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        毗河供水一期工程多底模造槽機(jī)研究及應(yīng)用

        2018-07-10 11:13:04
        四川水利 2018年3期
        關(guān)鍵詞:渡槽托架現(xiàn)澆

        (中國水利水電第十工程局有限公司二分局,四川 都江堰,611800)

        1 工程概況

        都江堰灌區(qū)終期設(shè)計灌溉面積97.87萬hm2,其中毗河供水區(qū)為22.22萬hm2。毗河供水工程是都江堰丘陵擴(kuò)灌區(qū)之一,工程總體布局由引水樞紐、總干渠及渠系工程、灌區(qū)囤蓄水庫及提灌工程等組成。毗河供水工程以城鎮(zhèn)供水和灌溉為主,工程供水區(qū)共涉及7市(區(qū)、縣)的160個鄉(xiāng)(鎮(zhèn)),總?cè)丝?23萬人,其中城鎮(zhèn)人口108萬人;設(shè)計灌面22.22萬hm2(其中一期工程設(shè)計灌面8.366萬hm2),總干渠終期設(shè)計引用流量60m3/s(其中一期工程設(shè)計引用流量22m3/s)。毗河供水一期工程新建引水樞紐和骨干輸水渠道共20條,合計總長度為381.55km。其中,明渠162.14km,渠系配套建筑物1160座,包括隧洞295座(165.67km)、渡槽101座(38.13km)、倒虹管34座(15.61km)、節(jié)制閘39座、分水閘24座、泄水閘32座、山溪渡槽118座、山溪涵洞111座、機(jī)耕橋110座、人行橋194座、放水洞102座。

        為解決本工程渡槽(101座,38.13km)施工難點(diǎn),擬在毗河第二施工分部對渡槽施工進(jìn)行科研試點(diǎn)。

        第二施工分部總干渠設(shè)計流量22m3/s,包含碾子灣、蔣家溝、蔣銅、銅車堰、金盆廟、桐麻林、雙叉溝7座渡槽,渡槽全長7680m。

        原設(shè)計為12m梁式渡槽與60m拱式渡槽相結(jié)合,為提高機(jī)械化作業(yè)效率,經(jīng)過經(jīng)濟(jì)比較后向業(yè)主和設(shè)計單位提出了改為16m梁式渡槽的變更申請,變更后渡槽單跨長度16m,混凝土強(qiáng)度等級為C30(W6F100),結(jié)構(gòu)形式為U型薄殼混凝土結(jié)構(gòu),橫斷面為半圓加直段,槽身頂部設(shè)置有拉桿,拉桿中心間距1.4m,槽身凈寬5.2m,凈高3.9m,主槽身厚度25cm。單跨槽身混凝土89.3m3,鋼筋總量15.65t,含筋率175.3kg/m3,槽身總重量預(yù)計240t。

        2 施工方案對比

        槽身混凝土施工方案有滿堂腳手架現(xiàn)澆方案,貝雷架桁架現(xiàn)澆方案,預(yù)制吊裝方案,造槽機(jī)機(jī)械化現(xiàn)澆筑方案。

        2.1 滿堂腳手架現(xiàn)澆方案

        滿堂腳手架現(xiàn)澆方案作為一般常規(guī)手段,需要投入大量腳手架材料,對地基承載力要求高,腳手架需要反復(fù)拆裝,人工成本高,一般只適用于15m以下槽身澆筑。

        2.2 貝雷架桁架現(xiàn)澆方案

        貝雷架桁架現(xiàn)澆方案可以節(jié)省大量腳手架材料,6m以上高空架節(jié)省成本更為突出,同時減少大量人工成本,但需要全程配置大型吊車作業(yè),尤其是槽身下的貝雷架拆除困難,安全風(fēng)險大。

        2.3 預(yù)制吊裝方案

        預(yù)制吊裝方案是所有方案中效率最高,施工質(zhì)量最優(yōu)的一種,但需要一次性投入上千萬設(shè)備,槽身運(yùn)輸對道路要求高,但此方案在水利專家評審會上沒有通過。

