王虎林

（中國水利水電第十一工程局有限公司，河南 鄭州 450001）

1 工程概況

南水北調(diào)中線工程澧河渡槽增設(shè)導(dǎo)流墩施工項(xiàng)目，本次導(dǎo)流墩設(shè)計(jì)為鋼筋混凝土材質(zhì)，整體呈三角形，設(shè)計(jì)總長30 m，高7～8 m，寬度從5 m漸變到0.5 m。導(dǎo)流墩順?biāo)鞣较蚬卜譃?0 段，每段自下而上分為9 層，前9 層為預(yù)制鋼筋混凝土，封頂為現(xiàn)澆混凝土。導(dǎo)流墩預(yù)制層均為C50 預(yù)制鋼筋混凝土空箱結(jié)構(gòu)，頂層均為C30 現(xiàn)澆鋼筋混凝土空箱結(jié)構(gòu)，出口導(dǎo)流墩層與層之間設(shè)橡膠止水帶，層與層間、段與段間采用螺栓連接，預(yù)制墩體采用工廠預(yù)制、運(yùn)輸至現(xiàn)場水中搭建施工平臺進(jìn)行拼裝、水下安裝。從而可大幅改善渡槽進(jìn)出口水流狀態(tài)，有效降低水頭損失，提高過流能力，對保障中線工程整體輸水能力具有十分重要的意義。

2 導(dǎo)流墩模具設(shè)計(jì)及預(yù)制構(gòu)件制造

2.1 導(dǎo)流墩設(shè)計(jì)分段、分層

出口導(dǎo)流墩長30 m，高度7.778 m、寬度5 m，按水流向分為10 段，按高度方向下部9 層為預(yù)制層，頂層為現(xiàn)澆層；進(jìn)口導(dǎo)流墩長11 m，高度8.155 m、寬度5 m，進(jìn)口導(dǎo)流墩按水流向分為4 段，按高度方向下部10 層為預(yù)制層，頂層為現(xiàn)澆層，進(jìn)、出口導(dǎo)流墩均為空箱式混凝土結(jié)構(gòu)；中間標(biāo)準(zhǔn)預(yù)制層高度為0.8 m，底層高度隨渠道底板坡度的變化高度進(jìn)行調(diào)整，出口第9 層高度為0.7 m，進(jìn)口第10 層高度為0.455 m。導(dǎo)流墩分段、分層布置示意見圖1。

圖1 渡槽出口導(dǎo)流墩立面分段分層示意圖

圖2 渡槽出口導(dǎo)流墩平面分段示意圖

2.2 模具設(shè)計(jì)及制造

由于導(dǎo)流墩構(gòu)件對單個(gè)外觀和外形尺寸精度要求高，外表要光潔平整，不得有疏松、蜂窩等，且導(dǎo)流墩構(gòu)件上下部位采用緊湊型承插口連接（圖3），前后均采用廣口式承插方式連接（圖4），因此對模具設(shè)計(jì)提出了很高的要求。在設(shè)計(jì)時(shí)優(yōu)先考慮高強(qiáng)度的鋼模板進(jìn)行構(gòu)件的預(yù)制；同時(shí)采用單個(gè)模具獨(dú)立底座的設(shè)計(jì)，確保滿足底部插口的精度，還可以實(shí)現(xiàn)構(gòu)件預(yù)制的多場所游牧式預(yù)制作業(yè)。模具主要由獨(dú)立底座、外模板、內(nèi)模板、頂模和工裝件組成（圖5）。同時(shí)對于安裝后的整體誤差要求精度較高，因此模板既要有一定的剛度和強(qiáng)度、又要有較強(qiáng)的整體穩(wěn)定性，同時(shí)便于組裝和脫模。

圖3 上下層間緊湊型承插口

圖4 相鄰構(gòu)件前后廣口式承插口

圖5 獨(dú)立底座 外模板 內(nèi)模板 頂模 工裝件

（1）模具設(shè)計(jì)——高精度，游牧式作業(yè)

