王光輝
(中國(guó)葛洲壩集團(tuán)第一工程有限公司,湖北 宜昌 443002)
鄂北地區(qū)水資源配置工程(簡(jiǎn)稱鄂北調(diào)水)是國(guó)務(wù)院重點(diǎn)推進(jìn)、優(yōu)先實(shí)施的172項(xiàng)全局性、戰(zhàn)略性節(jié)水供水重大水利工程之一,線路起點(diǎn)在丹江口水庫(kù)清泉溝隧洞進(jìn)口閘,自西北向東南方向延伸,末端在大悟縣王家沖水庫(kù),全長(zhǎng)269.34 km。主要建筑物有明渠23.93 km、暗涵30.53 km、隧洞119.77 km、倒虹吸75.85 km、渡槽19.1 km,各類閘閥75座,擴(kuò)建水庫(kù)1座。
孟樓渡槽是本工程中最長(zhǎng)的渡槽,設(shè)計(jì)流量38 m3/s,全長(zhǎng)4 990 m,其中槽身段長(zhǎng)4 920 m,164跨,每跨長(zhǎng)30 m。單槽斷面尺寸:內(nèi)輪廓6.5 m×5.0 m(凈寬×凈高),外輪廓 8.7 m×(7.1~6.6) m,底板厚 0.4 m,邊墻厚度為 0.5 m,邊墻頂設(shè)寬1.7 m的人行道板;槽身外部設(shè)側(cè)肋及底肋,橫向墻頂設(shè)拉桿,外肋間距1.92 m、寬0.4 m、高0.6 m;底肋寬0.4(0.6) m、高0.8(1.5) m。槽頂拉桿寬0.3 m、高0.4 m,空槽重1 200 t。
自重達(dá)1 200 t的加肋簡(jiǎn)支矩形渡槽采用整體預(yù)制、吊裝工藝施工,在中國(guó)水利工程中的應(yīng)用并不常見[12],目前渡槽預(yù)制、安裝作業(yè)已全部完成,施工過程安全、快速。為此,現(xiàn)僅就本結(jié)構(gòu)渡槽的現(xiàn)場(chǎng)預(yù)制綜合技術(shù),主要包括制槽廠總體布置設(shè)計(jì)、渡槽預(yù)制、安裝技術(shù)設(shè)計(jì)及安全管理4個(gè)方面內(nèi)容作一簡(jiǎn)單闡述,供同行參考。
當(dāng)前中國(guó)預(yù)制渡槽架設(shè)一般采用輪胎式汽車吊機(jī)、龍門吊(門式起重機(jī))和架槽機(jī)等方式。其中,輪胎式汽車吊機(jī)架槽一般適用于槽片數(shù)量少、槽體重量輕、施工場(chǎng)地平坦開闊的工程;龍門吊架槽一般適用于施工場(chǎng)地起伏不大、平坦開闊、線路不長(zhǎng)的工程;架槽機(jī)架槽適用范圍比前兩者廣。
在中國(guó)采用架槽機(jī)進(jìn)行渡槽架設(shè)的工程往往槽體外形尺寸、重量及規(guī)模都比較大,其槽體在場(chǎng)地集中預(yù)制,提槽機(jī)、運(yùn)槽車與其配套聯(lián)合運(yùn)行。提槽機(jī)布置在場(chǎng)區(qū)內(nèi)。因此,在進(jìn)行場(chǎng)地布置時(shí)要考慮提槽機(jī)的運(yùn)行方式和運(yùn)行軌跡。場(chǎng)地布置包括鋼筋及預(yù)應(yīng)力鋼筋安裝臺(tái)座布置、提槽機(jī)軌道布置、模板安裝和拆除及鋼筋安裝用龍門吊軌道布置、制槽臺(tái)座區(qū)布置、存槽臺(tái)座區(qū)布置、鋼筋加工區(qū)及堆放場(chǎng)布置、混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)場(chǎng)地布置以及槽體養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)布置等(見圖1)。
圖1 制槽場(chǎng)總體平面布置圖 單位:m
