裝配式渠槽結(jié)構(gòu)應(yīng)用優(yōu)勢分析

李偉亭，楊秋貴

(1.河南科光工程建設(shè)監(jiān)理有限公司，河南 鄭州 450003；2.河南省水利科學(xué)研究院，河南 鄭州 450003)

1 工程概況

新三義寨引黃供水南線工程的主要任務(wù)是采用渠道引水灌溉。南分干渠渾水渠段長4.70km，其中蘭考縣境內(nèi)長4.628km，民權(quán)縣境內(nèi)長0.072km；渠道設(shè)計流量為30m3/s，縱比降為1/5500，設(shè)計水深為2.5m。按照渠道總體設(shè)計，分別進行兩種型式渠槽結(jié)構(gòu)的布置，即1450m的混凝土護砌梯形渠槽，3250m的鋼筋混凝土矩形渠槽，在流槽渠段的進出口各設(shè)15m長的混凝土護砌扭曲面連接段。矩形渠槽段的過水?dāng)嗝娲?，凈?.1m；壁薄結(jié)構(gòu)，渠道沿線地質(zhì)條件復(fù)雜，為故黃河沖積粉細沙土；結(jié)構(gòu)形式為河南省同類結(jié)構(gòu)中較大斷面，工程實踐上尚無先例。自施工完成至今，三義寨引黃灌區(qū)的矩形渠槽結(jié)構(gòu)運行多年，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，產(chǎn)生了良好的后期效益，其設(shè)計及施工、運行參數(shù)為裝配式混凝土矩形渠槽結(jié)構(gòu)的進一步應(yīng)用提供了研究基礎(chǔ)。

2 裝配式結(jié)構(gòu)在水利工程中的必要性

(1)傳統(tǒng)作業(yè)方式的水利施工存在著原材料浪費嚴重、質(zhì)量通病問題突出和現(xiàn)場管理難度大等問題，而裝配式結(jié)構(gòu)作為一種新型的水利施工方式，即采用標準化設(shè)計、工廠化生產(chǎn)和裝配化施工作為主要生產(chǎn)方式，加快了水利工程的技術(shù)創(chuàng)新與發(fā)展，實現(xiàn)了水利工程構(gòu)件大型化和多元化的設(shè)想，進一步提高了水利工程施工的效率，為水利建設(shè)的革新發(fā)展提供了新的方向。

(2)現(xiàn)階段，國家對環(huán)保要求越來越嚴格，水利工程關(guān)系國計民生，但是在施工過程中受多種環(huán)境因素制約，產(chǎn)生的廢水、廢氣、廢料等在一定程度上會破壞自然環(huán)境和生態(tài)平衡。裝配式構(gòu)件由于采用工廠化作業(yè)，可以形成完成的產(chǎn)業(yè)鏈，實現(xiàn)節(jié)能減排、節(jié)約資源。它是優(yōu)化現(xiàn)有作業(yè)方式的重要手段，是實現(xiàn)水利工程可持續(xù)發(fā)展、打造生態(tài)水利的又一有效途徑。

(3)現(xiàn)階段隨著生育率的降低，人口老齡化的加劇，勞動力越來越少，而施工中人工費用占比較大，且勞動成本越來越高，裝配式施工可以實現(xiàn)廠內(nèi)流水作業(yè)，減少現(xiàn)場作業(yè)人員的投入，從而節(jié)約工程投資。

3 裝配式渠槽與現(xiàn)澆渠槽對比分析

以新三義寨引黃供水南線工程現(xiàn)澆矩形渠槽為例，矩形渠槽側(cè)墻高3.2m，厚20～30cm，墻頂處雙排鋼筋凈距離僅10cm，澆筑費用高，質(zhì)量得不到保障，立模難度較大，如果采用模板開窗，開口面積大，必增加立模工程量，質(zhì)量也難以保證。由于壁薄入倉難度大，現(xiàn)場采用人工入倉，需要大量人工。另外，施工層板高，需要分層填筑，層層振搗，稍有不慎，就會出現(xiàn)漏振現(xiàn)象，從而導(dǎo)致縫隙不嚴密產(chǎn)生漏水、工作縫處的起臺掛簾現(xiàn)象。

