水利工程弧形結構一次性成型圓弧質量控制技術

屈 斌

水利工程弧形結構一次性成型圓弧質量控制技術

屈 斌

（上海市水利工程集團有限公司，上海 201612）

采用弧形結構一次性成型圓弧控制技術目的在于克服現(xiàn)有技術不足帶來的后續(xù)安裝影響，對常規(guī)施工技術進行優(yōu)化、創(chuàng)新，提供一種施工工藝簡單、安全穩(wěn)定、精準控制、成本低、技術新穎的大直徑弧形結構一次性成型技術，降低模板上浮、變形，保證圓弧弧面位置以及圓弧曲率的精度，獲得良好的弧面外觀質量，有較高的推廣價值和經(jīng)驗借鑒。

弧形結構；圓弧曲率；一次性成型；角鋼；控制技術

0 前言

現(xiàn)如今水利工程越來越追求外形的新穎、美觀，在設計上采用弧形、不規(guī)則結構突出亮點，努力突破，實現(xiàn)超越，打造功能與造型于一體的時代工程，但這種帶弧形、不規(guī)則結構的支模給施工造成較大的難度，定制鋼模雖能滿足結構施工要求，但對鋼模支撐強度要求高，一次性成本投入比較大，周轉利用率低，給工程管理帶來較大的成本控制壓力。從而提出一種弧形結構一次性成型圓弧質量控制技術來彌補定制鋼模工藝上的不足。

1 引用工程概況背景

某水利工程閘門采用上下翻轉弧形鋼閘門，閘室底板設計為折線型并于中部設弧形凹槽結構，以便弧形閘門下臥、上翻運行，弧形凹槽縱向寬度22m，圓弧半徑R5700mm,弧長9655mm,弦長8541mm,弧深1925mm，弧底距墊層2075mm。

2 圓弧質量對弧形閘門運行的影響

底板弧形結構的圓弧質量是翻轉式弧形閘門運行的關鍵，當圓弧曲率大于設計時會使弧形閘門運行行程中途受阻，閘門受障礙點阻擋后受力不均，液壓啟閉機壓力劇增，門體將產(chǎn)生扭剪破壞；而圓弧曲率小于設計要求時，閘門雖能正常運行，但門葉與底板之間因空隙偏大而漏水，除圓弧曲率外，脹模、錯臺也是弧形結構質量控制的內容，對弧形閘門的運行產(chǎn)生實質影響。

3 弧形結構圓弧質量控制的關鍵內容

弧形結構圓弧控制目的是在結構上保證弧形閘門安全可靠的運行。由于弧形閘門在弧形結構上繞支鉸門軸翻轉運行，圓弧曲率必須與弧形閘門門體弧度保持一致，弧形結構施工錯臺明顯，極易使泥沙在弧形結構內沉積而板結，影響弧形閘門的開啟、運行，而弧形結構改變了過水斷面水流方向，水流及流體中砂顆粒對弧面產(chǎn)生沖刷作用，保護層厚度不足降低對鋼筋的防銹蝕保護，因此，弧形結構圓弧曲率、保護層厚度、表面質量應作為弧形結構圓弧質量控制的關鍵內容。

4 底板弧形結構工藝方案選擇

弧形結構工藝繁多，鋼模工藝用于等截面結構，現(xiàn)場拼裝簡單、拆模后外觀質量較好、周轉使用率高，但一次性投入成本高、現(xiàn)場可加工性較差、單塊重量大、拼裝精度要求高、對支撐強度要求高，而竹膠木模除具備鋼模工藝的優(yōu)點外，彌補了鋼模工藝上的諸多不足，可隨現(xiàn)場變化靈活調整，能在模板上任意開設工藝孔，減輕了對底板支撐的承載能力。