附屬工程主要包括進(jìn)場(chǎng)道路、施工供水供電、設(shè)備軌道、鋼筋安裝臺(tái)座、制槽臺(tái)座、存槽臺(tái)座、排水系統(tǒng)、拌和系統(tǒng)以及生產(chǎn)生活、辦公用房等。道路設(shè)計(jì)要滿足通行能力、方便、經(jīng)濟(jì)的原則;水電供給以滿足施工需要為原則;鋼筋安裝臺(tái)座、渡槽制作臺(tái)座、存槽臺(tái)座,需要滿足鋼筋施工、模板施工以及預(yù)應(yīng)力施工、提槽機(jī)作業(yè)要求;拌和系統(tǒng)設(shè)計(jì)要考慮粉料及地材供貨能力、混凝土拌制質(zhì)量及生產(chǎn)強(qiáng)度、滿足混凝土出機(jī)口溫渡要求所需設(shè)置的制冷系統(tǒng)等[1]。
生產(chǎn)能力設(shè)計(jì)是制槽廠設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容,關(guān)系到整個(gè)工程項(xiàng)目的順利實(shí)施。制槽場(chǎng)設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)根據(jù)項(xiàng)目總工期、渡槽結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、整個(gè)施工過程各工序、各環(huán)節(jié)情況、施工環(huán)境以及員工技術(shù)水平等因素,先測(cè)算制槽過程各工序時(shí)間,根據(jù)測(cè)算結(jié)果,計(jì)算鋼筋安裝占用鋼筋臺(tái)座時(shí)間、模板及槽片占用渡槽制作臺(tái)座時(shí)間、預(yù)應(yīng)力及拉桿梁施工和混凝土齡期要求占用存槽臺(tái)座時(shí)間,根據(jù)各環(huán)節(jié)占用臺(tái)座的時(shí)間,得出臺(tái)座與模板的配套系數(shù)(單套模板能滿足幾個(gè)臺(tái)座的施工)、單個(gè)臺(tái)座的使用頻次和月生產(chǎn)能力。
根據(jù)場(chǎng)地布置的臺(tái)座總數(shù)可計(jì)算出制槽廠的生產(chǎn)能力。通過生產(chǎn)能力情況,再結(jié)合總的施工計(jì)劃安排,測(cè)算工期,然后對(duì)臺(tái)座總數(shù)進(jìn)行調(diào)整,以滿足業(yè)主工期的要求。
通過現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)實(shí)踐,設(shè)計(jì)布置的6個(gè)制槽臺(tái)座(配6套底模、4套側(cè)模)、18個(gè)存槽臺(tái)座、2個(gè)鋼筋臺(tái)座,月生產(chǎn)能力平均能完成8榀渡槽的制造,滿足總進(jìn)度計(jì)劃要求,表明設(shè)計(jì)布置數(shù)量是合理的。
從渡槽預(yù)制角度講,模板設(shè)計(jì)屬于施工設(shè)計(jì)內(nèi)容,同時(shí)涉及到施工投入問題。由于周轉(zhuǎn)次數(shù)多,外觀質(zhì)量要求高,預(yù)制渡槽模板采用鋼模板。
由于加肋渡槽外形結(jié)構(gòu)復(fù)雜,內(nèi)外面折線多,三向預(yù)應(yīng)力張拉端錨固槽密集,且整個(gè)槽身需一次性澆筑成型,模板整體穩(wěn)定性要求高、安拆工作量大,因此,設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分考慮模板的施工難度。在模板分幅分塊、連接、加固以及整體穩(wěn)定性等方面進(jìn)行重點(diǎn)分析和研究,以方便安裝和拆模,避免拆模時(shí)造成渡槽表面的損壞[5,8]。
