鄂北地區(qū)水資源配置工程大型現(xiàn)澆渡槽過水?dāng)嗝鏌o穿墻拉桿模板施工技術(shù)

李翔 趙容 童文虎

摘要：在引輸水工程中，作為主要輸水建筑物的大型預(yù)應(yīng)力渡槽具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、荷載承受較大、薄壁異形多、張拉預(yù)埋件數(shù)量多及精度要求高等特點(diǎn)。采用普通拉桿對(duì)拉加固方式會(huì)影響槽身側(cè)墻混凝土結(jié)構(gòu)的抗?jié)B性和穩(wěn)定性，過多的拉桿會(huì)與渡槽預(yù)應(yīng)力鋼筋產(chǎn)生沖突。研究提出“外桁架+內(nèi)臺(tái)車”組合無穿墻拉桿鋼模板體系，可杜絕槽身過水?dāng)嗝嫖恢脻B水的質(zhì)量隱患，加快槽身施工進(jìn)度，減少槽身模板施工成本。利用BIM技術(shù)對(duì)模板和臺(tái)車結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。研究成果對(duì)類似工程設(shè)計(jì)和施工具有一定的借鑒意義。

關(guān)鍵詞：預(yù)應(yīng)力渡槽;無穿墻拉桿模板;外桁架;內(nèi)臺(tái)車;鄂北地區(qū)水資源配置工程

中圖法分類號(hào)：TV672.3文獻(xiàn)標(biāo)志碼：ADOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2020.11.001

文章編號(hào)：1006 - 0081（2020）11 - 0001 - 04

Abstract： As the major water conveyance structure， large prestressed aqueduct is characterized by complex structure， bearing heavy load， lots of special-shaped thin wall and embedded tension parts， and high accuracy requirement. Reinforcing by common double-way opposed-pulling will affect the anti-permeability and stability of the concrete side wall of the aqueduct and excessive tension rods may collide with the aqueduct prestressed reinforcement. A combination system of "outer truss + inner trolley" was proposed， which can eliminate potential quality hazards regarding seepage in the cross-section of the aqueduct body， speed up the aqueduct construction process， and reduce associated construction costs. This paper can provide reference for the design and construction of other similar projects.

Key words： prestressed aqueduct; formwork without pass-wall draw rod; outer truss; inner trolley; ?North Hubei Water Transfer Project

1 工程背景

鄂北地區(qū)水資源配置工程（以下簡(jiǎn)稱“鄂北工程”）是從丹江口水庫(kù)清泉溝隧洞進(jìn)口引水，向沿線城鄉(xiāng)生活、工業(yè)和唐東地區(qū)農(nóng)業(yè)供水，以解決鄂北地區(qū)干旱缺水問題的一項(xiàng)大型水資源配置工程[1]。工程線路總長(zhǎng) 269.34 km。七方方寨渡槽至七方王坡渡槽線路平面總長(zhǎng) 5.41 km，設(shè)計(jì)流量 36.2 m3/s，設(shè)計(jì)水位 127.70 ～126.76 m，設(shè)計(jì)水深 4.07 m。渡槽為30 m一跨，設(shè)計(jì)為單槽雙側(cè)墻矩形槽，選用三向預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土簡(jiǎn)支結(jié)構(gòu)，采用現(xiàn)澆施工。單槽橫斷面尺寸為：內(nèi)輪廓 6.4 m×4.9 m（凈寬×凈高），外輪廓 8.6 m×（7.0～6.5）m;底板厚 0.4 m，邊墻厚度為 0.5 m，空槽重量約1 135 t。槽身結(jié)構(gòu)見圖1。單跨渡槽縱向預(yù)應(yīng)力鋼絞線32孔，橫向預(yù)應(yīng)力鋼絞線39孔，豎向預(yù)應(yīng)力螺紋鋼筋146孔。單榀渡槽采用的是三向預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)，縱向預(yù)應(yīng)力鋼絞線32孔，橫向預(yù)應(yīng)力鋼絞線39孔，豎向預(yù)應(yīng)力螺紋鋼筋146孔，張拉預(yù)埋件數(shù)量多且精度要求高?？紤]到槽身為薄壁結(jié)構(gòu)，側(cè)墻厚度僅為0.5 m，采用普通拉桿對(duì)拉加固方式會(huì)影響到槽身側(cè)墻混凝土結(jié)構(gòu)的抗?jié)B性和穩(wěn)定性，并且過多的拉桿會(huì)與渡槽預(yù)應(yīng)力鋼筋產(chǎn)生沖突。

