華耀沛

（河南省水利第一工程局，河南 鄭州 450000）

0 前言

現(xiàn)階段，在國內(nèi)水利工程領(lǐng)域相關(guān)項目的施工作業(yè)過程中，工程建筑物對外觀造型的新穎以及美觀的要求越來越高，相關(guān)設(shè)計單位的設(shè)計人員在項目工程的外觀規(guī)劃設(shè)計過程中，多數(shù)情況下會采用弧形構(gòu)造或者不規(guī)則的幾何形狀的構(gòu)造來突出其設(shè)計特色，最大限度地實現(xiàn)造型上的突破和創(chuàng)新。努力打造集功能和造型美觀于一身的工程，但是帶有較大弧形造型或者不規(guī)則幾何構(gòu)造的支模過程在實際操作過程中施工較難，特別定制的鋼質(zhì)模具雖然可以滿足相關(guān)結(jié)構(gòu)的操作需求，但是上述施工模式在支撐過程中對鋼質(zhì)模具的強度標(biāo)準(zhǔn)要求較高，一次性資金投入的成本壓力較大，并且模具的通用性較差，很難實現(xiàn)多次重復(fù)利用，項目成本難以把控。因此，在工程實踐中，相關(guān)工程技術(shù)人員采用了一類弧形的單次一體成型圓弧質(zhì)量的控制技術(shù)來彌補特殊定制的鋼質(zhì)工藝方法中的缺陷。

1 項目工程的背景介紹

某地水利工程中的閘門應(yīng)用了上下方向翻轉(zhuǎn)的弧形結(jié)構(gòu)的鋼質(zhì)閘門設(shè)計，閘室的底板是一種折線類型并且在中間位置設(shè)置成弧形的凹槽構(gòu)造，方便弧形狀態(tài)的閘門進(jìn)行下行與上翻的運行動作，弧形構(gòu)件的凹槽的縱向?qū)挾葹?22 500 mm，圓弧構(gòu)件的半徑為 R 5 750 mm，弧長R 5 750 mm，弦長為8 545 mm，弧深數(shù)值為1 945 mm，弧底距離基礎(chǔ)墊層的距離為2 095 mm。

2 工程測量技術(shù)

工程結(jié)構(gòu)測量作業(yè)是相關(guān)工程施工作業(yè)的首道工序，測量操作的效果關(guān)系到整體工程的最終品質(zhì)，影響到工程項目的平面位置、外觀尺寸以及標(biāo)高等指標(biāo)是否滿足規(guī)劃設(shè)計的相關(guān)要求。工程技術(shù)人員需要高度重視工程項目的測量操作。常規(guī)的建筑物造型多數(shù)為方形等規(guī)則圖形，外觀相對簡單，該文中出現(xiàn)的圓弧形結(jié)構(gòu)，需要工作人員針對其測量施工相關(guān)技術(shù)進(jìn)行深入研究。

2.1 直接拉線方法

該方法適用于圓弧形結(jié)構(gòu)的半徑相對較小的狀況。確定出圓弧構(gòu)造的圓心位置，安裝控制樁。圓心位置的控制樁設(shè)置包括以下3個步驟：1）控制樁的安裝需要相對牢固可靠，樁點位置比較堅固。2）使用鋼尺以樁點位置為中心劃弧，鋼尺的松緊程度保持一致，半徑較大的情況下可應(yīng)用力矩尺進(jìn)行輔助。3）對圓心樁進(jìn)行保護(hù)并安裝引樁構(gòu)件。

2.2 直接放樣方法

直接放樣方法也可以稱作矢高分解方法，指的是在作業(yè)現(xiàn)場直接測量設(shè)置出圓弧形平面結(jié)構(gòu)的大體圖形結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)場測量放線過程中不需要進(jìn)行任何相關(guān)的計算過程。

