超大U型薄壁渡槽造槽機(jī)施工技術(shù)在湍河渡槽工程中的應(yīng)用

孫 鋒 雷朝生

(1.中水淮河規(guī)劃設(shè)計(jì)研究有限公司，安徽 合肥 230601；2.中水淮河安徽恒信工程咨詢有限公司，安徽 合肥 230601)

1 工程基本情況

湍河渡槽工程，位于河南省鄧州市小王營—冀寨之間的湍河上，湍河渡槽工程為Ⅰ等工程，由40m跨U型渡槽、右岸渠道連接段、進(jìn)口漸變段、進(jìn)口閘室段、進(jìn)口連接段、出口連接段、出口閘室段、出口漸變段、左岸渠道連接段等9段組成，是目前世界上規(guī)模最大的U型輸水渡槽，長720m，共18跨，單跨40m，槽身結(jié)構(gòu)型式為相互獨(dú)立的3槽預(yù)應(yīng)力混凝土U型結(jié)構(gòu)。單槽內(nèi)空尺寸(高×寬)7.23m×9.0m，直線段壁厚35cm，端部壁厚為65cm，單跨槽身鋼筋89.5t，單跨槽身鋼絞線36.05t，其中環(huán)向鋼絞線17.33t、縱向鋼絞線18.72t，單槽自重約1600t。渡槽設(shè)計(jì)流量為350m3/s，加大流量為420m3/s。

槽身采用了DZ40/1600型造槽機(jī)進(jìn)行原位現(xiàn)澆筑施工。DZ40/1600U型渡槽造槽機(jī)(又稱整體移動(dòng)式模架造槽機(jī))是為南水北調(diào)中線工程湍河40m跨渡槽現(xiàn)澆施工而設(shè)計(jì)、制造的專用設(shè)備，全機(jī)總重約1350t，從運(yùn)輸和安裝考慮，構(gòu)件最重單元件約20t，外形尺寸為88m×13.5m×16.5m(長×寬×高)，能承載40m U型渡槽1600t的結(jié)構(gòu)荷載。造槽機(jī)主要結(jié)構(gòu)包括外梁系統(tǒng)、外模及外肋系統(tǒng)、內(nèi)梁系統(tǒng)、內(nèi)模系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)及液壓系統(tǒng)等，內(nèi)、外梁系統(tǒng)的頂升及內(nèi)、外模板的開放和關(guān)閉全由液壓操作控制(見圖1)。

圖1 造槽機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

造槽機(jī)工作環(huán)境溫度在-15～40℃，風(fēng)力不大于6級時(shí)，可進(jìn)行過孔作業(yè)，風(fēng)力大于8級時(shí)，可進(jìn)行澆筑施工作業(yè)。

2 主要技術(shù)重難點(diǎn)

2.1 40m跨度U型薄壁預(yù)應(yīng)力渡槽原位現(xiàn)澆施工

整體移動(dòng)式模架造槽機(jī)機(jī)械化施工替代傳統(tǒng)施工工藝原位現(xiàn)澆渡槽。槽身跨度為40m，跨度大，高度高，在國內(nèi)同類工程中跨度是最大的。傳統(tǒng)工藝進(jìn)行渡槽施工主要采用滿堂支撐體系原位現(xiàn)澆施工或廠內(nèi)預(yù)制現(xiàn)場吊裝技術(shù)。滿堂支撐體系進(jìn)行原位現(xiàn)澆施工需進(jìn)行基礎(chǔ)處理、排架搭設(shè)及拆除、模板安拆，工程量較大，施工難度大，周期長，成本高。采用造槽機(jī)進(jìn)行機(jī)械化施工，替代傳統(tǒng)工藝，節(jié)省工程建設(shè)成本，縮短施工周期。

槽身采用了DZ40/1600型造槽機(jī)進(jìn)行原位現(xiàn)澆筑施工，采用新型的造槽機(jī)施工技術(shù)代替常規(guī)的支撐方式完成了國內(nèi)外技術(shù)含量最高、難度最大、工藝最復(fù)雜的輸水渡槽施工建設(shè)，工程質(zhì)量、進(jìn)度均較好滿足了合同的要求，取得了較好的效果，為大型渡槽機(jī)械化施工積累了寶貴的施工經(jīng)驗(yàn)。

2.2 1200t級造槽機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和運(yùn)行技術(shù)

