李建恒熊建武

（中國(guó)葛洲壩集團(tuán)第一工程有限公司 湖北 宜昌 443002）

大跨度薄壁U型渡槽造槽機(jī)施工內(nèi)外模變形控制技術(shù)研究

李建恒1熊建武2

（中國(guó)葛洲壩集團(tuán)第一工程有限公司 湖北 宜昌 443002）

南水北調(diào)中線湍河渡槽40m跨U型薄壁預(yù)應(yīng)力槽身為機(jī)械化原位現(xiàn)澆施工，在槽身混凝土澆筑過程中，內(nèi)模所受混凝土漿液的上浮力影響而上浮，外模在混凝土荷載作用下持續(xù)向下變形，致使造槽機(jī)內(nèi)、外模產(chǎn)生不同步變形的問題，具有特殊性，需采取特殊方式予以克服。

大跨度薄壁；U型渡槽；造槽機(jī)施工；內(nèi)外模變形控制

1 概述

南水北調(diào)中線湍河渡槽為目前國(guó)內(nèi)跨度最大、技術(shù)難度最高的U型薄壁渡槽結(jié)構(gòu)，施工難度大，混凝土質(zhì)量要求高。槽身為相互獨(dú)立的3槽預(yù)應(yīng)力混凝土U型結(jié)構(gòu)，單跨40m，共18跨，單槽內(nèi)空尺寸（高×寬）7.23m×9.0m。設(shè)計(jì)流量為350m3/s，加大流量為420m3/s。

DZ40/1600 U型渡槽造槽機(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1280t，外形尺寸為88m×13.5m×16.5m（長(zhǎng)×寬×高），能承載40m U型渡槽1600t的結(jié)構(gòu)荷載。

2 應(yīng)用背景

槽身采用DZ40/1600U型造槽機(jī)進(jìn)行機(jī)械化原位現(xiàn)澆施工，不受河灘軟弱地基或跨越河流等復(fù)雜地形、地貌的影響，可以節(jié)約大量的支撐排架和下部基礎(chǔ)處理的時(shí)間。新設(shè)備、新技術(shù)在本項(xiàng)目應(yīng)用過程中，發(fā)現(xiàn)部分技術(shù)缺陷需要完善。首跨工程槽（18#中槽）澆筑過程中出現(xiàn)的內(nèi)外模變形不同步問題，造成槽體內(nèi)壁局部出現(xiàn)掛簾現(xiàn)象，對(duì)槽體外觀質(zhì)量產(chǎn)生負(fù)面影響。槽身底板混凝土澆筑時(shí)，外肋和外模變形緩慢、基本同步，變形值在正常設(shè)計(jì)取值范圍內(nèi)（混凝土澆筑至200m3左右時(shí)，外肋、外模同步變形約 0.9cm）；當(dāng)澆筑至槽體反弧段時(shí)（混凝土澆筑量由200m3升至300m3），3個(gè)小時(shí)內(nèi)外肋、外模出現(xiàn)了2cm左右的變形、沉降，而內(nèi)主梁變形未與外肋、外模同步，導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)剛澆筑完成正在塑性變形的混凝土與內(nèi)模脫空，新澆筑混凝土沿脫空部位流掛，形成掛簾現(xiàn)象。

3 施工技術(shù)難點(diǎn)分析

采用DZ40/1600 U型渡槽造槽機(jī)替代傳統(tǒng)滿堂支架體系原位現(xiàn)澆超大U型預(yù)應(yīng)力渡槽，不受河灘軟弱地基及跨越河流等復(fù)雜地形、地貌的影響全年進(jìn)行施工。新設(shè)備、新技術(shù)在應(yīng)用過程中主要存在以下幾個(gè)技術(shù)上的難點(diǎn)，需要克服。