2.3 坐標(biāo)計算方法

該方法適合半徑較大的圓弧構(gòu)造的測量放線過程，半徑比較大，圓心距離建筑主體較遠(yuǎn)，不能直接使用上述方法實施測量時，就可以使用該方法進(jìn)行測量。坐標(biāo)計算方法可以將弦長當(dāng)成矢高基準(zhǔn)線，弦長的中垂直線為對稱軸，弦長上每隔1.5 m設(shè)置對稱軸的平行線與圓弧交匯，每隔 1.5 m 位置的矢高數(shù)值可用圓弧和三角函數(shù)關(guān)系式得到。

3 圓弧構(gòu)造的品質(zhì)對于弧形閘門運行過程的影響

在該工程項目中，位于面部分的弧形結(jié)構(gòu)位置的圓弧建造質(zhì)量是該翻轉(zhuǎn)形式弧形閘門可以平穩(wěn)運行的重要影響因素，如果圓弧結(jié)構(gòu)部分的曲率大于規(guī)劃設(shè)計的尺寸，將會導(dǎo)致弧形閘門裝置在運行過程中會受到相關(guān)結(jié)構(gòu)的影響，閘門部分受到阻礙后會出現(xiàn)受力不平衡的情況，導(dǎo)致液壓開啟以及閉合機構(gòu)的壓力大幅度上升，門體部分可能出現(xiàn)扭曲；如果出現(xiàn)圓弧結(jié)構(gòu)的曲率小于規(guī)劃設(shè)計的需要的情況時，盡管閘門裝置可以正常地運行，但是由于門葉和基礎(chǔ)底板間的空隙過大所以會出現(xiàn)漏水的情況，除了閘門裝置的圓弧部分曲率之外，模具的膨脹、地臺的錯位也是影響相關(guān)弧形構(gòu)造品質(zhì)的主要環(huán)節(jié)，這些因素對弧形結(jié)構(gòu)閘門的運動造成了很大的影響[1]。

4 影響弧形構(gòu)造品質(zhì)的要素

提高弧形構(gòu)造的品質(zhì)的主要目的是在相關(guān)裝置的結(jié)構(gòu)上確?；⌒蔚拈l門可以安全穩(wěn)定地運行?；⌒谓Y(jié)構(gòu)的閘門在弧形結(jié)構(gòu)上圍繞著支鉸的門軸部件進(jìn)行翻轉(zhuǎn)運動，圓弧結(jié)構(gòu)的曲率數(shù)值需要最大限度地接近弧形的閘門裝置的弧度，通常來講，在施工作業(yè)過程中地臺錯位的情況是比較明顯的，容易導(dǎo)致泥沙等雜物在相關(guān)的弧形構(gòu)造內(nèi)部出現(xiàn)沉積進(jìn)而板結(jié)固化，這樣的情況會給弧形閘門裝置的開啟以及運行過程帶來較大的不利影響，而相關(guān)的弧形構(gòu)造影響了系統(tǒng)內(nèi)部過水剖面的水流行進(jìn)方向，水系以及流體內(nèi)部的中砂石顆粒也會對弧面構(gòu)造造成侵蝕以及沖擊的影響，長久以來就會減小閘門裝置保護(hù)層的厚度，降低對鋼筋部分防止銹蝕的保護(hù)作用，因此，弧形構(gòu)造部分的圓弧曲率數(shù)值、表面的保護(hù)層的厚度尺寸以及部件的表面品質(zhì)必須作為提高弧形構(gòu)造部件品質(zhì)的核心要素。