根據(jù)現(xiàn)行規(guī)程規(guī)范要求,通過設(shè)計(jì)計(jì)算,槽身底板及底肋底板和側(cè)面采用55系列模板,面板為5 mm鋼板,邊框及肋筋為5 mm鋼板;槽身側(cè)墻模板采用86系列模板,面板為6 mm鋼板,邊框及肋筋為8 mm扁鋼;主龍骨(背楞)為雙向10號(hào)槽鋼,內(nèi)置背楞為8號(hào)槽鋼;槽身加肋處模板采用端包側(cè)、底包側(cè)結(jié)構(gòu),模板豎向、橫向分模按加強(qiáng)肋結(jié)構(gòu)配置,以方便施工周轉(zhuǎn)(見圖2);渡槽封端模板與側(cè)墻模板所用材料相同。
圖2 槽身模板圖片
渡槽預(yù)制工藝主要包括鋼筋、模板、混凝土及預(yù)應(yīng)力施工等重點(diǎn)工作。對(duì)于本工程渡槽預(yù)制施工將經(jīng)歷鋼筋加工、鋼筋(預(yù)應(yīng)力筋)安裝、模板安裝、混凝土澆筑、蒸汽養(yǎng)護(hù)、模板拆除、預(yù)應(yīng)力第一階段施工作業(yè)、出槽、預(yù)應(yīng)力第二階段施工作業(yè)、預(yù)應(yīng)力孔道灌漿及張拉端封錨、灑水自然養(yǎng)護(hù)、槽頂拉桿施工等環(huán)節(jié)(見圖3),設(shè)計(jì)了鋼筋加工廠、鋼筋(預(yù)應(yīng)力筋)制安臺(tái)座區(qū)、槽身制作臺(tái)座區(qū)、存槽臺(tái)座區(qū),不同的工序作業(yè)均在不同的制作區(qū)(廠)完成,能有效避免槽身施工過程中的交叉作業(yè);作業(yè)人員分工明確、責(zé)任清晰、管理有序,提高了渡槽施工速度,加快了工期,優(yōu)化了安全管理,且保證了渡槽的施工質(zhì)量。
各個(gè)功能區(qū)之間的銜接采用施工技術(shù)手段能實(shí)現(xiàn)工廠式流水作業(yè),有效提高施工效率:
(1) 鋼筋加工廠緊鄰鋼筋(預(yù)應(yīng)力筋)制安臺(tái)座區(qū),通過人工搬運(yùn)等方式實(shí)現(xiàn)兩者之間的連接;
(2) 鋼筋(預(yù)應(yīng)力筋)制安臺(tái)座區(qū)通過龍門吊實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)鋼筋骨架籠體的吊移,實(shí)現(xiàn)與制槽區(qū)的銜接;
(3) 制槽區(qū)與存槽區(qū)的銜接通過提槽機(jī)來完成。
渡槽預(yù)制施工過程中應(yīng)嚴(yán)格控制鋼筋、預(yù)應(yīng)力筋、模板安裝精度,做好模板的清面、刷脫模劑以及維護(hù)保養(yǎng)工作。
由于渡槽側(cè)壁面折線較多、張拉端加強(qiáng)鋼筋網(wǎng)及錨固槽密集,除滿足一般混凝土施工工藝外,要格外注重混凝土拌和質(zhì)量及振搗控制,采用附著式和插入式相結(jié)合的方法。
蒸汽養(yǎng)護(hù)嚴(yán)格按照方案設(shè)計(jì)進(jìn)行控制,確保槽體混凝土強(qiáng)度的正常發(fā)展,避免裂縫的發(fā)生[11]。
預(yù)應(yīng)力施工設(shè)計(jì)時(shí),要注意掌握設(shè)計(jì)文件的要求和預(yù)應(yīng)力設(shè)計(jì)參數(shù),明確張拉順序并需詳細(xì)計(jì)算各束鋼絞線的張拉力和錨固伸長(zhǎng)值。
圖3 渡槽整體預(yù)制施工工藝流程圖
在鋼筋制安臺(tái)座區(qū)按設(shè)計(jì)藍(lán)圖完成單跨渡槽鋼筋以及預(yù)應(yīng)力筋預(yù)綁扎、安裝工作,形成完整的渡槽鋼筋骨架籠。很明顯,這項(xiàng)施工設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是制槽廠龍門吊及其配套裝置。
龍門吊是一個(gè)大型起重設(shè)備,其設(shè)計(jì)驗(yàn)算必須嚴(yán)格。當(dāng)采用廠家定制時(shí),設(shè)計(jì)計(jì)算由廠家負(fù)責(zé);施工現(xiàn)場(chǎng)要對(duì)所采用的特制吊具(吊點(diǎn))進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算,確定吊具的結(jié)構(gòu)形式及材質(zhì)。