在模具設(shè)計(jì)時(shí)，通過三維軟件進(jìn)行預(yù)制構(gòu)件的準(zhǔn)確繪制以及模具的動態(tài)可視化設(shè)計(jì)，提前規(guī)避設(shè)計(jì)誤差，并在軟件中模擬模具的拆解和組裝過程，以確保實(shí)際施工便捷高效；同時(shí)，模具制造時(shí)所需的板材和型材分別采用激光切割設(shè)備和數(shù)控機(jī)床進(jìn)行切割，以控制板材的尺寸誤差。模具組立時(shí)，利用三維工裝組立平臺進(jìn)行組裝，進(jìn)而控制焊接和組裝時(shí)的變形誤差，達(dá)到設(shè)計(jì)要求確保構(gòu)件尺寸。

（2）外模具及底座設(shè)計(jì)——易組裝，剛度強(qiáng)

底座模具設(shè)計(jì)時(shí)考慮到不同場景的適應(yīng)性，采用型材對底座進(jìn)行加強(qiáng)；外模采用4 塊獨(dú)立側(cè)模進(jìn)行拼裝，并采取型材對拉加強(qiáng)設(shè)計(jì)，以保證外部尺寸的精準(zhǔn)。外模及底座方案如圖6 所示。

圖6 外模具及底座拆解示意圖

（3）內(nèi)模設(shè)計(jì)——易組裝，易脫模

內(nèi)模設(shè)計(jì)要確保內(nèi)部尺寸，同時(shí)要便于拆裝，因此內(nèi)模設(shè)計(jì)時(shí)設(shè)定一定角度的脫模角，同時(shí)拆解為8 片組合，設(shè)定拆解塊便于拆裝和脫模具。

圖7 內(nèi)模拆解示意圖

（4）工裝定位——精準(zhǔn)定位，保證連接

單個(gè)構(gòu)件之間除通過承插口連接外并通過橫向和豎向的連接通孔進(jìn)行固定連接，必須保證通孔位置的準(zhǔn)確，因此設(shè)定了豎向和橫向?qū)Ｓ玫亩ㄎ还ぱb件以確保位置準(zhǔn)確。

（5）模具制造——精準(zhǔn)下料，高精度拼裝

為確保下料的精準(zhǔn)，所有板材下料均采用數(shù)控激光切割下料方法，并在三維工裝組立平臺上進(jìn)行板材的焊接安裝作業(yè)，以確保模具組裝的精度。

2.3 構(gòu)件預(yù)制及試拼裝

（1）鋼筋綁扎及模具組立

半成品鋼筋切斷、對焊、成型的加工均在原鋼筋車間進(jìn)行，鋼筋車間在按配筋單加工中，應(yīng)嚴(yán)格控制尺寸。由于導(dǎo)流墩構(gòu)件鋼筋的主筋保護(hù)層要求較高，因此，鋼筋的骨架尺寸必須準(zhǔn)確，故要求采用專門的成型架成型，并在內(nèi)模具組裝完成后提前進(jìn)行骨架的綁扎以便后續(xù)安裝預(yù)留洞定位工裝及預(yù)埋件。

（2）構(gòu)件澆筑及養(yǎng)護(hù)

澆搗前，應(yīng)對模板和已綁好的鋼筋和埋件進(jìn)行檢查，確保相關(guān)預(yù)埋件定位準(zhǔn)確。為確保構(gòu)件頂面的平整度，需要增加對頂面的二次收面措施，因此澆筑完成后及時(shí)在原生產(chǎn)模位上進(jìn)行移動式蒸養(yǎng)罩蒸養(yǎng)方式，減少混凝土初凝時(shí)間，進(jìn)行頂面的二次收面。導(dǎo)流墩蒸養(yǎng)完成后，同條件試塊強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)的70%強(qiáng)度后方可進(jìn)行拆模；試塊強(qiáng)度達(dá)到100%后方可部署吊裝事宜。吊裝時(shí)，采用四點(diǎn)平衡架進(jìn)行四點(diǎn)起吊。（3）場內(nèi)試拼裝

構(gòu)件預(yù)制完成后須在出廠前逐層逐段進(jìn)行試拼裝，以便消除預(yù)制過程中誤差；同時(shí)，檢查連接孔之間的貫通，確保出廠后順利安裝。