由于弧形結構圓弧長，采用鋼吊模，弧形結構底部質量不易保證，定制的大直徑鋼模不能周轉利用，工藝上不經(jīng)濟，圓弧內設計有二期結構，混合加固難度大，經(jīng)過工藝方案對比分析，通過對竹膠木模工藝進行技術改良，選擇竹膠木模工藝更有利于弧形結構的施工，在保證弧形結構質量的條件下，實現(xiàn)工藝方案選擇的經(jīng)濟合理性。

5 弧形結構圓弧工藝技術

5.1 弧形結構圓弧放樣

在底板墊層上測放出弧形結構縱向中心線及圓弧邊界線，在計算機上畫出弧形結構圓弧及弦長，從弦長中心點向兩側每隔500mm繪制垂直與弦長的線連接于圓弧，根據(jù)每條垂弦長度在墊層上彈出圓弧線，以此作為控制圓弧上各點高程的依據(jù)，圓弧段角鋼支撐立柱長度滿足支撐高度要求，將彎曲成型的圓弧鋼筋綁扎于支撐架上，采用現(xiàn)場定制的弧形模板樣尺對弧形結構的圓弧曲率及保護層厚度進行套靠檢驗。

圖1 弧形結構圓弧墊層放樣

5.2 弧面模板設計與安裝

選用2440*1220*14mm竹膠板對弧面進行技術設計，利用模板長邊易于彎曲的性能,將模板長邊垂直于弧面鋪設，∟40*40等邊角鋼根據(jù)模板鋪設位置進行安裝，按照邊距100mm、中距750mm設置五道角鋼支撐模板，使模板在拉結緊固作用下緊貼于角鋼之上，由于角鋼外挑板彎曲弧度難以達到弧形結構的設計要求，應予以控制其長度，使弧形結構圓弧一次性成型。

5.3 結構保護層設計與控制

弧形結構混凝土保護層厚度為40mm,為了能準確控制弧形結構保護層厚度，減少與模板的接觸面積，利用角鋼寬度等于保護層厚度，安裝熱鍍鋅∟40*40等邊角鋼控制其厚度，解決預制墊塊接觸面積大、分布不均勻導致的弧面結構外觀缺陷以及保護層厚度不足。

5.4 圓弧模板加固工藝優(yōu)化

為使弧面模板加固成整體，提高弧形結構圓弧施工質量，次愣木方平行模板短邊通長布置，先在木方上進行模板短邊拼縫，再按照150~200mm間距擺放，木方長度方向重復搭接1000mm，通長木方之間沿模板長邊拼縫處采用750mm短木方加密補強，以防止模板拼縫處產(chǎn)生錯臺；由于采用Φ48鋼管加固弧形結構，預彎精準度很難與結構弧度一致，而鋼筋在外力作用下能彎至預設弧度，故采用兩根Φ22螺紋鋼進行模板系統(tǒng)加固。

圖2 弧形模板加固示意圖

5.5 圓弧模板抗浮穩(wěn)定措施

弧面模板面積大且呈凹形，隨著混凝土液面與弧面模板接觸面積增加，對模板產(chǎn)生的浮托力就越大，為提高弧形結構模板的抗浮能力，除采用合理的澆筑工藝降低對模板的浮托力外，應加大弧面模板加固拉桿直徑，并與PHC管樁樁頂法蘭盤焊接形成固定拉結點，模板側采用雙螺帽增大緊固長度，提高加固螺桿的抗拉拔能力。

6 弧形結構弧面施工質量控制

6.1 角鋼安裝與控制

在弧形結構內安裝∟40*40等邊角鋼能精準控制保護層厚度、圓弧曲率，應根據(jù)角鋼安裝位置控制其安裝方向，按1000mm間距在鋼筋上焊接短鋼筋支撐，根據(jù)每道角鋼的高程采用短鋼筋帶線焊接角鋼，角鋼必須向弧平裝，避免弱三角區(qū)的形成，縱向接長采用對接焊接，等邊角鋼的安裝位置和高程采用弧形樣尺檢驗與設計的符合性。