由于底板模板的架立和混凝土澆筑相對側(cè)墻費用較低，如采用底板現(xiàn)澆，側(cè)墻工廠預(yù)制現(xiàn)場安裝的模式，可以有效解決上述問題，通過分析，底板現(xiàn)澆、側(cè)墻預(yù)制的結(jié)構(gòu)模式有以下幾個優(yōu)點。

(1)側(cè)墻預(yù)制適合工廠內(nèi)大規(guī)模流水施工，可以保障生產(chǎn)質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，縮短施工周期。與現(xiàn)澆混凝土渠道相比，它可以保證側(cè)墻外形尺寸精度，側(cè)墻壁厚均勻，混凝土質(zhì)量穩(wěn)定，外觀整潔，提升耐久性。

(2)發(fā)揮了現(xiàn)澆和預(yù)制的優(yōu)勢，側(cè)墻預(yù)制采用的鋼模板可以重復(fù)使用，節(jié)省模板費用和腳手架費用，有效解決了木制模板產(chǎn)生的脹模、漏漿現(xiàn)象。預(yù)制時側(cè)墻可平放施工，極大地節(jié)約了人工和澆筑時間，從而降低混凝土澆筑費用，且側(cè)墻可以一次澆筑成型，減少施工接縫帶來的漏漿等現(xiàn)象。

(3)對現(xiàn)場天氣及場地條件要求低，受降雨、高溫、低溫等惡劣自然氣候、條件、環(huán)境影響因素小。因此，能最大限度地加快渠道現(xiàn)場施工，有效提高渠道工程施工效率。

(4)側(cè)墻預(yù)制現(xiàn)場安裝的效率高，較現(xiàn)澆側(cè)墻省去了抹面、養(yǎng)護、伸縮縫的制作及砂漿勾縫等施工環(huán)節(jié)。由于減少了現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)的支模、拆模和混凝土養(yǎng)護時間，底板澆筑后，多個側(cè)墻可同時進行安裝，極大地縮短了施工周期，也相對減少了整體成本投入，具有良好的經(jīng)濟效益。

(5)對于挖方段需要較少的工作面。由于側(cè)墻現(xiàn)場安裝不需要設(shè)置腳手架，僅需留足安裝空間即可，因此減少土方開挖和回填，節(jié)省臨時占地，效率高、節(jié)能環(huán)保，大大減輕了征地等環(huán)境協(xié)調(diào)工作難度。

(6)對周邊環(huán)境影響較小。側(cè)墻預(yù)制安裝減少了現(xiàn)澆作業(yè)量，因此也減少了運輸揚塵和現(xiàn)澆噪音，減少了混凝土養(yǎng)護用水，使得施工產(chǎn)生的廢棄物大大減少，降低了施工對周邊居民的影響，符合生態(tài)環(huán)保需求。

4 裝配式渠槽在水利工程推廣應(yīng)研究的問題

裝配式混凝土渠槽雖然優(yōu)勢明顯，在灌區(qū)工程中扮演越來越重要的角色，但是還存在鋼筋精準定位難度大，施工技術(shù)難度大，需要解決鋼筋連接，側(cè)墻與底板、側(cè)墻與側(cè)墻的連接和止水問題。為進一步優(yōu)化裝配式渠槽在水利工程中生產(chǎn)應(yīng)用的各種環(huán)節(jié)，應(yīng)開展下列研究進行解決。