針對(duì)上述特點(diǎn)，工程采用“外桁架+內(nèi)臺(tái)車”組合無穿墻拉桿鋼模板體系。外側(cè)模桁架支撐加固體系，減少了混凝土施工縫的產(chǎn)生和對(duì)拉精軋螺紋鋼的數(shù)量，提高了混凝土實(shí)體工程質(zhì)量，改善了混凝土外觀質(zhì)量?！芭_(tái)車+鋼模”體系減少了拆卸內(nèi)模板的工序步驟，加快了模板周轉(zhuǎn)施工的時(shí)間和整體渡槽施工進(jìn)度。利用BIM技術(shù)對(duì)模板和臺(tái)車結(jié)構(gòu)進(jìn)行深化設(shè)計(jì)，對(duì)模板安裝拆卸、混凝土澆筑等重要工序進(jìn)行仿真模擬和方案優(yōu)化，通過邁達(dá)斯Civil有限元分析軟件對(duì)現(xiàn)澆渡槽模板支撐體系進(jìn)行受力分析，確保了模板支撐體系穩(wěn)定和渡槽的安全施工。

2 外側(cè)模板支撐與加固設(shè)計(jì)

2.1 渡槽模板施工

工程渡槽分成兩次澆筑（見圖2）。根據(jù)渡槽結(jié)構(gòu)尺寸、外表輪廓、預(yù)應(yīng)力要求、澆筑順序及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，對(duì)渡槽外側(cè)模進(jìn)行分塊，分塊主要以底板往上1 m為界限，分為上下兩部分，即底板外側(cè)模和槽壁外側(cè)模。每塊鋼模板以及配件材質(zhì)均采用Q235碳素結(jié)構(gòu)鋼，面板采用6 mm鋼板，橫豎邊框采用12 mm×100 mm帶鋼，主肋采用〔10號(hào)槽鋼，縱肋采用80 mm×6 mm帶鋼。模板設(shè)計(jì)為平口連接，面板邊采用銑邊機(jī)銑邊，以保證同種模板能任意互換，內(nèi)外模板連接選用GB8.8級(jí)-M18×60 mm螺栓，螺栓孔為M20×30 mm長(zhǎng)孔[2]。

2.2 桁架體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

外側(cè)模板采用〔14號(hào)與〔16號(hào)槽鋼配合制作的上下兩部分桁架體系支撐。桁架體系設(shè)計(jì)數(shù)量根據(jù)渡槽12塊面板確定為上下各24件桁架，每塊面板模板上加固有2件桁架，桁架體系一共由96件桁架組成，見圖3。下部桁架上端焊有2塊250 mm ×250 mm的連接板，開有4個(gè)？20的螺栓孔。上部桁架上下兩端焊有4塊250 mm×250 mm的連接板，開有4個(gè)？20的螺栓孔。與桁架相配對(duì)的外側(cè)面模板的橫肋槽鋼上均開有？22的螺栓孔，而每件桁架與模板加固則均采用長(zhǎng)310 mm、端頭彎鉤45°的鉤頭螺栓固定。整個(gè)桁架體系下部放置在槽鋼上，上下部分桁架端部連接板相接觸并上螺栓加固。每塊桁架縱向有2件桁架連桿帶螺栓加固，上下兩部分每件桁架豎向也各有桁架連桿帶螺栓加固。該設(shè)計(jì)使96件桁架與模板形成一個(gè)牢固的整體，受力均勻穩(wěn)固，混凝土壓力和模板自重均勻傳導(dǎo)至支撐體系[3]。