（1）槽身澆筑過程中，造槽機(jī)外模受混凝土荷載作用發(fā)生向下沉降變形，由于內(nèi)模系統(tǒng)與外模系統(tǒng)之間無連接裝置，僅在張拉端處用端頭模板和其固定螺栓連接外模和內(nèi)模，無法使內(nèi)外模協(xié)同受力，因此在混凝土澆筑至槽身底板以上部分混凝土?xí)r，內(nèi)模受漿液上浮力，有上浮的趨勢(shì)，上浮力約 517t，而造槽機(jī)造槽機(jī)內(nèi)梁內(nèi)模系統(tǒng)共重約370t，上浮力大于內(nèi)梁內(nèi)模系統(tǒng)自重，導(dǎo)致內(nèi)模出現(xiàn)上浮。內(nèi)模自重與內(nèi)模所受上浮力差值約為 147t，如何在基本不增加造槽機(jī)結(jié)構(gòu)自身重量的前提下，研究出有的技術(shù)效措施來解決內(nèi)模上浮問題，以達(dá)到內(nèi)外模同步協(xié)調(diào)變形是本研究項(xiàng)目的重要難點(diǎn)。

（2）本項(xiàng)目研究開始時(shí)，3臺(tái)造槽機(jī)均已加工完成，并完成現(xiàn)場(chǎng)拼裝。對(duì)造槽機(jī)設(shè)備進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化和改造是本研究項(xiàng)目的重要目標(biāo)之一。如何在不影響工程施工進(jìn)度的前提下，研究出滿足工程要求的設(shè)備優(yōu)化成果并完成現(xiàn)場(chǎng)優(yōu)化改造是本項(xiàng)目的另一難點(diǎn)。

4 技術(shù)方案研究

4.1 造槽機(jī)內(nèi)外模變形監(jiān)測(cè)

通過在17#中、18#左、18#右等槽身施工時(shí)于內(nèi)、外模關(guān)聯(lián)部位設(shè)置測(cè)點(diǎn)，監(jiān)測(cè)施工過程中各部位的變形情況，探求模板變形發(fā)展規(guī)律，為變形產(chǎn)生原因的分析與研究及采取的工藝改善措施提供依據(jù)。因在混凝土澆筑過程中，內(nèi)模上設(shè)備轉(zhuǎn)運(yùn)和人員走動(dòng)頻繁，同時(shí)內(nèi)模內(nèi)撐桿、下料窗口很多，現(xiàn)場(chǎng)不具備直接測(cè)量?jī)?nèi)模變形的條件，因此，在內(nèi)梁上設(shè)置沉降變形觀測(cè)點(diǎn)，以內(nèi)梁沉降量作為內(nèi)模沉降變形數(shù)值進(jìn)行分析，以外梁沉降量作為外模沉降值進(jìn)行分析，同時(shí)，在外肋上設(shè)置觀測(cè)點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，復(fù)核外梁撓度變形數(shù)據(jù)。

實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，澆筑過程的內(nèi)外模變形分為三個(gè)階段性變形。

第一階段為槽身底板部分澆筑期間（內(nèi)模未接觸混凝土前），外模變形較小，不超過5mm，內(nèi)模受與外模相連的連接螺栓傳力作用，發(fā)生向下沉降變形，中部變形約3mm，兩端次之。第二階段為底板部分澆筑完成至槽身反弧段澆筑完成的過程，此階段外模繼續(xù)受重力作用產(chǎn)生撓度變形，以槽身跨度中部為最大、達(dá)19mm；此階段內(nèi)，內(nèi)模受混凝土漿液浮力發(fā)生上鼓變形，中部變形最大、達(dá)8mm，兩端次之，隨著混凝土重量增加以及下部混凝土的凝固，內(nèi)模上鼓變形逐漸變小，在反弧段頂部部分澆筑時(shí)，內(nèi)模已出現(xiàn)垂直向下的豎向位移。第三階段為反弧段以上混凝土澆筑，內(nèi)外模均發(fā)生垂直向下的撓度變形，內(nèi)模最大撓度約18mm，外模最大撓度約29mm。

