非典型曲面豎井貫流泵進(jìn)出水流道新型施工技術(shù)研發(fā)

周阜軍 商志清 何 琴

(1.江蘇鹽城水利建設(shè)有限公司，江蘇 鹽城 224014；2.江蘇省水利科學(xué)研究院，江蘇 南京 210017)

泵站工程豎井進(jìn)水流道是一種水力性能優(yōu)異的流道形式，廣泛應(yīng)用于大中型泵站進(jìn)水流道設(shè)計中。豎井進(jìn)水流道進(jìn)水流態(tài)好，流道內(nèi)水力損失相對更小，大大減少了水泵葉輪的汽蝕、振動和噪聲，這對于泵站運行的穩(wěn)定性、安全性、高效性、使用壽命都具有非常重要的意義。由于豎井貫流泵進(jìn)水流道面為扭曲面、造型復(fù)雜，過去多采用木板拼接法制模或鋼絲網(wǎng)水泥砂漿胎模法成?；虿捎眉庸S預(yù)制模板現(xiàn)場安裝等方法，施工條件較差、質(zhì)量偏差較大，弱化了泵站的運行效能。因此流道施工質(zhì)量是泵站施工控制的核心環(huán)節(jié)。

1 工程概況

大河港泵站工程為無錫市防汛應(yīng)急工程，位于江蘇省無錫市惠山區(qū)境內(nèi)，釆用閘站結(jié)合雙向泵站布置形式，泵站設(shè)計流量為30m3/s，共安裝3臺葉輪直徑2.3m的豎井貫流泵，單機流量15m3/s，配套額定功率不小于1000kV的臥式電動機3臺套。

2 新型施工工藝的優(yōu)點及關(guān)鍵技術(shù)

本項目采用BIM技術(shù)更能有效控制工程質(zhì)量。第一，非典型曲面豎井泵站進(jìn)出水流道典面段，采用BIM技術(shù)建立流道模型，準(zhǔn)確設(shè)計各斷面模板位置、尺寸。按工程部位和施工工藝對BIM模型進(jìn)行拆分，采用自定義的編碼標(biāo)準(zhǔn)對模型逐一編號；將制作的模板與模型比對，確保模板制作與拼接的精度；豎井流道鋼筋加工、綁扎繁雜，應(yīng)用BIM技術(shù)進(jìn)行準(zhǔn)確下料、定位，做到一次成功，避免返工現(xiàn)象；在Navisworks平臺中將模型與施工節(jié)點逐一關(guān)聯(lián)，實現(xiàn)流道立模、鋼筋定位綁扎等重點工序的施工模擬，更好地指導(dǎo)施工。第二，采用提前加工與預(yù)拼裝方案有效縮短工期。豎井流道模板在工場提前加工與預(yù)拼裝，與基礎(chǔ)處理同步施工，大大縮減了模板現(xiàn)場立模施工時間。在傳統(tǒng)施工工藝中，豎井進(jìn)出水流道施工往往是關(guān)鍵線路工作，但由于本文采用提前加工與預(yù)拼裝方案，將其變成可調(diào)控獨立工序，不占用關(guān)鍵線路時間。第三，利用優(yōu)良的加工條件提高流道混凝土防裂工藝。在加工廠制作條件下，有效地提高了綜合溫控防裂措施布置和安裝的均勻性和嚴(yán)密性，該泵站豎井進(jìn)出水流道未出現(xiàn)裂縫，這在大中型泵站工程中很難得。

采用鋼模和木模組合式模板，充分發(fā)揮了木模板易于加工及鋼模板剛度大的優(yōu)點，提高了施工效率和成模效果。較傳統(tǒng)木模板或定型鋼模板制作工藝，人工節(jié)省約1/3，材料費節(jié)省20%～30%。流道水力性能更好，泵站裝置效率大于設(shè)計約1.1%，工程壽命期中社會效益顯著。