圖8 逐層試拼裝

圖9 整體試拼裝

3 吊裝浮箱作業(yè)平臺

整個(gè)吊裝平臺由33 組浮船改造拼裝而成，整體呈“凹”字型，上部裝有吊裝結(jié)構(gòu)桁架，前端水中裝有輔助支腿。在平臺外側(cè)，分左右岸、上游3 部分，共布置6 臺卷揚(yáng)機(jī)、2 臺手拉葫蘆，使吊裝平臺在湍急的水流中相對平穩(wěn)。其中左岸3 臺、右岸3 臺卷揚(yáng)機(jī)對平臺進(jìn)行牽引，以保證平臺不會左右擺動，上游側(cè)2 臺手拉葫蘆用來調(diào)整平臺，以滿足吊裝就位需求。同時(shí)，利用緩沖原理，把平臺迎水端部位鋼板設(shè)置成“船頭”樣式，用來緩解水流對平臺的沖擊。除此之外，為保證平臺在吊裝墩體時(shí)的整體安全穩(wěn)定性，在“凹”字形兩側(cè)平臺還增加橫向鋼梁、輔助梁與縱向加強(qiáng)工字鋼等結(jié)構(gòu)。這樣，就能在這個(gè)施工平臺上“如履平地”地開展吊裝工作了。

圖10 浮箱平臺斷面框架結(jié)構(gòu)、立柱、縱橫梁、軌道布置示意圖

4 導(dǎo)流墩安裝

進(jìn)出口導(dǎo)流墩均為預(yù)制薄壁混凝土空箱結(jié)構(gòu)，除底層帶有底板外，上部各層均不帶底板，只有四周為薄壁混凝土；出口導(dǎo)流墩長度為30 m，沿水流方向分為10 段，每段分為9 層預(yù)制層；進(jìn)口導(dǎo)流墩長度為11 m，沿水流方向分為4 段，每段分為10 層預(yù)制層；進(jìn)、出口導(dǎo)流墩層與層之間設(shè)橡膠止水帶，層與層間、段與段間采用螺栓連接；導(dǎo)流墩墩體工廠預(yù)制，運(yùn)輸至現(xiàn)場后利用水上浮箱平臺在水中拼裝。

4.1 導(dǎo)流墩裝配工藝流程

導(dǎo)流墩裝配工藝流程見圖11。

圖11 導(dǎo)流墩裝配工藝流程圖

4.2 出口導(dǎo)流墩安裝

出口導(dǎo)流墩總體安裝方法：導(dǎo)流墩安裝采用電動葫蘆從交通橋上吊運(yùn)至安裝工位后，由手拉葫蘆提起，下沉入水，然后電動葫蘆將下一節(jié)吊運(yùn)至上一節(jié)上，層間連接好后4 個(gè)人操作手拉葫蘆，將導(dǎo)流墩緩慢下沉入水。下一節(jié)段安裝就位后與上一節(jié)段用螺栓連接。

出口導(dǎo)流墩安裝步驟如下：

第1 步：出口導(dǎo)流墩安裝時(shí)，將工廠內(nèi)預(yù)制的導(dǎo)流墩節(jié)段運(yùn)到吊裝區(qū)后，由布置在左側(cè)岸上汽車吊將預(yù)制塊吊到交通橋上的搬運(yùn)小車上，用布置在右岸的卷揚(yáng)機(jī)牽引搬運(yùn)小車，沿交通橋?qū)?dǎo)流墩預(yù)制塊牽引至橫跨在交通橋上的電動葫蘆梁正下方。

第2 步：電動葫蘆將預(yù)制塊提起運(yùn)送到拼裝位置的下方到接近水面。

第3 步：懸掛在縱梁上的4 只手拉葫蘆從外側(cè)部將預(yù)制塊提起，渡槽前端的卷揚(yáng)機(jī)與底部前端的第一個(gè)吊耳連接。

第4 步：手拉葫蘆受力吊起導(dǎo)流墩后，電動葫蘆摘鉤，并移動到交通橋上方，第一塊下落至水面，構(gòu)件頂面高出水面；上游卷揚(yáng)機(jī)拉住導(dǎo)流墩靠向閘墩；為保持導(dǎo)流墩穩(wěn)定，隨著導(dǎo)流墩的升高，在導(dǎo)流墩外側(cè)用吊帶圍住，讓導(dǎo)流墩上部貼緊閘墩，吊帶的兩端固定在閘墩頂面錨固點(diǎn)上（裝配前在原閘墩前端頂面預(yù)先設(shè)置兩個(gè)錨固點(diǎn)），用于控制導(dǎo)流墩節(jié)段上口前后左右晃動，使其穩(wěn)定保證安全；裝配第2 節(jié)段以后的節(jié)段可將吊帶兩端固定在前一節(jié)段上部吊耳上。

