大斷面梯形混凝土排水溝施工方法研究

王曉峰 周偉勝 張國祥

山東正元建設(shè)工程有限責(zé)任公司 山東 煙臺 264000

1 概述

隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，土地資源被大量的開發(fā)利用，土地供應(yīng)也變的日趨緊張。尤其在一些山區(qū)丘陵地帶，適于直接興建土木的場地更是非常有限，經(jīng)常需要人為的削高填低、開山修路，在獲得寶貴土地資源的同時也行成了眾多人工邊坡。由于邊坡開挖時改變了原有的地形地貌和排水路徑，極易導(dǎo)致地表水集中匯流，引發(fā)洪災(zāi)，因此做好邊坡截排水措施意義重大。邊坡防洪設(shè)計時，在頂部或底部設(shè)置截排水溝是目前最行之有效的方法，尤其建在復(fù)雜山地里一些重要的大型工礦企業(yè)，因匯水面積較大常在邊坡頂部和底部設(shè)置大斷面的梯形溝渠，為保證其防滲性能，一般采用混凝土現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)。由于地形地貌條件復(fù)雜，坡頂有較大起伏，排水溝現(xiàn)場施工條件差，尤其是大斷面現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)梯形排水溝，支模難度較大，效率低、成本高。

2 現(xiàn)有工藝優(yōu)缺點分析

針對當(dāng)前存在的實際問題，對國內(nèi)、外技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀進行了調(diào)研，目前混凝土排水溝的施工方法主要有三種：現(xiàn)澆[1]、預(yù)制[2]和一次成型滑模機[3]，這三種方法的顯著不同在于施工模板形式存在差異。

2.1 現(xiàn)澆法

現(xiàn)澆法的優(yōu)點是施工靈活方便，模板一次性可以支護很長的距離；受場地條件的約束較小，外觀容易保證；接縫少，施工質(zhì)量更有保障。但一般而言，尺寸越大，模板的膨脹力越大，施工難度越大，成本越高，施工效率也會大大降低。因此，從模板施工的便利性來講現(xiàn)澆法更適于施工一些斷面為矩形的中小型排水溝。

圖1 現(xiàn)澆法施工

2.2 預(yù)制法

預(yù)制法的優(yōu)點：可實現(xiàn)模塊化生產(chǎn)，不同尺寸規(guī)格的定型模具均可定制，單個預(yù)制件的施工質(zhì)量易于控制，現(xiàn)場安裝速度快。不過其缺點也較為明顯：需要較大的預(yù)制場地，接縫質(zhì)量難以控制，運輸過程易造成構(gòu)件損壞，體積較大的構(gòu)件安裝麻煩、二次搬運難度大。總體而言，預(yù)制法更適用于對質(zhì)量要求較高的單體構(gòu)件或?qū)Ψ浪蟛桓叩男⌒褪姓⑺潘O(shè)施。通常情況下預(yù)制法的施工速度比現(xiàn)澆法快，但成本較高。

圖2 預(yù)制法施工

2.3 一次成型滑模機[4]

一次成型滑模機是目前較為先進和流行的排水溝施工方法，在農(nóng)田水利及市政、公路工程領(lǐng)域被廣泛利用，效果良好。該方法機械化程度高、工序簡單、施工效率高，一次成型、外觀光滑、澆筑質(zhì)量好，施工順利的情況下能夠節(jié)約成本。其缺點為：施工設(shè)備需特殊定制，模具復(fù)用率低，易造成浪費；對施工人員的技術(shù)水平要求高，需進行專門培訓(xùn)指導(dǎo)；對地面平整度及溝槽開挖形狀要求極為苛刻，適用于土質(zhì)地層，不適用于巖石等堅硬地層；對混凝土塌落度有嚴(yán)格要求，過大會發(fā)生溝壁坍塌，過小會產(chǎn)生蜂窩麻面甚至出現(xiàn)縫隙空洞，影響施工質(zhì)量。

圖3 一次成型滑模機

2.4 當(dāng)前存在問題

在大斷面梯形現(xiàn)澆排水溝施工中存在以下問題：

（1）傳統(tǒng)的現(xiàn)澆方法模板支設(shè)難度大，不好固定，極易漲模，所付出的人工及材料成本高，且模板的周轉(zhuǎn)速度慢，施工效率低。

（2）若采用預(yù)制法，預(yù)制構(gòu)件的二次運輸及安裝非常麻煩，接縫過多，處理質(zhì)量難以保證，綜合成本較高。

（3）一次成型滑模機專門定制的模具復(fù)用率低，易造成浪費，對施工場地、混凝土塌落度、人員素質(zhì)要求高，在地形起伏和有巖石的地區(qū)不便或無法使用。