對(duì)采用蒸汽養(yǎng)護(hù)的預(yù)制渡槽來說,蒸汽養(yǎng)護(hù)是一道關(guān)鍵的施工工序,應(yīng)進(jìn)行系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)。通過系統(tǒng)設(shè)計(jì),合理擬定參數(shù),對(duì)所需要的鍋爐、管道及養(yǎng)護(hù)棚等設(shè)施的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行詳細(xì)計(jì)算[1-2];嚴(yán)格蒸汽養(yǎng)護(hù)工藝標(biāo)準(zhǔn)及過程控制,保證渡槽蒸養(yǎng)質(zhì)量;同時(shí)鍋爐的使用應(yīng)滿足安全、環(huán)保要求。
渡槽混凝土澆筑完畢后4~6 h,開始采用蒸汽養(yǎng)護(hù)方法進(jìn)行混凝土養(yǎng)護(hù),開始養(yǎng)護(hù)前,對(duì)制槽臺(tái)座用養(yǎng)護(hù)棚封閉,蒸汽養(yǎng)護(hù)時(shí)間30 h左右,養(yǎng)護(hù)分4個(gè)階段進(jìn)行:靜停階段→升溫階段→恒溫階段→降溫階段。
(1) 靜停期:槽體混凝土澆筑完畢至混凝土初凝之前的養(yǎng)護(hù)期為靜停期。靜停期間保持棚內(nèi)溫度不低于5 ℃,澆筑完4~6 h后方可升溫(夏季為4 h,冬季為6 h)。靜停期可向棚內(nèi)供給小量的蒸汽,將棚內(nèi)溫度控制在20 ℃以內(nèi)(冬季)。
(2) 升溫期:溫度由靜停期升至規(guī)定的恒溫階段為升溫期。前2 h升溫速度控制在6~8 ℃/h,之后可放寬至10 ℃/h。
靜停期結(jié)束后,向槽體送汽升溫。升溫過程中每10 min觀察溫度、濕度一次,控制升溫速度,并使罩內(nèi)濕度在90%以上。溫升速率通過溫控系統(tǒng)來監(jiān)測(cè)控制。當(dāng)養(yǎng)護(hù)溫度達(dá)到60 ℃時(shí),調(diào)整送汽質(zhì)量,控制棚內(nèi)的溫度在這種狀態(tài)下,開始進(jìn)入恒溫養(yǎng)護(hù)階段。
(3) 恒溫期:恒溫養(yǎng)護(hù)期間蒸汽溫度不宜超過60 ℃;恒溫期一般保持10~12 h,具體時(shí)間可根據(jù)試驗(yàn)確定。恒溫加熱階段要保持90%~100%的相對(duì)濕度。
恒溫期溫度應(yīng)控制在(60±2) ℃。每小時(shí)由控制系統(tǒng)監(jiān)測(cè)一次槽內(nèi)的溫度、濕度,及時(shí)調(diào)整蒸汽質(zhì)量和送汽速度。恒溫結(jié)束前,檢測(cè)混凝土同條件養(yǎng)護(hù)試件的強(qiáng)度,當(dāng)達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的85%時(shí),便可進(jìn)入降溫期。
(4) 降溫期:恒溫結(jié)束前,檢測(cè)混凝土養(yǎng)護(hù)試件的強(qiáng)度,當(dāng)達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的85%時(shí),便可進(jìn)入降溫期。啟動(dòng)通風(fēng)系統(tǒng)開始降溫,為防止梁由于降溫過快而產(chǎn)生裂縫,降溫速度控制在10 ℃/h內(nèi)。停止養(yǎng)護(hù)后出倉(cāng)的槽身溫度與外界的溫度差不應(yīng)超過15 ℃。