3 內(nèi)側(cè)模板的支撐、加固與周轉(zhuǎn)

為了實(shí)現(xiàn)無穿墻拉桿模板技術(shù)，渡槽內(nèi)側(cè)模板的支撐與加固以臺(tái)車形式（見圖4）設(shè)計(jì)。臺(tái)車根據(jù)渡槽長(zhǎng)度和模板分塊設(shè)計(jì)為4.64 m一組，共5組;2.85 m一組，共2組。每組臺(tái)車均由內(nèi)模上橫聯(lián)、內(nèi)模中橫聯(lián)、內(nèi)膜支架立柱、內(nèi)模下橫聯(lián)拼裝而成。臺(tái)車主體材料由〔20和〔25槽鋼配合制作，同時(shí)還設(shè)計(jì)有滑道連接頭、可調(diào)支撐、連接板、下滑輪、鋼枕及木抄楔、墊梁等配件。為了保護(hù)混凝土以及方便臺(tái)車移動(dòng)，還設(shè)計(jì)有軌道和軌道連桿。

施工過程包括：①由汽車吊將臺(tái)車的軌道和軌道連接桿吊至渡槽底板。安裝時(shí)應(yīng)提前放置渡槽中線以對(duì)軌道安裝尺寸和間距校準(zhǔn)，并且固定好軌道。②將臺(tái)車的內(nèi)模上橫聯(lián)、內(nèi)模中橫聯(lián)、內(nèi)膜支架立柱、內(nèi)模下橫聯(lián)由汽車吊吊至渡槽底板，按照設(shè)計(jì)分組進(jìn)行拼裝。③使用千斤頂將臺(tái)車頂起至設(shè)計(jì)高度并在內(nèi)模下橫梁適當(dāng)位置放置墊梁和鋼枕。④按照內(nèi)側(cè)槽壁模板和臺(tái)車的對(duì)應(yīng)分塊安裝滑道連接頭固定模板，并安裝可調(diào)支撐。⑤當(dāng)可調(diào)支撐和臺(tái)車、槽壁內(nèi)側(cè)模板之間安裝牢固后，即可調(diào)整可調(diào)支撐的伸長(zhǎng)長(zhǎng)度使模板移動(dòng)至設(shè)計(jì)位置并使用螺栓加固。⑥在裝好外側(cè)模板和渡槽頂部人行走道模板后，同邊槽壁內(nèi)外側(cè)模板和兩邊外側(cè)模板使用精軋螺紋鋼對(duì)拉固定，并將13件12 m的上橫梁吊裝至渡槽頂部，使用螺栓與兩邊外側(cè)模板桁架固定。⑦完成混凝土澆筑后的3 d后，C50混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度60%時(shí)可拆除模板[4]。調(diào)整可調(diào)支撐伸長(zhǎng)長(zhǎng)度以帶動(dòng)槽壁內(nèi)側(cè)模縮回，使模板脫離混凝土表面。固定好可調(diào)支撐時(shí)，在下一跨渡槽底板上安裝好軌道，同時(shí)使用千斤頂頂住臺(tái)車，撤去鋼枕和墊梁將臺(tái)車落下。然后使用卷揚(yáng)機(jī)拉動(dòng)一組臺(tái)車連帶內(nèi)側(cè)模板一起移動(dòng)至下一跨渡槽底板預(yù)定位置。采用同樣的操作流程將7組臺(tái)車全部移動(dòng)到下一跨渡槽底板上即可進(jìn)行下一跨渡槽的第二次混凝土施工。內(nèi)模臺(tái)車脫模行走示意見圖5。

4 結(jié)合BIM技術(shù)的模板專業(yè)應(yīng)用

通過引入BIM技術(shù)對(duì)鄂北工程進(jìn)行深化研究與應(yīng)用，尤其針對(duì)渡槽模板和無穿墻拉桿模板技術(shù)進(jìn)行了專門研究與應(yīng)用。根據(jù)模板設(shè)計(jì)圖紙、混凝土澆筑方案、設(shè)計(jì)技術(shù)要求，利用BIM軟件建立三維可視化模型，見圖6。