3 快周轉(zhuǎn)定型模工藝

3.1 模板支撐體系模塊化

模板支撐體系包含兩大部分：兩翼用于固定模板的矩形格架和用于支撐兩翼矩形格架的梯形格架。

圖4 模板支撐體系示意圖

（1）矩形格架：擬采用高強度多孔角鋼通過螺栓連接固定，間隔一定距離設(shè)置加強豎梁，模板用螺栓固定在矩形格架外側(cè)。矩形格架高度根據(jù)排水溝斷面確定，長度不易超過5m。

（2）梯形格架：擬采用鋼管及扣件進行連接，垂直于矩形格架等間距布置，采用鉸支座與矩形格架內(nèi)側(cè)的加強梁進行連接。

（3）可移動單元：梯形格架與矩形格架連接牢固后形成一個整體的可移動單元，每單元長度控制在5m以內(nèi)，以便整體移動進行快速周轉(zhuǎn)。

（4）構(gòu)件模塊化：格架的所有構(gòu)件均通過分解后進行模塊化設(shè)計，可通過螺栓自由調(diào)節(jié)、裝配，實現(xiàn)不同尺寸的組合形式。

模板支撐體系的模塊化設(shè)計主要優(yōu)點：①同一套構(gòu)件可滿足不同斷面尺寸水溝的施工要求，提高模板加固體系材料的重復(fù)利用率；②施工同一斷面尺寸的水溝僅需要安裝一次，無需頻繁的往復(fù)拆裝加固體系，比通常的木模板加固方式技術(shù)水平要求低，施工效率高，顯著降低人工成本；③模板支撐體系的單元化設(shè)計是提升模板周轉(zhuǎn)效率的核心前提。

3.2 模板快速周轉(zhuǎn)的輔助措施

通過模板支撐體系的單元化設(shè)計，將模板的加固方式由外錨變?yōu)閮?nèi)撐，解決了排水溝施工單側(cè)模加固困難的技術(shù)難題。為實現(xiàn)模板單元的快速周轉(zhuǎn)，擬采用可移動模板托架結(jié)合微型液壓千斤頂對其實施整體快速移動。

圖5 手搖千斤頂及可行走模板托架

手搖式液壓千斤頂外觀細長，重量較輕，便于在狹小的空間進行操作，抬升高度不小于20cm，主要用于抬升模板單元。行走式模板托架由方向拖桿、承重輪座、可旋轉(zhuǎn)托架構(gòu)成，具有體積小、承載力高、轉(zhuǎn)動靈活等特點。

圖6 快周轉(zhuǎn)定型模施工流程

快周轉(zhuǎn)定型模施工主要工藝流程包括：溝槽開挖（人工配合清槽）→底板混凝土施工（同時下好定位筋）→下放定型模單元→將定型模單元體固定于預(yù)埋定位筋→混凝土澆筑→模板單元抬升移動。

溝槽開挖后應(yīng)盡量將溝幫兩側(cè)浮土清理干凈，以免混凝土澆筑過程中出現(xiàn)夾土現(xiàn)象。底板混凝土澆筑后應(yīng)立即進行人工抹平，并在凝固前預(yù)埋定位筋，預(yù)埋深度應(yīng)抵抗住混凝土對模板單元的浮托力。在底板混凝土凝固并達到一定強度后再下放模板并與定位筋固定連接，防止定位筋受力后拔出?；炷翝仓^程中應(yīng)兩幫均勻澆筑，避免單側(cè)一次性澆筑過多產(chǎn)生偏移。模板單元要在澆筑混凝土達到一定強度后再進行整體抬升移動，主要操作步驟為：首先將微型液壓千斤頂置于定型模底部橫桿下方將模板一端抬升，空間足夠時，把可移動模板托架至于橫桿下方，然后將千斤頂卸載，使定型模橫桿置于托架凹槽內(nèi)，另一端執(zhí)行相同操作后即可將定型模板整體抬升一定高度，進行快速移動。若底板混凝土在模板單元移動前未達設(shè)計強度，應(yīng)在模板托架底輪經(jīng)過的區(qū)域鋪設(shè)模板，以免產(chǎn)生壓痕。當(dāng)模板單元移動到相應(yīng)位置后再次與預(yù)埋定位筋固定連接，執(zhí)行前述操作直至施工完成。

4 結(jié)論

快周轉(zhuǎn)定型模施工技術(shù)集現(xiàn)有排水溝施工方法的優(yōu)點與一身，適應(yīng)性強、操作簡單、施工高效、節(jié)約成本。構(gòu)件模塊化設(shè)計，可重復(fù)利用，節(jié)能環(huán)保，有效解決了大斷面梯形混凝土排水溝單側(cè)模板固定困難、周轉(zhuǎn)速率低的技術(shù)難題。