通過設(shè)計(jì)及生產(chǎn)實(shí)踐,現(xiàn)場(chǎng)布置1臺(tái)蒸汽蒸發(fā)量為6.5 t/h、蒸汽壓力1.25 MPa的生物質(zhì)低壓鍋爐,能滿足供汽要求。32 m(長(zhǎng))×10.0 m(寬)×9.0 m(高)的整體蒸養(yǎng)棚罩采用型鋼自制而成,使用2臺(tái)門機(jī)平吊就位和拆離。
出槽是指將渡槽從制槽臺(tái)座上吊離到存槽區(qū)的施工過程。這項(xiàng)施工設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是槽廠專用的提槽機(jī)及其配套裝置。
提槽機(jī)是由門架、轉(zhuǎn)向支撐裝置、大車走行機(jī)構(gòu)、起吊機(jī)構(gòu)、吊具、液壓系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)及安全裝置等組成的一個(gè)大型起重設(shè)備,采用廠家定制,其設(shè)計(jì)計(jì)算由廠家負(fù)責(zé)。
針對(duì)本工程渡槽預(yù)制的總體布置及結(jié)構(gòu)特點(diǎn),要完成渡槽架設(shè)安裝工作,應(yīng)采用渡槽提運(yùn)架成套施工裝備。渡槽提運(yùn)架成套施工裝備由1臺(tái)1 200 t提槽機(jī)、1臺(tái)1 200 t輪軌式運(yùn)槽車、1臺(tái)1 200 t架槽機(jī)組成[4]。
(1) ME1200提槽機(jī)主要用于制槽場(chǎng)的渡槽搬運(yùn)、首跨(第3孔)及前兩孔渡槽的架設(shè)、向運(yùn)槽車裝槽,同時(shí)還兼運(yùn)槽車、架槽機(jī)的組裝和拆除工作。
(2) DY1200輪軌式運(yùn)槽車主要用于在已架設(shè)好的渡槽頂上完成槽上運(yùn)槽作業(yè),向架槽機(jī)喂槽。
(3) DF1200架槽機(jī)架設(shè)由運(yùn)槽車運(yùn)來的渡槽和完成自身過孔等功能。
(4) 提槽機(jī)、架槽機(jī)在作業(yè)工況時(shí)應(yīng)滿足、實(shí)現(xiàn)四點(diǎn)起吊、三點(diǎn)平衡的功能;運(yùn)槽車運(yùn)輸過程中應(yīng)始終能夠保持三點(diǎn)平衡,防止渡槽受扭。
提運(yùn)架成套施工裝備使用前要對(duì)控制工況下自身結(jié)構(gòu)體受力情況以及渡槽槽體受力情況進(jìn)行檢算。檢算時(shí),要根據(jù)渡槽結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及預(yù)應(yīng)力布置情況,檢算最不利工況下渡槽的抗彎強(qiáng)度及主控截面的正應(yīng)力;要根據(jù)過程中的運(yùn)行工況對(duì)施工裝備進(jìn)行系統(tǒng)、詳細(xì)的結(jié)構(gòu)檢算,得出準(zhǔn)確的檢算結(jié)論,保證使用中的施工裝備以及槽體受力安全[6-7,9-10]。
通過構(gòu)件的檢算和設(shè)計(jì),確定了由門架、走行機(jī)構(gòu)、走行轉(zhuǎn)向裝置、起升機(jī)構(gòu)和液壓電控系統(tǒng)組成的整個(gè)提槽機(jī)設(shè)備(見圖4);由運(yùn)槽車A、運(yùn)槽車B、管狀結(jié)構(gòu)連接桿、發(fā)電機(jī)組、駕駛室、電控系統(tǒng)組成的運(yùn)槽車整體結(jié)構(gòu);主要由導(dǎo)梁、2臺(tái)門式起重機(jī)、電控系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)組成的整個(gè)架槽機(jī)結(jié)構(gòu)。采用四點(diǎn)起吊、三點(diǎn)平衡技術(shù),防止渡槽在吊運(yùn)時(shí)發(fā)生扭曲。在整個(gè)施工期間,結(jié)構(gòu)受力安全、運(yùn)行平穩(wěn)。
