在設(shè)計(jì)、方案及施工過程中對(duì)造槽機(jī)進(jìn)行了優(yōu)化改進(jìn)，解決了翻漿、線形不順直、端模脫模困難等施工難題。對(duì)采用造槽機(jī)法施工的24m、30m、40m等不同跨度的矩形、U型、梯形渡槽工程施工，具有一定的參考價(jià)值。

Abstract： The prestressed U-shaped thin-walled beam aqueduct is a relatively new structural form in China， which was first applied to the Dongshen water supply renovation project. In this paper， combined with the renovation of the Qishuihe inverted rainbow， the slot machine was optimized and improved in the design， plan and construction process to solve the construction problems such as grouting， uneven line shape， and difficulty in demolding the end mold. It has a certain reference value for the construction of rectangular， U-shaped and trapezoidal aqueducts with different spans， such as 24m， 30m， 40m， etc.

關(guān)鍵詞：U型渡槽;造槽機(jī);優(yōu)化設(shè)計(jì)

Key words： U-shaped aqueduct;the aqueduct-making machine;optimal design

中圖分類號(hào)：TV672+.2? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1006-4311（2020）21-0154-02

1? 工程概況

漆水河倒虹改建工程全長(zhǎng)723m，為Ⅲ等中型工程。漆水河渡槽跨越漆水河，全長(zhǎng)420m，共14跨。梁式渡槽為單向預(yù)應(yīng)力混凝土弧腳矩形槽簡(jiǎn)支結(jié)構(gòu)，C50W6F150纖維混凝土，單跨長(zhǎng)30m，渡槽凈寬4.8m，凈高2.8m，跨中斷面凈高3.2m，兩側(cè)直段高1.50m，槽壁厚0.30m，底板厚0.4m，渡槽頂部沿槽身軸線方向每隔2.5m方向設(shè)一根0.3×0.3m的拉桿，槽身底部布置9孔縱向有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋，單孔8根Фs15.2鋼絞線。梁式渡槽下部支承結(jié)構(gòu)邊跨采用樁式槽臺(tái)，中間跨采用重力墩，渡槽基礎(chǔ)均采用灌注樁基礎(chǔ)。預(yù)應(yīng)力U形薄壁梁式渡槽采用一臺(tái)DZ30/320型造槽機(jī)（移動(dòng)模架）自出口向進(jìn)口方向逐跨原位現(xiàn)澆施工。

2? 造槽機(jī)的原理

造槽機(jī)是借鑒橋梁移動(dòng)模架造橋機(jī)的經(jīng)驗(yàn)，研制的一種自帶模板，可自動(dòng)前移的渡槽專用大型設(shè)備，主要由外梁、外模系統(tǒng)、外肋系統(tǒng)、內(nèi)模系統(tǒng)、1號(hào)支腿、2號(hào)支腿、3號(hào)支腿、4號(hào)支腿、起升小車、附屬結(jié)構(gòu)、配重塊、電氣系統(tǒng)及液壓系統(tǒng)等組成，其原理是利用槽墩上安裝可能，支腿支撐外梁（主梁），在外梁系統(tǒng)上安裝外模、外肋系統(tǒng)，與內(nèi)模系統(tǒng)等組成一個(gè)可以自行縱向移動(dòng)的渡槽施工平臺(tái)。（圖1）

3? 造槽機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

①外梁采用箱形組合梁。為單梁形式，外梁為造槽機(jī)的主要承重結(jié)構(gòu);外梁上設(shè)有挑梁，外肋在挑梁上能實(shí)現(xiàn)外模板的開、合模功能。過跨時(shí)外梁攜帶外模系統(tǒng)過孔走行。

②外模系統(tǒng)主要由側(cè)模、底模、端模、撐桿等組成。外模系統(tǒng)直接承受混凝土自重及混凝土所產(chǎn)生的側(cè)壓力。外模板由面板與型鋼組焊制成，面板厚5-8mm。

③外肋系統(tǒng)主要由外肋、拉桿、旋轉(zhuǎn)油缸等組成。外肋吊掛在挑梁上。外肋側(cè)面附著安裝側(cè)模，底面附著安裝底模，在外肋與挑梁之間安裝有旋轉(zhuǎn)油缸，用于實(shí)現(xiàn)外肋帶動(dòng)外模的旋轉(zhuǎn)啟閉;外肋與外模板安裝成整體。外肋在槽頂處設(shè)置有頂拉桿，以減少外肋的變形。