采用BIM技術(shù)建立流道可視化模型，準(zhǔn)確設(shè)計各斷面模板位置、尺寸；流道平直段采用竹膠板，曲面段采用定制鋼模，應(yīng)用鋼模和木模組合式模板技術(shù)，充分發(fā)揮木模板及鋼模板各自的優(yōu)點，降低成本；利用BIM模型數(shù)據(jù)同步化技術(shù)將制作的模板預(yù)拼裝后與模型比對并及時修正，提高模板制作與拼接的精度；模板采用雙鋼管固定對稱支撐、底板預(yù)埋鋼筋螺栓拉結(jié)，有效控制模板整體結(jié)構(gòu)的自由度，很好地解決了模板混凝土澆筑時經(jīng)常出現(xiàn)的浮升及變位問題。

豎井進(jìn)出水流道設(shè)計中采用了現(xiàn)澆低等級混凝土芯墻和摻加抗裂纖維的方案，制模時采用模板內(nèi)貼混凝土透水模板布和帶模養(yǎng)護(hù)等綜合措施，有效地防止流道混凝土出現(xiàn)裂縫和提高流道混凝土內(nèi)外在質(zhì)量。

3 施工工藝操作要點

3.1 施工工藝流程

施工工藝流程共分9個步驟(見圖1)。

3.2 流道模板方案設(shè)計

非典型曲面豎井泵站進(jìn)出水流道典面段2-2斷面至11-11斷面(見圖2)，采用BIM技術(shù)建立流道模型(見圖3、圖4)，準(zhǔn)確設(shè)計各斷面模板位置、尺寸。按工程部位和施工工藝對BIM模型進(jìn)行拆分，采用自定義的編碼標(biāo)準(zhǔn)對模型逐一編號。流道采用定制鋼模與竹膠板拼接的方式立模，其中曲面部分鋼模由專業(yè)廠家在廠內(nèi)利用數(shù)控卷板機將鋼模面板一次性卷壓成型，平面部分采用竹膠板立模，將制作的模板與模型比對(見圖5)，確保模板制作與拼接的精度。

圖1 施工工藝流程

木模板對拉螺栓采用直徑16mm螺紋鋼，橫向間距425mm，豎向間距600mm；鋼模板對拉螺栓采用直徑16mm螺紋鋼，橫向間距及豎向間距均為600mm。

合江金釵石斛在不同采收期時多糖和石斛堿含量的比較…………………………………………………… 顏 壽等（1）： 73

3.3 流道模板加工制作

a.模板材料準(zhǔn)備。根據(jù)流道工程量，計算流道模板在工廠制作所需的鋼板、肋板、木方及竹膠板。按理論計算量1.2倍備用材料。木材的質(zhì)量應(yīng)達(dá)到Ⅲ等以上的材質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。木方截面規(guī)格50mm×100mm；鋼模面板厚度為5mm，肋板截面尺寸為63mm×10mm；竹膠模板厚度選用18mm，雙面防水；鐵釘選用1.5英寸、2英寸、2.5英寸三種規(guī)格。

b.曲面鋼模板制作。鋼模板由專業(yè)廠家生產(chǎn)，按照模板設(shè)計文件和《組合鋼模板技術(shù)規(guī)范》(GB/T 50214—2013)制作，構(gòu)件的下料、焊接、矯正等工序符合規(guī)范要求。鋼模板及配件的焊接采用二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊。鋼模板制作完成后，進(jìn)行檢驗；檢驗合格后進(jìn)行防銹處理，板面涂防銹油，并覆蓋塑料薄膜保護(hù)，其他面涂防銹漆。

圖2 豎井流道單線

圖3 進(jìn)水流道模型

圖4 出水流道模型

圖5 豎井出水流道模板設(shè)計圖與模型對比(單位：mm)