圖4 提槽機(jī)結(jié)構(gòu)圖
架槽順序主要受渡槽線路條件、制槽場(chǎng)布置以及周邊環(huán)境的關(guān)系制約,應(yīng)找到滿足總工期的架槽施工順序。孟樓渡槽首跨架設(shè)在第3孔,按第3孔到最后一孔順序、最后完成第2孔和第1孔的架設(shè)。
作業(yè)程序設(shè)計(jì)較簡(jiǎn)單,對(duì)特定的提運(yùn)架施工裝備,它的作業(yè)程序設(shè)計(jì)一般都是固定的,設(shè)計(jì)生產(chǎn)廠家會(huì)給出詳細(xì)的作業(yè)程序圖示。
提運(yùn)架施工裝備進(jìn)場(chǎng)后,按照總裝設(shè)計(jì)圖紙分別對(duì)其進(jìn)行組裝,檢查各部分的動(dòng)作及性能,組裝后的檢查要分項(xiàng)進(jìn)行并做好記錄。
組裝完畢且檢查合格后,要進(jìn)行渡槽試吊試架。試吊試架前要編寫試吊試架方案并做好技術(shù)交底工作,明確試吊試架方法及目的。試吊試架時(shí)成立專門工作小組,整個(gè)過程要組織嚴(yán)密、控制到位。試架中發(fā)現(xiàn)問題,應(yīng)及時(shí)處理。
(1) 進(jìn)行預(yù)應(yīng)力張拉時(shí),重點(diǎn)要防止斷筋傷人和作業(yè)排架、高處作業(yè)人員及設(shè)備安全。
(2) 嚴(yán)格按照鍋爐安全使用規(guī)定規(guī)范操作。
(3) 編制詳細(xì)的《龍門吊安全使用手冊(cè)》,對(duì)作業(yè)層進(jìn)行詳細(xì)的技術(shù)交底,嚴(yán)格規(guī)范操作程序。
(4) 編制詳細(xì)的《提運(yùn)架設(shè)備安全操作手冊(cè)》和《提運(yùn)架設(shè)備安裝與拆除專項(xiàng)方案》[3];嚴(yán)格按照通過技術(shù)監(jiān)督部門審查認(rèn)證的產(chǎn)品使用說明書和操作手冊(cè)進(jìn)行安裝、調(diào)試、使用和拆除,對(duì)操作人員要進(jìn)行強(qiáng)化技術(shù)培訓(xùn),嚴(yán)格規(guī)范操作程序。
(5) 定期對(duì)機(jī)具設(shè)備進(jìn)行全面安全大檢查,杜絕機(jī)械安全隱患;作好日常巡檢、維護(hù)保養(yǎng)工作,杜絕帶病工作。
(6) 吊槽、運(yùn)槽、架槽過程中設(shè)立專人監(jiān)護(hù),發(fā)現(xiàn)異常情況及時(shí)停止作業(yè),待情況查明并采取措施后方可繼續(xù)進(jìn)行。
(7) 配備必要的聯(lián)絡(luò)工具,保證所有操作過程相互配合,動(dòng)作同步、協(xié)調(diào)、一致。
(8) 配備必要的高空作業(yè)防護(hù)用品。
對(duì)自重達(dá)1 200 t的大型矩形加肋薄壁預(yù)制渡槽施工,其中槽身模板設(shè)計(jì)、槽身鋼筋骨架制作整體吊裝、渡槽混凝土澆筑一次成型、蒸汽養(yǎng)護(hù)工藝、提運(yùn)架成套設(shè)備聯(lián)合使用等都是一個(gè)成功的嘗試。這些技術(shù)的應(yīng)用,保證了工程質(zhì)量,提高了施工速度,滿足了進(jìn)度要求。類似工程施工時(shí)要根據(jù)不同的渡槽結(jié)構(gòu)形式做好模板規(guī)劃設(shè)計(jì)及施工期的維護(hù)保養(yǎng)工作;制槽場(chǎng)的布置要做好排水系統(tǒng)的規(guī)劃和建設(shè);渡槽安裝專用設(shè)備要做好日常檢查、維護(hù)工作,嚴(yán)禁帶病作業(yè);加強(qiáng)作業(yè)人員安全教育和培訓(xùn),嚴(yán)格操作規(guī)程,確保安全、高效地完成各項(xiàng)施工任務(wù)。