圖3 弧形結構角鋼安裝實例圖

6.2 弧面模板工藝優(yōu)化

在弧形結構模板表面鋪訂2mm新型高透明PC板，能提高弧面光潔度，消除模板拼縫印記。PC板根據(jù)模板鋪設位置于模板下錯開拼縫預先鋪設,不得相互壓蓋，鋪設長度根據(jù)圓弧長度下料，由內向外、中間向兩端將PC板趕平，采用釘槍按雙向300mm間距梅花狀釘固于模板表面，沿PC板縱向拼縫用透明膠帶黏貼封縫，實現(xiàn)弧面無模板印記的觀感質量。

6.3 弧面質量控制技術

弧形結構施工操作難度較大，為保證弧面的施工質量，根據(jù)澆筑工藝方案預先在弧面模板上開設150*150mm布料孔、100*100mm振搗孔，弧底中部布置振搗孔，布料孔與振搗孔錯排布置，分別在弧底振搗孔兩側開布料孔，布料孔與振搗孔縱向間距為2m,布料孔可兼做振搗孔用，開孔切出的小塊模板隨手釘在工藝孔附近，以便復位取用，最后采用Φ6mm鉆頭在模板上鉆排氣孔以排除吸附在弧形模板上氣泡。

6.4 澆筑工藝控制

通過制定合理的澆筑方法減小混凝土對弧形結構圓弧模板的浮托力，使弧形結構底部易于密實。當混凝土澆筑至距弧形結構底部小于300mm時停止?jié)仓?，改在弧形模板布料孔下料，直至混凝土從弧形模板底部振搗孔溢出為宜，隨手將釘固在工藝孔附近的小塊模板復位，改變布料管的澆筑方向逐漸向外推進，避免在模板底部形成鍋底狀，對稱澆筑，隨澆筑方向由下而上進行振搗，以利氣泡趕出，人工及時用皮錘沿弧面輕擊模板判斷模下密實程度。

7 圓弧模板的變形監(jiān)測

為掌握圓弧模板在澆筑期間的變化，在弧形結構模板上設四個監(jiān)測斷面，每個監(jiān)測斷面安裝三個監(jiān)測點，使用水準儀測得各監(jiān)測點的初始數(shù)據(jù)，當混凝土澆筑過程中的監(jiān)測數(shù)據(jù)大于監(jiān)測點的初始值并繼續(xù)變化時，應停止?jié)仓鳂I(yè)，并采取下排上壓措施緊固對拉螺栓使模板調整至安裝位置，澆筑過程中應加強監(jiān)測頻率，直至模板變化趨于穩(wěn)定。

8 弧形結構技術應用效果

弧形結構一次性成型控制技術工藝簡單，通過多項技術設計，對弧形結構實體質量有顯著的，使用后的材料利用率達90%，降低了施工成本，施工操作方便，準確的控制弧形結構的圓弧曲率和保護層厚度，通過技術優(yōu)化消除了模板拼縫在弧形結構表面印記，無縫成型，弧形結構表面平整、光滑，有效預防了常規(guī)施工可能出現(xiàn)的蜂窩、麻面、表面裂縫等缺陷，減少了拆模后的修補處理工作，提高了弧形結構一次性成型質量。

9 結束語

弧形結構在水利工程結構設計中是非常常見的一種結構，具有弧形曲線長度大、陰陽角順直度以及弧面圓滑度不易控制的特點，已成為弧形結構施工的控制重點與難點，弧形結構采用綜合施工技術，通過工藝優(yōu)化，改進弧形結構一次性成型控制技術，利用計算機設計輔助弧形模板放樣和圓弧曲率的控制，能達到弧形結構的質量控制效果，并對弧形結構施工降本增效較為明顯，有較高的推廣與應用價值，為今后類似弧形結構的施工提供技術參考和經(jīng)驗借鑒。

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屈斌（1988.03- ），男，漢族，安徽合肥人，本科，工程師，上海市水利工程集團有限公司，研究方向：水利工程技術。

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1007-6344（2021）04-0226-02