5 底板部分弧形構(gòu)造的工藝方法選取

由于弧形構(gòu)造涉及的工藝方法種類較多，鋼質(zhì)模具的工藝通常適用在等截面的構(gòu)件的工況之下。該情況下，現(xiàn)場的拼裝任務(wù)相對簡便、模具拆除之后構(gòu)件的外觀品質(zhì)比較理想，模具的通用性較好，重復(fù)適用率較高，然而該工藝一次性投資相對較高，施工現(xiàn)場的容錯能力比較差，單體結(jié)構(gòu)部件的重量較大，拼裝過程中的尺寸精度執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)相對較高，對于現(xiàn)場支撐結(jié)構(gòu)的強度要求也比較高。竹膠材質(zhì)的木模結(jié)構(gòu)，除了具備鋼質(zhì)模具的優(yōu)良工藝特點之外，能夠有效彌補鋼質(zhì)模具工藝流程中的某些缺陷和不足，能夠隨著施工現(xiàn)場的實際情況進(jìn)行靈活的調(diào)節(jié)與改進(jìn)，可以在模板上隨意為位置設(shè)計工藝過孔，減少了基礎(chǔ)底板支撐部分的承載壓力。因為弧形構(gòu)造圓弧長度應(yīng)用鋼質(zhì)吊模形式，所以弧形構(gòu)造基礎(chǔ)底部的施工品質(zhì)很難達(dá)標(biāo)。由于特殊定制的大直徑尺寸鋼質(zhì)模具互換性不好無法重復(fù)利用，所以應(yīng)用該方法成本較高。圓弧構(gòu)造內(nèi)部規(guī)劃設(shè)計了二期構(gòu)造，施工難度較大，通過對于工藝方法的比較與研究，相關(guān)工程技術(shù)人員對竹膠木模工藝方法實施技術(shù)進(jìn)行了改造，此時選取竹膠木模工藝方法更加方便弧形構(gòu)造裝置進(jìn)行施工作業(yè)，在確?；⌒螛?gòu)造形狀品質(zhì)的前提下，也滿足了工藝方案法選取符合經(jīng)濟(jì)性工藝的相關(guān)要求[2]。

6 弧形構(gòu)造部分圓弧形狀工藝方法

6.1 弧形構(gòu)造圓弧形狀放樣研究

在基礎(chǔ)底板墊層表面進(jìn)行測量并且放樣，形成弧形構(gòu)造橫向中線以及圓弧構(gòu)造的邊界線，在電腦上繪制弧形構(gòu)造的圓弧形狀以及弦長，由弦長中點向兩端每間隔 550 mm繪出垂直于弦長的直線，連接于圓弧線，依據(jù)全部垂直弦長度尺寸在基礎(chǔ)墊層上繪制出圓弧線，將該圓弧線作為把控圓弧上所有點高度的依據(jù)，圓弧部分角鋼支撐立柱長度尺寸符合相關(guān)支撐高度的技術(shù)要求，把已經(jīng)彎曲成形的圓弧形狀鋼筋固定在支持框架上，使用現(xiàn)場特殊定制的圓弧形狀模具樣尺對于弧形構(gòu)造的圓弧部分曲率半徑以及結(jié)構(gòu)保護(hù)層厚度尺寸實施套靠校核?；⌒螛?gòu)造圓弧墊層放樣如圖1所示。

圖1 弧形構(gòu)造圓弧墊層放樣

6.2 圓弧表面模板規(guī)劃設(shè)計與安裝固定

相關(guān)工程技術(shù)人員采用2445 mm×1225 mm×15.5 mm竹膠模板對圓弧表面實施規(guī)劃設(shè)計，應(yīng)用模板較長一邊容易彎曲的特性，把模板長邊垂直于圓弧表面進(jìn)行埋設(shè)，45 mm×45 mm等邊結(jié)構(gòu)的角鋼依據(jù)模板埋設(shè)區(qū)域?qū)嵤┌惭b，根據(jù)兩邊距離105 mm、中心線距離 755 mm安裝五層角鋼支護(hù)模板，保證模板在緊固裝置的作用下緊靠于角鋼表面，因為角鋼外層挑板的彎曲弧度無法滿足弧形構(gòu)造的技術(shù)要求，所以必須嚴(yán)格控制其使用長度，保證弧形構(gòu)造的圓弧結(jié)構(gòu)單次一體成型。