3.4 流道模板拼裝準(zhǔn)備

a.施工工場準(zhǔn)備。施工工場地面采用30cm厚灰土處理基層，10cm混凝土硬化地面；工場地面四周排水暢通，暴雨時不積水；模板加工及拼裝時，需采取防雨防潮措施，工場通風(fēng)良好，工場需具有防雨頂棚或臨時搭設(shè)的防雨棚。

b.放大樣和工作平臺搭設(shè)。鋼模板在廠家定制完成后，進(jìn)行現(xiàn)場試拼裝。流道模板拼裝場地做到表面平整，在硬化混凝土地面上放豎井流道底面1 ∶1水平投影樣線，標(biāo)示出設(shè)計特征斷面位置及縱向軸線。在投影線外側(cè)使用腳手鋼管架，高于流道口面50cm。腳手架使用縱橫向剪刀撐、斜撐聯(lián)結(jié)牢固。在頂面順?biāo)鞣较蚶喂啼佋O(shè)20cm寬方木板，并固定。利用衛(wèi)星測量技術(shù)引入流道平面控制軸線、特征斷面線控制線于頂面方木板及鋼管上，這樣形成了三維控制坐標(biāo)系。工作平臺采用方木板鋪設(shè)，方木板橫向間距40cm左右。在混凝土平整場地上利用拼接的竹膠模板放流道縱向軸線頂、底外模大樣，并標(biāo)示特征斷面線位置，按大樣線切割樣板，樣板作為模板支撐制作、模板安裝位置校驗的依據(jù)。模板試拼裝后與模型進(jìn)行對比，確保流道模板的精度。

3.5 流道模板支架搭設(shè)

流道模板支架采用φ48×3.5mm鋼管搭設(shè)滿堂腳手架，間距為60cm×60cm，步距為1.5m。橫桿和立桿接長均采用對接扣件連接，頂板立桿高程不夠時采用調(diào)節(jié)桿接高，調(diào)節(jié)桿的調(diào)節(jié)高度控制在30cm以內(nèi)。同時采用雙向剪力撐加固牢靠。

3.6 流道組合模板安裝

首先，根據(jù)流道單線圖2-2斷面至11-11斷面尺寸，在站身底板混凝土澆筑時預(yù)埋鋼筋，準(zhǔn)確定位每個斷面底高程及平面位置，如圖2中紅線所示，結(jié)合流道鋼筋焊接聯(lián)結(jié)固定模板位置，防止模板澆筑混凝土?xí)r上浮。

模板支架搭設(shè)完成并組織驗收合格后，進(jìn)行曲面鋼模板及平面木模板的安裝。模板安裝前對鋼模板進(jìn)行打磨、拋光，涂抹脫模劑，對木模板表面進(jìn)行清理，涂抹脫模劑。

每個流道鋼模板分四角整體制作，安裝時先定位2-2斷面及11-11斷面，然后查驗其余鋼模部位與骨架斷面間隙，確保曲面鋼模安裝準(zhǔn)確。曲面鋼模間平面部位采用竹膠板制安，主要作用是填充曲面鋼模間隙。填充完成后，鋼模與木模間采用定尺木方擠實，確保平順及澆筑過程不錯位(見圖6)。

圖6 進(jìn)水流道斷面(單位：mm)

3.7 流道鋼筋制作及安裝

由于流道線形復(fù)雜，鋼筋制作成型難、鋼筋架立固定易變位、流道頭部鋼筋密集，質(zhì)量難以控制。因此采用流道建模形成配料表加工鋼筋，并采用定位環(huán)筋、加密墊塊等措施輔助流道鋼筋的安裝。

a.流道鋼筋制作。流道模型建成后，采用三維配筋插件，完成三維鋼筋網(wǎng)繪制，形成鋼筋配料表，保證準(zhǔn)確下料，做到一次成功，避免返工現(xiàn)象。鋼筋在工場按照配料表逐根加工、標(biāo)識存放。