湍河渡槽工程采用了DZ40/1600U型造槽機(jī)原位現(xiàn)澆施工，該設(shè)備為目前國內(nèi)外最大的渡槽機(jī)械化施工裝置，具有首創(chuàng)性，通過湍河渡槽工程的實(shí)施，取得了滿足工程施工要求的設(shè)備制造、運(yùn)行操作等技術(shù)及參數(shù)。

a.增加液壓或者鋼結(jié)構(gòu)連接裝置。在造槽機(jī)外主梁和內(nèi)主梁之間增加液壓或鋼結(jié)構(gòu)連接裝置，連接裝置最好有測力裝置或刻度等能反映內(nèi)外梁之間的荷載大小或內(nèi)外模變形的同步情況。在結(jié)構(gòu)施工過程中，使外模所承受的荷載能通過外梁傳遞至內(nèi)梁，確保內(nèi)模、外模變形時(shí)達(dá)到同步。

b.內(nèi)模與外模上設(shè)置拉桿或撐桿。在內(nèi)模與外模上設(shè)置拉桿或撐桿，以保證在結(jié)構(gòu)施工過程中，內(nèi)外模之間距離相對固定，確保結(jié)構(gòu)尺寸正確。

c.內(nèi)外模變形不同步問題?，F(xiàn)場施工條件具備時(shí)，可在上一跨渡槽澆筑時(shí)，在先澆結(jié)構(gòu)的施工接縫處混凝土內(nèi)預(yù)埋限位裝置或材料，在后一跨混凝土澆筑時(shí)，將內(nèi)模、外模與限位裝置固定，對防止內(nèi)模上浮，保證內(nèi)模、外模變形同步，提高工程質(zhì)量起到良好作用。

2.3 高性能U型渡槽混凝土施工技術(shù)

a.優(yōu)化工程混凝土配合比設(shè)計(jì)。在渡槽施工過程中，對C50W8F200高性能混凝土的配合比和現(xiàn)場拌和工藝，均具有很高的技術(shù)要求，通過多次現(xiàn)場試驗(yàn)和研究，在確?；炷临|(zhì)量滿足要求的情況下，盡量優(yōu)化了混凝土拌和物的和易性，選擇坍落度較小的配比，以減少混凝土澆筑時(shí)對內(nèi)模的上浮力。

b.混凝土澆筑工藝。在混凝土澆筑過程中，要嚴(yán)格控制混凝土澆筑速度和鋪料厚度，采用薄層均勻上升工藝入倉和澆筑。混凝土入倉可根據(jù)倉面面積大小采取滿足要求的鋪料方法，對一般渡槽結(jié)構(gòu)，宜采用平鋪法，單層鋪筑厚度一般不超過25cm，以便控制混凝土澆搗質(zhì)量。

3 主要技術(shù)亮點(diǎn)

a.成功解決了1600t級造槽機(jī)內(nèi)外模變形不同步問題。造槽機(jī)在工作過程中出現(xiàn)內(nèi)外模變形不同步現(xiàn)象，在國內(nèi)其他工程中未見這類現(xiàn)象，因本工程槽身跨度達(dá)到40m，為目前最大跨度。

通過對渡槽造槽機(jī)設(shè)備進(jìn)行優(yōu)化改造，增加內(nèi)外梁鎖定裝置，在槽身澆筑過程中，采用吊桿預(yù)提升內(nèi)模與放低內(nèi)主梁1號腿共同作用，對造槽機(jī)運(yùn)行操作工藝進(jìn)行適當(dāng)優(yōu)化調(diào)整，通過預(yù)留內(nèi)模沉降的方法彌補(bǔ)內(nèi)外模的變形差，成功解決了湍河渡槽造槽機(jī)在槽身澆筑過程中出現(xiàn)的內(nèi)外模變形不同步問題。

b.促進(jìn)了大跨度造槽機(jī)設(shè)計(jì)和制造技術(shù)進(jìn)步。通過對湍河渡槽工程施工用DZ40-1600U型大跨度造槽機(jī)的技術(shù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究分析，并采取措施對造槽機(jī)進(jìn)行改造，將總長達(dá)88m的造槽機(jī)，從使用理念和功能要求出發(fā)，通過結(jié)構(gòu)受力計(jì)算、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、電氣、液壓等動(dòng)力輔助系統(tǒng)的設(shè)計(jì)等研究工作，通過廠家的加工制造，并結(jié)合工程實(shí)際使用效果，對大型造槽機(jī)設(shè)備的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化和改造后，成功研發(fā)出了滿足大型渡槽工程施工要求的造槽機(jī)，提高了渡槽施工機(jī)械的設(shè)計(jì)制造水平。