④內(nèi)模系統(tǒng)主要由內(nèi)模板、內(nèi)梁、一級(jí)折疊油缸、二級(jí)折疊油缸、吊桿、軌道及馬凳等組成。內(nèi)模系統(tǒng)直接承受澆注混凝土過程中混凝土產(chǎn)生的側(cè)壓力，并保持渡槽內(nèi)腔的尺寸。內(nèi)模由液壓操控支模、收模，電動(dòng)自行走，自動(dòng)化程度高。

⑤1號(hào)支腿主要由托輥輪箱、吊掛走行、輔助托輥、重載、立柱、斜撐、上下橫梁、錨固座、載荷傳感器等組成。作用是澆注時(shí)支撐、吊掛走行過跨，整機(jī)過孔時(shí)支撐。

⑥2號(hào)腿主要由墊梁、下橫梁、滑座總成、縱移滑靴等組成;2號(hào)腿為空載支撐腿，過孔時(shí)支撐主梁，脫空1號(hào)腿;過孔后期與4號(hào)腿共同推動(dòng)主梁縱移。2號(hào)腿下部設(shè)有兩個(gè)橫移油缸，用來調(diào)整1號(hào)腿橫向站位。

⑦3號(hào)支腿主要由橫梁、支腿、支承油缸、抱箍等組成。作用：澆注工況時(shí)，將抱箍安裝在油缸下方，與1號(hào)腿共同支承主梁。

⑧4號(hào)腿為空載支承腿，分為4a支腿、4b支腿兩部分，為箱型立柱結(jié)構(gòu)。分別通過法蘭與主梁連接，下端有支撐油缸，過孔時(shí)，4a支腿與4b支腿配合，推動(dòng)主梁縱移過孔。

⑨DZ30/320型造槽機(jī)因整機(jī)機(jī)構(gòu)分散，所以液壓系統(tǒng)采用獨(dú)立單元設(shè)計(jì)，系統(tǒng)簡(jiǎn)化和模塊化，減少沿程損失和功率損耗，方便維修和搬運(yùn)。整機(jī)液壓系統(tǒng)共7套：一二三（四）號(hào)支腿液壓系統(tǒng)各1套、外模液壓系統(tǒng)2套、內(nèi)模液壓系統(tǒng)2套。每套液壓系統(tǒng)都由液壓泵站、液壓管路和油缸等組成。

⑩造槽機(jī)小車起升機(jī)構(gòu)、小車縱移機(jī)構(gòu)、內(nèi)梁走行及1號(hào)腿吊掛采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)，其余機(jī)構(gòu)的動(dòng)作使用油缸驅(qū)動(dòng)。

4? 造槽機(jī)優(yōu)化

4.1 設(shè)計(jì)優(yōu)化

根據(jù)本工程渡槽結(jié)構(gòu)形式，設(shè)計(jì)制造單位根據(jù)施工經(jīng)驗(yàn)，對(duì)造槽機(jī)設(shè)計(jì)進(jìn)行了優(yōu)化，已適應(yīng)施工需要，功能完善合理。

①采用內(nèi)、外主梁結(jié)構(gòu)。造槽機(jī)內(nèi)、外模系統(tǒng)分別懸掛在內(nèi)、外主梁上，結(jié)構(gòu)合理，受力明確。

②模板的開啟與閉合采用全液壓系統(tǒng)控制。

③造槽機(jī)外主梁剛度大，砼荷載對(duì)外主梁所產(chǎn)生的撓跨比≤1/1000。

④造槽機(jī)頂部可設(shè)雨棚，可全天候進(jìn)行現(xiàn)澆施工作業(yè)。

⑤造槽機(jī)1號(hào)腿過孔靠電機(jī)驅(qū)動(dòng)，走行平穩(wěn)，安全高效。

⑥內(nèi)模的設(shè)計(jì)參考了南水北調(diào)工程湍河渡槽的施工經(jīng)驗(yàn)，將外梁與內(nèi)模內(nèi)梁用吊桿聯(lián)系起來，當(dāng)混凝土澆筑的時(shí)候?qū)崿F(xiàn)了整機(jī)主梁、內(nèi)模、外模的協(xié)調(diào)變形，是該造槽機(jī)最大設(shè)計(jì)特點(diǎn)之一，以此可以解決“U”型渡槽澆筑時(shí)容易發(fā)生的翻漿問題和內(nèi)壁掛簾問題。

4.2 設(shè)計(jì)方案優(yōu)化

為確保造槽機(jī)在工程實(shí)際使用中適應(yīng)各種施工需要，確保造槽機(jī)設(shè)計(jì)方案合理、功能完善，舉辦了造槽機(jī)設(shè)計(jì)方案評(píng)審會(huì)，對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了審查，提出了方案優(yōu)化意見并進(jìn)行了優(yōu)化：

