大跨度薄壁U型渡槽造槽機施工內外模變形控制技術研究

李建恒熊建武

（中國葛洲壩集團第一工程有限公司 湖北 宜昌 443002）

大跨度薄壁U型渡槽造槽機施工內外模變形控制技術研究

李建恒1熊建武2

（中國葛洲壩集團第一工程有限公司 湖北 宜昌 443002）

南水北調中線湍河渡槽40m跨U型薄壁預應力槽身為機械化原位現澆施工，在槽身混凝土澆筑過程中，內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向下變形，致使造槽機內、外模產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；造槽機施工；內外模變形控制

1 概述

南水北調中線湍河渡槽為目前國內跨度最大、技術難度最高的U型薄壁渡槽結構，施工難度大，混凝土質量要求高。槽身為相互獨立的3槽預應力混凝土U型結構，單跨40m，共18跨，單槽內空尺寸（高×寬）7.23m×9.0m。設計流量為350m3/s，加大流量為420m3/s。

DZ40/1600 U型渡槽造槽機是為南水北調中線工程湍河40m跨渡槽現澆施工而設計、制造的專用設備，全機總重約1280t，外形尺寸為88m×13.5m×16.5m（長×寬×高），能承載40m U型渡槽1600t的結構荷載。

2 應用背景

槽身采用DZ40/1600U型造槽機進行機械化原位現澆施工，不受河灘軟弱地基或跨越河流等復雜地形、地貌的影響，可以節約大量的支撐排架和下部基礎處理的時間。新設備、新技術在本項目應用過程中，發現部分技術缺陷需要完善。首跨工程槽（18#中槽）澆筑過程中出現的內外模變形不同步問題，造成槽體內壁局部出現掛簾現象，對槽體外觀質量產生負面影響。槽身底板混凝土澆筑時，外肋和外模變形緩慢、基本同步，變形值在正常設計取值范圍內（混凝土澆筑至200m3左右時，外肋、外模同步變形約 0.9cm）；當澆筑至槽體反弧段時（混凝土澆筑量由200m3升至300m3），3個小時內外肋、外模出現了2cm左右的變形、沉降，而內主梁變形未與外肋、外模同步，導致現場剛澆筑完成正在塑性變形的混凝土與內模脫空，新澆筑混凝土沿脫空部位流掛，形成掛簾現象。

3 施工技術難點分析

采用DZ40/1600 U型渡槽造槽機替代傳統滿堂支架體系原位現澆超大U型預應力渡槽，不受河灘軟弱地基及跨越河流等復雜地形、地貌的影響全年進行施工。新設備、新技術在應用過程中主要存在以下幾個技術上的難點，需要克服。

（1）槽身澆筑過程中，造槽機外模受混凝土荷載作用發生向下沉降變形，由于內模系統與外模系統之間無連接裝置，僅在張拉端處用端頭模板和其固定螺栓連接外模和內模，無法使內外模協同受力，因此在混凝土澆筑至槽身底板以上部分混凝土時，內模受漿液上浮力，有上浮的趨勢，上浮力約 517t，而造槽機造槽機內梁內模系統共重約370t，上浮力大于內梁內模系統自重，導致內模出現上浮。內模自重與內模所受上浮力差值約為 147t，如何在基本不增加造槽機結構自身重量的前提下，研究出有的技術效措施來解決內模上浮問題，以達到內外模同步協調變形是本研究項目的重要難點。

（2）本項目研究開始時，3臺造槽機均已加工完成，并完成現場拼裝。對造槽機設備進行結構優化和改造是本研究項目的重要目標之一。如何在不影響工程施工進度的前提下，研究出滿足工程要求的設備優化成果并完成現場優化改造是本項目的另一難點。

4 技術方案研究

4.1 造槽機內外模變形監測

通過在17#中、18#左、18#右等槽身施工時于內、外模關聯部位設置測點，監測施工過程中各部位的變形情況，探求模板變形發展規律，為變形產生原因的分析與研究及采取的工藝改善措施提供依據。因在混凝土澆筑過程中，內模上設備轉運和人員走動頻繁，同時內模內撐桿、下料窗口很多，現場不具備直接測量內模變形的條件，因此，在內梁上設置沉降變形觀測點，以內梁沉降量作為內模沉降變形數值進行分析，以外梁沉降量作為外模沉降值進行分析，同時，在外肋上設置觀測點進行監測，復核外梁撓度變形數據。

實測數據顯示，澆筑過程的內外模變形分為三個階段性變形。

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

從以上分析可以看出,內外模變形有以下特點：①底板澆筑階段，因內模未與混凝土漿液接觸，因此在混凝土自重作用下發生向下沉降變形，當混凝土澆筑至底板以上部分時，內模變形主要受混凝土漿液浮力作用而出現上鼓，底板澆筑過程中，因混凝土總體載荷不大，因此外模發生向下沉降變形，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，符合一般規律，撓度值的大小顯示跟槽段跨度大小有關系。③模板變形增長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，內模則因主梁承載后的下沉效應被動變形。某時段內模受混凝土漿液浮力上鼓與因主梁下沉而被動下沉的共同作用必有一恢復到澆筑前變形的中間狀態。

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

內外模沉降差值與澆筑時間呈非線性關系發展，擬合方程為：

上式中y為內外模板沉降差，t為不間斷澆筑時間。因此內外模變形主要發生在澆筑后12h內。

4.2 理論計算

通過確定的計算方法，用專用軟件對造槽機內梁、內模的荷載和變形進行計算。

計算結果：

Y方向位移：38.7-(-5.37) = 44 ㎜，即跨中部位內梁、內模向上方可預先起拱度約44mm，已大于造槽機外模設計撓度變形值40mm，可滿足造槽機內外模變形同步的控制要求。

計算結果見表1。

表1 吊桿拉力與內梁撓度值關系表

4.3 槽身施工工藝優化

在后續槽身施工過程中，研究人員對槽身混凝土配合比重新進行試配，并在后續槽身施工中，不斷調整和優化，研究出和易性更好，性能更符合槽身施工質量要求的C50W8F200配合比。優化槽身混凝土澆筑工藝，采取薄層水平澆筑工藝，強振搗、勤觀測等方法，取得一套槽身混凝土施工標準化施工工藝。

5 結語

本項目研究成果的成功應用，有力的促進了大跨度U型薄壁渡槽機械化施工技術的進步，提高了渡槽施工機械的設計制造水平，完善了大跨度造槽機運行操作工藝，填補了大型渡槽造槽機運行、操作技術領域的空白，對類似大型渡槽工程的設計、施工有較大的指導意義。

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

[2]大型薄壁預應力混凝土輸水結構現澆施工技術.中國科技成果數據庫-項目年度編號：0602160065

[3]大型渡槽抗震的關鍵問題研究.中國學位論文數據庫-2012

[4]DZ500型造槽機在東改工程中的應用.中國科技成果數據庫-項目年度編號：gkls042208 DZ500

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1007-6344（2016）07-0040-01