將Revit軟件建好的三維模型轉(zhuǎn)換格式后導(dǎo)入到邁達(dá)斯 Civil有限元分析軟件，最后在有限元分析軟件中依次定義特性信息、建立邊界條件、添加荷載、定義分析控制數(shù)據(jù)、運(yùn)行分析和查看結(jié)果。邁達(dá)斯 Civil有限元分析計(jì)算結(jié)果表明，渡槽施工過程中，模板、桁架等強(qiáng)度和變形均滿足現(xiàn)行規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)要求。最后還可根據(jù)軟件得出的數(shù)據(jù)對(duì)模板設(shè)計(jì)進(jìn)行深入的改進(jìn)和優(yōu)化，見圖7。

通過使用BIM技術(shù)對(duì)模板安裝拆卸進(jìn)行多次三維模擬，最終達(dá)到模板安裝拆卸方案的最優(yōu)化。利用三維可視化模型和最優(yōu)方案施工過程制作三維動(dòng)畫，并使用動(dòng)畫對(duì)施工人員進(jìn)行施工技術(shù)交底，幫助其更形象、直觀地了解安裝拆卸過程中的重難點(diǎn)和關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，提升了施工質(zhì)量，避免了安全隱患，加快了施工進(jìn)度。

5 結(jié) 論

三向預(yù)應(yīng)力現(xiàn)澆渡槽具有槽身厚度小、異形結(jié)構(gòu)多、施工難度大、工藝復(fù)雜等特點(diǎn)，為保證施工質(zhì)量、節(jié)省投資、縮短工期，研究提出了大型現(xiàn)澆渡槽過水?dāng)嗝鏌o穿墻拉桿模板技術(shù)，解決了過水?dāng)嗝嬉蚶瓧U孔洞造成滲水質(zhì)量和施工進(jìn)度滯后等問題。

（1）結(jié)合傳統(tǒng)的槽壁對(duì)拉桿模板存在的問題和施工經(jīng)驗(yàn)，提出了外側(cè)模桁架支撐加固體系，減少了混凝土施工縫的產(chǎn)生和對(duì)拉精軋螺紋鋼的數(shù)量，避免了槽壁因?qū)自斐傻穆┧|(zhì)量隱患，提高了混凝土實(shí)體工程質(zhì)量，改善了混凝土外觀質(zhì)量。

（2）結(jié)合施工先例和無穿墻拉桿模板技術(shù)研究?jī)?nèi)容，提出了“臺(tái)車+鋼模”體系，減少了拆卸內(nèi)模板的工序步驟，加快了模板周轉(zhuǎn)施工的時(shí)間和整體渡槽施工進(jìn)度，提高了渡槽槽壁澆筑質(zhì)量。

（3）利用BIM技術(shù)對(duì)模板和臺(tái)車結(jié)構(gòu)進(jìn)行深化設(shè)計(jì)，并且對(duì)現(xiàn)澆渡槽支撐架搭設(shè)、模板安裝拆卸、混凝土澆筑等重要工序進(jìn)行仿真模擬和優(yōu)化。利用邁達(dá)斯Civil有限元分析軟件對(duì)現(xiàn)澆渡槽模板支撐體系進(jìn)行受力分析，分析表明，模板分塊合理、加固安全方便，確保了模板支撐體系穩(wěn)定和渡槽安全施工。

參考文獻(xiàn)：

[1] 湖北省水利水電規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院. ?鄂北地區(qū)水資源配置工程2016年第3標(biāo)段渡槽槽身預(yù)應(yīng)力混凝土施工技術(shù)要求[R]. 武漢：湖北省水利水電規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院，2016.

[2] JGJ 162-2008 建筑施工模板安全技術(shù)規(guī)范[S].

[3] JGJ 166-2016 建筑施工碗口式鋼管腳手架安全技術(shù)規(guī)范[S].

[4] GB 50009-2012 ?建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范[S].

（編輯：李曉濛）