c.總結(jié)出了大型渡槽造槽機(jī)內(nèi)外模變形控制標(biāo)準(zhǔn)。對造槽機(jī)進(jìn)行改進(jìn)并調(diào)整和優(yōu)化槽身施工工藝后，對內(nèi)外模變形量進(jìn)行監(jiān)測，結(jié)果表明采取防止措施后，內(nèi)模、外模變形差值可控制在1mm以內(nèi)，經(jīng)過對槽身實(shí)際澆筑質(zhì)量進(jìn)行驗(yàn)證，槽身混凝土澆筑時(shí)不會(huì)產(chǎn)生掛簾現(xiàn)象，槽身澆筑質(zhì)量滿足相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范的要求。

d.總結(jié)出了超大跨度U型渡槽機(jī)械化施工工藝標(biāo)準(zhǔn)。通過采用大型造槽機(jī)完成大跨度槽身的原位現(xiàn)澆施工(單跨40m，單槽內(nèi)空尺寸7.23m×9.0m，自重1600t)，取得了薄壁U型渡槽的混凝土的和易性指標(biāo)，槽身混凝土澆筑控制層厚和澆筑速度等工藝標(biāo)準(zhǔn)，有效保證了槽身質(zhì)量，確保了工程保質(zhì)按時(shí)完工。

4 經(jīng)濟(jì)效益分析

湍河渡槽工程成功實(shí)施，實(shí)踐總結(jié)了滿足工程設(shè)計(jì)要求的超大U型薄壁渡槽造槽機(jī)施工工藝和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，完成了對大型渡槽施工設(shè)備的優(yōu)化和改造，提升了類似設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)水平，有效解決了造槽機(jī)內(nèi)外模變形不同步的問題，提高了槽身混凝土施工質(zhì)量。具體體現(xiàn)在以下幾方面：單榀槽身施工時(shí)間由原來的45天縮減至32天，有效加快了工程施工進(jìn)度，縮短槽身施工周期約8個(gè)月，節(jié)省工期折算成本為512萬元；據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，采用其他施工工藝的渡槽外觀質(zhì)量返工處理費(fèi)用為572萬元；與傳統(tǒng)渡槽施工方法相比，采用造槽機(jī)施工技術(shù)節(jié)省工程結(jié)構(gòu)成本約1386萬元；與渡槽常規(guī)變形防治方法相比，減少槽身底部支撐架搭設(shè)312套，采用造槽機(jī)技術(shù)施工，節(jié)省支撐項(xiàng)目成本約313.56萬元，共計(jì)節(jié)約費(fèi)用約2783.56萬元。

湍河渡槽工程能否成功，關(guān)系到南水北調(diào)中線通水時(shí)間，是中線通水的關(guān)鍵性工程。造槽機(jī)施工技術(shù)加快了槽身的施工進(jìn)度，單聯(lián)槽身可以縮短直線工期8個(gè)月，確保了中線如其通水，取得了巨大的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。

5 結(jié) 論

湍河渡槽工程已完工驗(yàn)收，經(jīng)充水試驗(yàn)檢驗(yàn)和六年的運(yùn)行，槽身質(zhì)量滿足設(shè)計(jì)要求。湍河渡槽的成功實(shí)施，促進(jìn)了超大U型薄壁渡槽機(jī)械化施工技術(shù)的進(jìn)步，總結(jié)了大型渡槽機(jī)械化施工的質(zhì)量控制要點(diǎn)和安全技術(shù)措施，進(jìn)一步完善了超大薄壁預(yù)應(yīng)力渡槽機(jī)械化施工技術(shù)和工藝，填補(bǔ)了大型渡槽造槽機(jī)運(yùn)行、操作技術(shù)領(lǐng)域的空白，在國內(nèi)外首次利用液壓、電氣等動(dòng)力系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了長度達(dá)88m的造槽機(jī)內(nèi)外模系統(tǒng)開啟、閉合及整機(jī)過孔移位等自動(dòng)化控制，對類似大型渡槽工程的設(shè)計(jì)、施工有較大的指導(dǎo)意義。