6.3 相關(guān)結(jié)構(gòu)保護(hù)層位置規(guī)劃設(shè)計及其把控

弧形構(gòu)造水泥混凝土材質(zhì)保護(hù)層厚度通常是45 mm，為了精確地控制弧形構(gòu)造相關(guān)保護(hù)層結(jié)構(gòu)的尺寸，有效減少和模板的實際接觸區(qū)域的面積，應(yīng)用角鋼寬度數(shù)值要與護(hù)層厚度數(shù)值相等，設(shè)置熱鍍鋅45 mm×45 mm等邊結(jié)構(gòu)的角鋼把控保護(hù)層厚度，可以應(yīng)對預(yù)制墊板實際接觸面積較大及排布不平衡造成的弧面構(gòu)造表面缺陷及保護(hù)層厚度尺寸不合格的情況。

6.4 圓弧形狀模板固定工藝方法優(yōu)化措施

相關(guān)工程技術(shù)人員為了實現(xiàn)弧形表面模板固定成整體結(jié)構(gòu)，大幅度提升弧形構(gòu)造圓弧尺寸施工作業(yè)品質(zhì)的目的，通長方木采用平行于模板較短區(qū)域?qū)崿F(xiàn)布置的解決方案，首先在木方結(jié)構(gòu)上實施模板較短區(qū)域的接縫操作，然后依照155 mm～225 mm間距進(jìn)行排布，木方構(gòu)件的長度尺寸方向重復(fù)拼接尺寸為 1 050 mm，模板拼縫位置一般情況下通長木方間沿著模板較長區(qū)域搭縫位置使用755 mm短木方加強密度排布，用來避免模板接縫位置出現(xiàn)錯臺現(xiàn)象，通過Φ16 mm的對拉螺栓和Φ22 mm弧形加固筋固定“L”型等邊角鋼；因為使用Φ50 mm圓弧鋼筋部件對于弧形構(gòu)造進(jìn)行加固處理，預(yù)先彎曲精度無法與結(jié)構(gòu)弧度相等，然而鋼筋部分可以在外在載荷的作用下能夠彎曲達(dá)到設(shè)計形狀的要求，配合14 mm竹膠板和2 mm新型PC板進(jìn)行固定，所以應(yīng)用兩段 Φ25 mm圓弧鋼筋造實施模板構(gòu)件的加固操作，弧形模板加固示意圖如圖2所示。

圖2 弧形模板加固示意圖

6.5 圓弧模板抗浮穩(wěn)固方法

圓弧形狀模板結(jié)構(gòu)尺寸較大并且呈現(xiàn)凹形，隨著水泥混凝土表面和弧形表面模板實際接觸面積的增加，針對模板作用的浮托力就相應(yīng)增大，為了提升弧形構(gòu)造模板的抗浮效果，除了使用科學(xué)的灌筑工藝方法減少水泥混凝土對于模板的浮托力以外，還需要增大圓弧模板固定支撐桿的半徑尺寸，并且和CPH管樁頂部法蘭通過焊接的方法構(gòu)成固定位置的拉結(jié)點，模板一側(cè)應(yīng)用雙螺帽結(jié)構(gòu)加大緊固構(gòu)件的長度尺寸，大幅度提升緊固螺桿的抵抗拉拔效果。

7 弧形構(gòu)造弧形表面成型品質(zhì)把控研究

7.1 角鋼部件的設(shè)置及把控

一般情況下，在弧形構(gòu)造內(nèi)進(jìn)行設(shè)置安裝45 mm×45 mm規(guī)格的等邊角鋼可以準(zhǔn)確地控制相關(guān)裝置所需的保護(hù)層厚度尺寸以及圓弧形狀部分的曲率半徑的數(shù)值，現(xiàn)場操作過程中，操作人員需要依據(jù)角鋼安裝排布的具體情況和位置把控其設(shè)置方向，采用1 050 mm的間隔尺寸在鋼筋部件表面的焊接短鋼筋作為支撐結(jié)構(gòu)，并且根據(jù)每根角鋼的實際高程數(shù)值使用短鋼筋對角鋼進(jìn)行操作，角鋼部件需要隨著弧度進(jìn)行平裝，防止弱三角區(qū)域的產(chǎn)生，縱向方向的搭接長度使用對接的焊接方法，等邊角鋼的設(shè)置區(qū)域及高程數(shù)值使用弧形樣板來校驗其和規(guī)劃設(shè)計情況是否一致?！癓”型等邊角鋼與焊接筋的搭接關(guān)系如圖3所示。