        2.4 造槽機(jī)機(jī)械化現(xiàn)澆筑方案

        造槽機(jī)機(jī)械化現(xiàn)澆筑方案也稱之為移動模架方案,能有效地避免腳手架方案和貝雷架方案中的反復(fù)拆除費(fèi)用,減少吊車占用和轉(zhuǎn)場費(fèi)用。造槽機(jī)最早在2002年應(yīng)用于東深供水改造工程,2011年又在南水北調(diào)項目中投入使用后得到非常高的評價,目前已在多個水利項目大量推廣,是未來渡槽施工手段的重要發(fā)展方向。

        3 造槽機(jī)方案研究

        為推動高架、長距離渡槽快速施工技術(shù)的科技創(chuàng)新,經(jīng)過多次評審討論對比后,決定采用造槽機(jī)作為此次科研試點(diǎn),經(jīng)多方查閱渡槽施工技術(shù)資料顯示,目前國內(nèi)只有東深供水和南水北調(diào)這兩個工程有造槽機(jī)施工成功案例,可借鑒經(jīng)驗非常少,而且這兩個工程與本項目渡槽大小和結(jié)構(gòu)型式都有很大差異。表1是這幾個工程的參數(shù)對比。

        表1國內(nèi)現(xiàn)有U型渡槽造槽機(jī)施工參數(shù)對比

        從表1中可以看出,東深供水工程和南水北調(diào)工程中的渡槽設(shè)計都有預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu),這種結(jié)構(gòu)設(shè)計可以減少混凝土澆筑后的脫模時間;而毗河供水工程中的渡槽設(shè)計沒有預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu),槽身澆筑后需要待強(qiáng)100%強(qiáng)度后才能脫模,槽身施工效率就會降低。

        東深供水工程和南水北調(diào)工程中的造槽機(jī)施工工藝得到了建設(shè)方和設(shè)計方以及廠家的大力支持,在造槽機(jī)的支撐受力上從混凝土墩身及排架上都有考慮;而毗河供水工程受建設(shè)方資金控制,槽身排架結(jié)構(gòu)尺寸非常精簡,造槽機(jī)施工支撐點(diǎn)借力困難,且造槽機(jī)施工方案只能由施工單位自行解決。

        4 解決思路

        針對本工程具體特點(diǎn),主要從以下幾個方面解決相關(guān)問題

        4.1 支撐受力

        造槽機(jī)其實(shí)就是移動模架的一種機(jī)械設(shè)備,按移動模架的支撐方式分為:落地式支撐托架、高拉力桿鎖式支撐托架、套頭式支撐托架3種(見圖1、圖2、圖3)。

        考慮槽身高度太高用落地式支撐托架明顯不經(jīng)濟(jì),且受地形限制不利于本工程施工;而本工程 的排架設(shè)計非常精簡,設(shè)計不允許在排架預(yù)埋任何受力桿件以及預(yù)留任何借力孔洞,高拉力桿鎖式支撐托架也不適用于本工程;所以套頭式支撐托架就成為唯一選擇,這種支撐方式可以不受地形和高度影響,而且不會對混凝土排架產(chǎn)生破壞。

        圖1 落地式支撐托架

        圖2 高拉力桿鎖式支撐托架

        圖3 套頭式支撐托架

        4.2 如何提高澆筑效率

        由于東深供水工程和南水北調(diào)工程的槽身都是預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu),在混凝土強(qiáng)度還沒完全達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度時可以借助預(yù)應(yīng)力鋼絞線受力,從而達(dá)到提前脫??焖龠M(jìn)入下一道工序施工。而本工程的槽身結(jié)構(gòu)屬于沒有預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的簡支梁系,澆筑后脫模受混凝土強(qiáng)度影響時間長,必須要達(dá)到100%強(qiáng)度才能脫模,這樣勢必會影響澆筑效率。針對本工程特點(diǎn)采用多底模支撐方式,從而解決混凝土待強(qiáng)時間問題,達(dá)到快速施工目的。

        4.3 自動化控制設(shè)計

        (1)利用機(jī)械和液電系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了槽身內(nèi)外模板的自動開閉工作,從而減少人工數(shù)量和高空操作難度,由于造槽機(jī)實(shí)現(xiàn)了工作人員在封閉槽機(jī)平臺內(nèi)操作,大大提高了施工安全度;

        (2)利用內(nèi)梁、內(nèi)模門架、外模架的交替支撐受力,實(shí)現(xiàn)造槽機(jī)步覆前進(jìn)穿、跨過槽孔與槽身,從而避免了其它方法反復(fù)拆裝的特點(diǎn),減少吊裝設(shè)備的投入,避免了高空人員操作風(fēng)險。