b.流道鋼筋安裝。鋼筋現(xiàn)場綁扎架立時，由流道出水口段開始施工，在流道斷面內(nèi)環(huán)設(shè)置不少于3道臨時定位環(huán)筋，定位環(huán)筋利用底板鋼筋焊接支撐、加密保護(hù)層墊塊進(jìn)行定位，然后綁扎順?biāo)飨蜾摻?。流道頂面順?biāo)飨蜾摻钪鸶壴潭ūＷo(hù)層墊塊(鋼筋間保護(hù)層墊塊梅花形布置，保護(hù)層墊塊間距20cm左右)。完成順?biāo)鞣较蜾摻罱壴?，綁扎安裝環(huán)向鋼筋，環(huán)向鋼筋中30%與順?biāo)飨蜾摻钪鸶c焊聯(lián)結(jié)，焊接的環(huán)向鋼筋焊接固定支撐于底板上。焊接的環(huán)向鋼筋上加密設(shè)置保護(hù)層墊塊。完成流道鋼筋綁扎后，檢查鋼筋保護(hù)層、鋼筋配筋及架立符合設(shè)計要求后，再切割拆除臨時架立的定位環(huán)筋(此處混凝土保護(hù)層厚度不符合設(shè)計要求)，最后綁扎其他部位流道鋼筋。使用的保護(hù)層墊塊需是工廠定型生產(chǎn)的高強標(biāo)準(zhǔn)墊塊。

流道鋼筋綁扎時，加強流道模板面保護(hù)，嚴(yán)禁在模板上進(jìn)行電焊或氧焊切割，鋼筋焊接時焊渣冷卻后清理?；炷翝仓澳０屙斆娌捎酶邏簹鈽屒謇恚逅疀_洗干凈。

3.8 流道混凝土澆筑

由于流道部位混凝土厚度較大、結(jié)構(gòu)厚薄變化較大，極易產(chǎn)生溫度應(yīng)變、收縮應(yīng)變等裂縫，施工前召開專家認(rèn)證會，并按確定的溫控防裂專項方案落實施工保證措施。

豎井進(jìn)出水流道澆筑時落實高效雙摻混凝土、低水化熱混凝土、優(yōu)化配合比、摻用抗裂纖維、模板內(nèi)貼混凝土透水模板布、帶模養(yǎng)護(hù)等綜合保障措施，防止流道混凝土出現(xiàn)裂縫并提高流道混凝土內(nèi)外在質(zhì)量。

流道部位混凝土采用分層、左右對稱澆筑的施工方法。流道底面混凝土要求有較好的流動性，以保證混凝土料進(jìn)倉通暢；施工時由流道端面中間分層進(jìn)料進(jìn)行振搗，待流道模板兩側(cè)混凝土砂漿流出后，進(jìn)行流道左右側(cè)平衡進(jìn)料澆筑。

3.9 流道混凝土養(yǎng)護(hù)及模板拆除

泵站進(jìn)水流道層混凝土澆筑完成后，即開始混凝土養(yǎng)護(hù)。流道層頂面覆蓋濕布保濕養(yǎng)護(hù)，若于冬季施工，需保溫蓄熱養(yǎng)護(hù)不小于28天。進(jìn)水流道口封閉，進(jìn)水流道內(nèi)澆水保持潮濕。保濕養(yǎng)護(hù)不少于14天后，可拆除進(jìn)水流道除木模外的其他模板。拆模后，流道繼續(xù)噴水養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)期不小于28天，期間，流道進(jìn)出口保持基本封閉狀態(tài)。冬季當(dāng)環(huán)境溫度驟降時，嚴(yán)格保持流道進(jìn)出口封閉。

進(jìn)水流道模板在機泵安裝前一個月提前拆除，拆除時，先拆除模板內(nèi)支撐，然后拆除模板內(nèi)板墻筋，最后拆除模板面板。拆除模板面板時，從流道內(nèi)側(cè)四面中間平面模板開始，最后是四角及曲面部分模板。拆除面板時從一端打入硬木楔塊，用撬杠拆除，撬杠支點在硬木墊塊上。模板拆除中做好混凝土面的保護(hù)。

如果工期允許，進(jìn)水流道模板盡可能延遲拆除。多個工程的實踐表明延遲拆除能夠有效保障混凝土質(zhì)量。該工程直到工程驗收放水前，均未觀測到流道部位混凝土裂縫。