第5 步：清理組合面，安裝好層間止水橡皮，電動葫蘆吊運(yùn)第2 層，電動葫蘆將第2 層轉(zhuǎn)運(yùn)到第1層上方；調(diào)整導(dǎo)流墩位置狀態(tài)與第1 層對位后，穿好兩層豎向螺栓并將連接螺栓緊固。

第6 步：固定在閘墩上的卷揚(yáng)機(jī)牽引繩配合4個(gè)手拉葫蘆同步下降實(shí)現(xiàn)導(dǎo)流墩下沉，導(dǎo)流墩下沉后頂部露出水面約0.5 m，進(jìn)行下一層裝配。

第7 步：按照上述步驟依次裝配第3～9 層。

第8 步：上游卷揚(yáng)機(jī)與手拉葫蘆配合導(dǎo)流墩下沉，導(dǎo)流墩底部下沉距離渠道底部約5 cm 時(shí)，閘墩上的卷揚(yáng)機(jī)牽引，讓導(dǎo)流墩緊靠閘墩，用全站儀測量調(diào)整導(dǎo)流墩的位置，位置無誤后下沉就位；就位后渡槽前的卷揚(yáng)機(jī)換成手葫蘆固定第1 節(jié)段；頂部用手拉葫蘆與閘墩固定，保證導(dǎo)流墩安全。

第9 步：用同樣的方法安裝第2 節(jié)段，導(dǎo)流墩距離渠底約5 cm時(shí)調(diào)整導(dǎo)流墩的中心位置，無誤后落底，落底時(shí)渡槽上游的卷揚(yáng)機(jī)牽引與第1 節(jié)段貼緊，連接第1 節(jié)段、第2 節(jié)段之間連接螺栓，兩段固定在一起。

第10 步：用同樣的方法安裝剩余節(jié)段；第10 節(jié)段運(yùn)至交通橋上后構(gòu)件需要旋轉(zhuǎn)90°，再吊運(yùn)至裝配位置進(jìn)行裝配。

第11 步：利用預(yù)留在導(dǎo)流墩底板中的孔在底板下部灌漿，灌漿48 h 后從底板預(yù)留DN125 的管內(nèi)取芯后在渠道底板上插筋、澆筑導(dǎo)流墩底板上一層二期混凝土。

第12 步：澆筑導(dǎo)流墩上預(yù)留灌漿孔，將導(dǎo)流墩上下連接成整體。

第13 步：頂層現(xiàn)澆層施工，利用頂層的外露鋼筋，安裝綁扎頂部現(xiàn)澆層的鋼筋，安裝與預(yù)制一樣定型模板完畢檢查合格后澆筑C30 商品混凝土，通過現(xiàn)澆混凝土將頂部連接成整體。

第14 步：拆模板后安裝頂部蓋板，完成導(dǎo)流墩的施工。

第15 步：浮箱平臺移至左岸拆除，浮箱移開后安裝欄桿。

最后，隨著導(dǎo)流墩入水安裝就位，澧河渡槽出口水流狀態(tài)已經(jīng)明顯得到改善，槽身水流波動幅度也已明顯降低。出水口導(dǎo)流墩安裝的成功實(shí)施有效改善輸水建筑物進(jìn)出口流態(tài)，從而提高流速與流量，對保障南水北調(diào)中線工程的輸水能力具有重要意義。

5 結(jié)束語

在原渡槽槽墩上加建導(dǎo)流墩，可大幅改善輸水建筑物進(jìn)出口水流態(tài)，為大流量輸水常態(tài)化提供安全支撐，對保障中線工程整體輸水能力具有十分重要的意義。這種在“高流速、差流態(tài)、高水深”動水環(huán)境下進(jìn)行的“大噸位、大體積、高精度”裝配式建筑施工技術(shù)的應(yīng)用，不僅符合我國建筑工程今后的發(fā)展方向，同時(shí)是中國水利水電第十一局工程局有限公司安裝分局首次大膽嘗試，導(dǎo)流墩的創(chuàng)新之舉，表明預(yù)制裝配構(gòu)件已成功運(yùn)用于南水北調(diào)動水狀態(tài)下的水下安裝施工。也是國內(nèi)水利行業(yè)首創(chuàng)之舉。