①槽身拉桿由預(yù)制安裝改為一體現(xiàn)澆方式，設(shè)計(jì)方案增加相應(yīng)模板及支撐。

②設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮內(nèi)模振搗觀察窗口設(shè)置的合理性，在弧線段設(shè)置兩排，窗口的活動(dòng)模板要制作精密，保證混凝土外觀質(zhì)量。

③端模設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮安裝、拆除方便，滿足設(shè)計(jì)預(yù)應(yīng)力管道錨墊板安裝及張拉要求。

④在1#支腿墩頂預(yù)埋構(gòu)件進(jìn)行支腿固定，以保證設(shè)備的安全穩(wěn)定性。

4.3 施工過程優(yōu)化

在本工程梁式渡槽施工過程中，發(fā)現(xiàn)造槽機(jī)局部設(shè)計(jì)影響施工質(zhì)量和安全，對(duì)此進(jìn)行了優(yōu)化改進(jìn)。

①內(nèi)模兩側(cè)橫移油缸不同步，線型不順直，橫移鎖固凸輪無法安裝，影響施工質(zhì)量，對(duì)此進(jìn)行了優(yōu)化，增加橫移油缸處花籃螺桿，對(duì)橫移油缸進(jìn)行調(diào)節(jié)，保證線型。端模錨孔處拆模困難，拆模易混凝土崩裂，對(duì)此優(yōu)化改進(jìn)，將端模錨盒處進(jìn)行分解，單個(gè)錨盒獨(dú)立安裝拆卸，方便施工避免混凝土崩裂。

②人行道板模板脫模困難，拉梁結(jié)合處極易造成應(yīng)力集中棱角崩壞，對(duì)此進(jìn)行優(yōu)化，將結(jié)合處模板底部直角調(diào)整為45°倒角，并在連接處增加旋轉(zhuǎn)銷軸，方便拆裝。

③內(nèi)模脫模后與混凝土之間空間狹小，無法進(jìn)行模板清理及脫模劑涂刷，對(duì)此增加軌道馬凳固定裝置，在下一跨外模合模后，內(nèi)模開入下一跨進(jìn)行清理和脫模劑涂刷，然后開回上跨。

④造槽機(jī)過跨時(shí)1#支腿存在很大安全隱患，槽機(jī)前行時(shí)1#腿前傾嚴(yán)重，原設(shè)計(jì)采用上下托輥固定，但支腿前傾晃動(dòng)嚴(yán)重，影響造槽機(jī)過跨安全。廠家建議采用倒鏈及鋼絲繩拴拉固定，連接強(qiáng)度沒有保證，為保證施工安全，兩側(cè)采用原內(nèi)模固定絲杠連接固定，一端固定在支腿上，另一端通過預(yù)埋鋼筋固定在墩帽上，通過調(diào)節(jié)絲杠確保支腿穩(wěn)固，消除1#支腿在前行或后退時(shí)傾斜晃動(dòng)的安全隱患。

⑤散模需與造槽機(jī)前后進(jìn)行連接，并在墩頂進(jìn)行支撐。由于端頭斷面混凝土體量較大，均布荷載21.2kN/m，兩側(cè)需與支座相適應(yīng)，且與墩頂間距較小，僅有30cm。散模整體較大，安裝不便且拆除時(shí)易造成該部位混凝土損壞，對(duì)此設(shè)計(jì)了一整套墩頂散模，將散模分解為20-50cm寬度不同的小模板，并對(duì)應(yīng)預(yù)留支座安裝孔洞，支撐體系采用2道由2根5#槽鋼焊接成整體作為支撐橫梁，橫梁下采用1.5t小型機(jī)械千斤頂支撐在墩頂上。取得了良好的施工效果，避免了常規(guī)絲桿木楔易產(chǎn)生沉降變形問題，有效解決了墩頂散模空間小拆裝困難問題。

5? 結(jié)論

通過對(duì)薄壁U型渡槽造槽機(jī)的優(yōu)化，每孔渡槽從造槽機(jī)過孔至澆筑完成由原來35天縮短至25天，工期目標(biāo)得到了有效的保證。造槽機(jī)的優(yōu)化設(shè)計(jì)在寶雞峽漆水河倒虹吸改擴(kuò)建工程成功應(yīng)用，完成漆水河渡槽14孔渡槽澆筑，為此后類似水利渡槽工程提供了借鑒，具有一定的推廣價(jià)值。

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