圖3 弧形構(gòu)造角鋼設(shè)置實例圖

7.2 弧面形狀的模板的工藝方法優(yōu)化

在弧形構(gòu)造的模板的表面設(shè)置規(guī)格為2.5 mm新型的透明度較高 PC 板，可以提升圓弧表面的光潔程度，最大限度地淡化模板拼縫痕跡。PC 板按照模板定位在模板下避讓拼縫位置進(jìn)行預(yù)先安裝，避免互相壓蓋，安裝長度依據(jù)圓弧形長度確定，由里到外，中間到兩側(cè)把PC 板攤平，應(yīng)用釘槍依照雙向305 mm間距尺寸使用梅花狀鋼釘固在模板上，沿著 PC 板縱向接縫使用透明膠帶封縫，達(dá)到弧面無印記的外觀品質(zhì)。

7.3 弧面質(zhì)量控制技術(shù)

弧形構(gòu)造的現(xiàn)場操作難度較高，為了提高弧面的外觀品質(zhì)，根據(jù)灌注的相關(guān)工藝方法事先在模板上開出155 mm×155 mm的上料孔、105 mm×105 mm的搗振孔，在弧形結(jié)構(gòu)的底部及中部設(shè)置搗振孔，上料孔和搗振孔錯開布置。在圓弧結(jié)構(gòu)的底部的搗振孔兩邊開出上料孔，上料孔和搗振孔縱向的間距設(shè)置為2 500 mm，上料孔也可以兼具搗振孔使用，開孔切出的小塊材料固定在工藝孔周圍，方便復(fù)位的時候取用，最后使用Φ8.5 mm鉆頭在模板表面開出排氣孔用來去除弧形模板上方的氣泡。

8 圓弧形狀模板的形變情況監(jiān)控

相關(guān)工程技術(shù)人員為了了解圓弧形狀的模板在灌注階段的形狀改變量，在弧形構(gòu)造模板上排布了4個監(jiān)控斷面，所有的監(jiān)控斷面均設(shè)置3個監(jiān)控位置，應(yīng)用相關(guān)儀器測得各監(jiān)控位置的原始參數(shù)信息，當(dāng)水泥混凝土灌注過程中的監(jiān)控數(shù)據(jù)大于監(jiān)控位置的原始數(shù)值并且連續(xù)改變時，需要立即暫停灌注工作，用下排以及上壓的方案對拉螺栓進(jìn)行緊固，使模板回調(diào)到適當(dāng)?shù)陌惭b區(qū)域。在灌注進(jìn)程中，需要強化監(jiān)控作業(yè)的頻率，直到模板的改變量達(dá)到穩(wěn)定的情況[3]。

9 弧形構(gòu)造技術(shù)實際效果

弧形構(gòu)造單次一體成型的控制方案執(zhí)行簡便，能夠改善弧形構(gòu)造的品質(zhì)，應(yīng)用該方案后，材料的利用率可達(dá)92.5%，降低了成本并且操作簡便，控制弧形構(gòu)造的圓弧的曲率半徑及保護(hù)層厚度，降低了拆模以后修補的工作量，提升了弧形構(gòu)造單次成型的品質(zhì)。

10 結(jié)語

綜上所述，弧形構(gòu)造在水利工程規(guī)劃設(shè)計過程中屬于一類常規(guī)的構(gòu)造形式，其具有弧形曲線長度較大、陰角和陽角順直程度及弧面圓滑程度控制較難的特性，是弧形構(gòu)造施工過程中的難點，弧形構(gòu)造使用的是綜合性作業(yè)技術(shù)，通過弧形構(gòu)造的單次一體成型控制相關(guān)技術(shù)，結(jié)合計算機輔助設(shè)計弧形的模板放樣及圓弧的曲率半徑的把控，可以提升弧形構(gòu)造的品質(zhì)，降低施工成本，有較強的實用價值與推廣價值。