        5 實(shí)際實(shí)施情況

        造槽機(jī)自2017年6月7日開始安裝以來,分別于2017年8月21日、10月7日、11月5日、12月5日、12月20日、2018年1月5日一共澆筑了6跨槽身,表2是人工成本對比。

        表2人工成本對比

        從表2中可以看出,造槽機(jī)初期安裝成本非常高,后期吊車使用成本非常低。前期受結(jié)構(gòu)改造、人員操作熟練程度以及操作難度影響,前期效率非常低。在安裝實(shí)施過程中,更新了套頭式支撐托架的組裝方式,完善了內(nèi)模支撐及收模的問題,解決了端肋鋼筋預(yù)制吊裝方案以及槽身預(yù)制拉桿梁吊裝問題和眾多因加工制造缺陷帶來的安全隱患。隨著造槽機(jī)結(jié)構(gòu)改造逐步完善,以及人員操作熟練程度的提高,從初期的一個月一倉,再到后期的一個月兩倉,通過前6次的槽身澆筑,驗證了包括多底模和套頭式支撐托架的設(shè)想,造槽機(jī)移動過跨方案,槽身模板方案等。證明了多底模造槽機(jī)技術(shù)上是可行的,其功效也達(dá)到了國內(nèi)同類設(shè)備效率。

        6 存在的問題及建議

        6.1 存在問題

        多底模造槽機(jī)這種大型專用設(shè)備需要具有一定專業(yè)的操作人員和有一定研發(fā)能力的成熟的創(chuàng)新制造企業(yè)共同完善,而我們單位體制變化專業(yè)技術(shù)工人嚴(yán)重稀缺,以及選擇合作制造企業(yè)上思路不夠開闊,造成這次多底模造槽機(jī)運(yùn)行不夠完美;由于時間關(guān)系只在地勢較低的平地上做了試驗性運(yùn)行,沒能完全體現(xiàn)造槽機(jī)在高架空及復(fù)雜地質(zhì)條件下的操作優(yōu)勢;以及移動模架的初期投資非常高,在國際上通常認(rèn)為連續(xù)運(yùn)行800m以上才具有成本優(yōu)勢,而我們現(xiàn)場澆筑跨數(shù)只有6跨共64m,無法體現(xiàn)多底模造槽機(jī)的成本優(yōu)勢。具體問題體現(xiàn)如下:

        (1)套頭式支撐托架連接分配工字鋼與槽端底模間隙太小,致使槽端底模安裝拆除困難;

        (2)底模與貝雷架之間的空間高度尺寸太小,無法形成井字支撐;模板加強(qiáng)肋與支撐托底工字鋼順向,不利于支撐穩(wěn)定,安裝找正費(fèi)時費(fèi)力;

        (3)內(nèi)模的打磨問題,由于內(nèi)模的打磨只能在未澆筑段才能形成空間打磨,致使鋼筋綁扎時間延后,而且整個內(nèi)模處于懸空狀態(tài),高度太高,打磨費(fèi)時費(fèi)力;

        (4)合作制造廠家在制作加工過程中,沒有把工藝細(xì)節(jié)體現(xiàn)出來,反而把造槽機(jī)當(dāng)作粗大笨重模板加工,簡單的以實(shí)現(xiàn)工作原理為目的。造成了造槽機(jī)在實(shí)施過程需要人工用千斤頂反復(fù)調(diào)整結(jié)構(gòu)變形高度,用葫蘆來吊裝拆除,用千斤頂反復(fù)調(diào)整變形的模板,處理鉸銷加工精度帶來的組裝拆除困難。這些都增加了現(xiàn)場施工難度,降低了施工效率。

        6.2 后續(xù)建議

        隨著國內(nèi)水利建設(shè)的大力推進(jìn),渡槽施工技術(shù)將會更加先進(jìn),機(jī)械自動化程度會越來越高,多底模造槽機(jī)的應(yīng)用也會更加廣闊,我們需要繼續(xù)加大專業(yè)技術(shù)人員培養(yǎng),并與高等院校和成熟的大型企業(yè)共同研發(fā),不斷完善現(xiàn)場施工中的缺陷,不只限于多底模造槽機(jī),還要向自動化模板方向繼續(xù)前行,最終形成標(biāo)準(zhǔn)化、體系化、智能化。

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