3.10 導(dǎo)水錐施工

a.模板制作。導(dǎo)水錐是水泵軸套與豎井外壁相連部位，是泵站進(jìn)水流道變化最大部位。三維空間曲面曲率變化大，承受水流沖刷嚴(yán)重。在該部分也采用鋼模施工，其分塊制作方案見圖7、圖8。

圖7 導(dǎo)水錐整體(單位：mm)

圖8 導(dǎo)水錐模板分塊制作展開(單位：mm)

b.混凝土澆筑。導(dǎo)水錐與軸套二期混凝土緊密相連。在流道澆筑前，即在軸套部位預(yù)留二期混凝土模板。模板采用圓形預(yù)留形式，以便于二期混凝土施工。由于導(dǎo)水錐與軸套二期混凝土之間空間狹小，且基本為封閉空間，混凝土進(jìn)料、振搗均十分困難，難以達(dá)到密實的效果，會導(dǎo)致泵站放水后出現(xiàn)滲水現(xiàn)象。根據(jù)成熟的工程經(jīng)驗，在軸套頂部預(yù)留φ100灌漿孔，在該部位采用灌漿料灌注。

4 質(zhì)量控制措施

4.1 流道模板安裝與進(jìn)水流道其他模板銜接

由于流道模板支承在站身底板上，因此在站身底板混凝土澆筑前，站身底板面高程及流道底層插筋位置需進(jìn)行復(fù)核并放大樣，放樣后仔細(xì)復(fù)查；底板混凝土澆筑后抹面時再次校核混凝土面高程和插筋位置；安裝流道模板前再次復(fù)查流道底板面高程等并進(jìn)行模板安裝放樣。

鋼模面板厚5mm，加固筋板高63mm，與其順接的竹膠板厚18mm，加固木方尺寸為50mm，可以保持鋼模與竹膠板接縫平順，防止錯臺。模板接縫粘貼膠帶，防止漏漿。

4.2 流道鋼筋綁扎

流道鋼筋下料規(guī)格多、鋼筋直徑大，而且是彎曲弧形，通過BIM模型輔助準(zhǔn)確下料，并制作弧形模具，在工場1 ∶1放大樣逐個加工，反復(fù)校正，保證質(zhì)量，加工好的鋼筋需依序標(biāo)識、存放。

流道部位鋼筋間距小，鋼筋綁扎時采用臨時定位鋼筋、點焊固定、加強支撐、加密保護(hù)層墊塊等綜合措施，保證流道部位鋼筋保護(hù)層，防止鋼筋位移，防止對流道模板面的損傷。

4.3 流道混凝土澆筑

混凝土拌和料需具有較好的流動性，才能保證流道底面混凝土進(jìn)倉流暢，通過混凝土澆筑試驗確定或延長混凝土振搗時間，減少流道底斜面上的氣孔。

為確保流道底面混凝土在站身底板面處密實，站身底板混凝土預(yù)留深度要不小于15cm，底板混凝土面鑿毛處理。

流道混凝土防裂除采用溫控防裂及工程設(shè)計措施外，還需加強流道混凝土保溫保濕養(yǎng)護(hù)，防止流道內(nèi)溫度驟降。施工中盡可能延遲流道混凝土拆模時間和延長保濕養(yǎng)護(hù)期。封閉進(jìn)水流道進(jìn)出口，防止溫度驟降、濕度劇烈變化和控制流道混凝土水化熱升溫速率。

4.4 流道混凝土成品保護(hù)

加強進(jìn)出水流道混凝土成品保護(hù)。拆模時嚴(yán)禁在混凝土面敲擊，用尖銳工具撬、劃。流道底斜面可覆蓋舊模板保護(hù)。

5 結(jié) 語

非典型曲面豎井貫流泵進(jìn)出水流道施工技術(shù)，在無錫市防汛應(yīng)急工程大河港泵站及蕪湖市峨溪河排洪新站工程中成功應(yīng)用，泵站流道內(nèi)外施工質(zhì)量得到較大提高，施工精度滿足了設(shè)計要求，流道水力性能達(dá)到模型試驗所確定的理想狀態(tài)，保障了泵站在長期運行中的穩(wěn)定性、安全性及使用壽命。