從以上分析可以看出,內(nèi)外模變形有以下特點(diǎn)：①底板澆筑階段，因內(nèi)模未與混凝土漿液接觸，因此在混凝土自重作用下發(fā)生向下沉降變形，當(dāng)混凝土澆筑至底板以上部分時(shí)，內(nèi)模變形主要受混凝土漿液浮力作用而出現(xiàn)上鼓，底板澆筑過程中，因混凝土總體載荷不大，因此外模發(fā)生向下沉降變形，但變形量一般不大。②外模撓度變形隨混凝土自重逐步變大，在槽跨中部撓度值最大，符合一般規(guī)律，撓度值的大小顯示跟槽段跨度大小有關(guān)系。③模板變形增長(zhǎng)主要受混凝土自重增加控制，外模受混凝土自重加載直接下沉，內(nèi)模則因主梁承載后的下沉效應(yīng)被動(dòng)變形。某時(shí)段內(nèi)模受混凝土漿液浮力上鼓與因主梁下沉而被動(dòng)下沉的共同作用必有一恢復(fù)到澆筑前變形的中間狀態(tài)。

在底板以上的反弧段澆筑階段，內(nèi)模由于受到水泥漿液浮力出現(xiàn)上鼓，隨后在混凝土自重作用下上鼓逐漸消失，撓度值逐步平穩(wěn)增加，外模撓度增加平穩(wěn)，隨澆筑進(jìn)度基本呈線性關(guān)系。

內(nèi)外模沉降差值與澆筑時(shí)間呈非線性關(guān)系發(fā)展，擬合方程為：

上式中y為內(nèi)外模板沉降差，t為不間斷澆筑時(shí)間。因此內(nèi)外模變形主要發(fā)生在澆筑后12h內(nèi)。

4.2 理論計(jì)算

通過確定的計(jì)算方法，用專用軟件對(duì)造槽機(jī)內(nèi)梁、內(nèi)模的荷載和變形進(jìn)行計(jì)算。

計(jì)算結(jié)果：

Y方向位移：38.7-(-5.37) = 44 ㎜，即跨中部位內(nèi)梁、內(nèi)模向上方可預(yù)先起拱度約44mm，已大于造槽機(jī)外模設(shè)計(jì)撓度變形值40mm，可滿足造槽機(jī)內(nèi)外模變形同步的控制要求。

計(jì)算結(jié)果見表1。

表1 吊桿拉力與內(nèi)梁撓度值關(guān)系表

4.3 槽身施工工藝優(yōu)化

在后續(xù)槽身施工過程中，研究人員對(duì)槽身混凝土配合比重新進(jìn)行試配，并在后續(xù)槽身施工中，不斷調(diào)整和優(yōu)化，研究出和易性更好，性能更符合槽身施工質(zhì)量要求的C50W8F200配合比。優(yōu)化槽身混凝土澆筑工藝，采取薄層水平澆筑工藝，強(qiáng)振搗、勤觀測(cè)等方法，取得一套槽身混凝土施工標(biāo)準(zhǔn)化施工工藝。

5 結(jié)語

本項(xiàng)目研究成果的成功應(yīng)用，有力的促進(jìn)了大跨度U型薄壁渡槽機(jī)械化施工技術(shù)的進(jìn)步，提高了渡槽施工機(jī)械的設(shè)計(jì)制造水平，完善了大跨度造槽機(jī)運(yùn)行操作工藝，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，對(duì)類似大型渡槽工程的設(shè)計(jì)、施工有較大的指導(dǎo)意義。

[1]大跨度薄壁U形渡槽造槽機(jī)運(yùn)行操作綜述.《西北水電》，2014，（1）：49-52,56

[2]大型薄壁預(yù)應(yīng)力混凝土輸水結(jié)構(gòu)現(xiàn)澆施工技術(shù).中國(guó)科技成果數(shù)據(jù)庫-項(xiàng)目年度編號(hào)：0602160065

[3]大型渡槽抗震的關(guān)鍵問題研究.中國(guó)學(xué)位論文數(shù)據(jù)庫-2012

[4]DZ500型造槽機(jī)在東改工程中的應(yīng)用.中國(guó)科技成果數(shù)據(jù)庫-項(xiàng)目年度編號(hào)：gkls042208 DZ500

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