4.1 進一步進行構(gòu)件連接技術(shù)開發(fā)研究

結(jié)合鋼筋混凝土矩形渠槽等水利工程特征，綜合考慮施工預(yù)制構(gòu)件的建造質(zhì)量水平，對現(xiàn)階段焊接、灌漿套筒連接、螺栓連接、現(xiàn)澆連接等不同連接形式進行對比分析，重點針對不同連接形式的安全性、可靠性、耐久性進行分析，包括對水泥膠體與鋼筋的黏結(jié)力、摩擦力、鋼筋表面凹凸不平與混凝土之間的機械咬合力等進行靜力學(xué)、動力學(xué)實驗分析，并通過根據(jù)實驗結(jié)構(gòu)建立的有限元模型，計算出相關(guān)參數(shù)，找出混凝土和鋼筋之間的傳力規(guī)律，從而探索出裝配混凝土在水利工程中新的連接形式及規(guī)范施工工藝流程，以便推廣應(yīng)用。

4.2 對裝配式混凝土節(jié)點連接進行精準測量定位計算

由于裝配式混凝土的節(jié)點連接方式復(fù)雜，一旦預(yù)制構(gòu)件與其支承構(gòu)件定位偏差，就會出現(xiàn)安裝困難、集中受力的現(xiàn)象，造成施工局限性大、不利于推廣應(yīng)用的難點。通過三維定位測量技術(shù)等，研究出一種新型的裝配式混凝土節(jié)點連接的精準定位方法，其重點是鋼筋連接，從而便于施工，提高裝配效率，以便于在實際工程中推廣應(yīng)用。

4.3 對配鋼筋混凝構(gòu)件土層間(節(jié)間)防滲及節(jié)點澆筑后防滲的處理進行開發(fā)研究

(1)裝配式構(gòu)件之間的連接防滲材料，符合水利工程的防滲、抗剪、抗壓和表面抗凍等要求。

(2)針對大型裝配式混凝土構(gòu)件接縫較多，止水困難的特點，嘗試研究一種新型的預(yù)留構(gòu)件止水方法，在預(yù)制構(gòu)件相關(guān)部位預(yù)留有止水槽，待構(gòu)件吊裝就位后，在止水槽內(nèi)將橡膠止水帶用螺栓、膠體等固定于止水槽底面，后期槽內(nèi)采用材料封填。采用該種止水槽的預(yù)制構(gòu)件，止水帶直接澆入混凝土，耐久性較好，且施工相對方便，便于推廣應(yīng)用。

4.4 研發(fā)大型混凝土構(gòu)件現(xiàn)場吊裝技術(shù)

水利工程預(yù)制構(gòu)件同民用建筑工程領(lǐng)域預(yù)制構(gòu)件有很大的不同，即結(jié)構(gòu)體積龐大、鋼筋布置復(fù)雜、防滲抗凍等級高、耐久性和可靠性要求高，而且水利工程一般野外作業(yè)，場地條件比較復(fù)雜，所以要研發(fā)一套構(gòu)件安全吊裝新技術(shù)。

4.5 建立大型預(yù)制構(gòu)件的結(jié)構(gòu)可靠性、耐久性的評價方法

水利工程一般都是國家公益大項目，要求適用年限都很長，所以要對水利工程裝配式混凝土結(jié)構(gòu)進行可靠性及耐久性評價，預(yù)測這種結(jié)構(gòu)形式的安全適用壽命。推進水利裝配式建筑物向可靠、耐久、節(jié)能的方向發(fā)展，實現(xiàn)裝配式矩形渠槽的工藝化設(shè)計、工廠化生產(chǎn)、裝配式安裝的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。

5 結(jié)論

裝配式結(jié)構(gòu)作為未來水利工程發(fā)展的方向，依托新三義寨引黃南線工程大斷面矩形渠槽的結(jié)構(gòu)研究，裝配式渠槽結(jié)構(gòu)能夠進一步減少人工、節(jié)約土地、節(jié)省材料、降低管理運營費用。但現(xiàn)階段仍存在鋼筋連接、精準定位、防滲節(jié)點止水等關(guān)鍵應(yīng)用問題，需要研究創(chuàng)新，在生產(chǎn)實踐與理論研究中論證解決，盡早形成標準化工法。