鄂北地區水資源配置工程大型現澆渡槽過水斷面無穿墻拉桿模板施工技術

李翔 趙容 童文虎

摘要：在引輸水工程中，作為主要輸水建筑物的大型預應力渡槽具有結構復雜、荷載承受較大、薄壁異形多、張拉預埋件數量多及精度要求高等特點。采用普通拉桿對拉加固方式會影響槽身側墻混凝土結構的抗滲性和穩定性，過多的拉桿會與渡槽預應力鋼筋產生沖突。研究提出“外桁架+內臺車”組合無穿墻拉桿鋼模板體系，可杜絕槽身過水斷面位置滲水的質量隱患，加快槽身施工進度，減少槽身模板施工成本。利用BIM技術對模板和臺車結構進行了優化設計。研究成果對類似工程設計和施工具有一定的借鑒意義。

關鍵詞：預應力渡槽;無穿墻拉桿模板;外桁架;內臺車;鄂北地區水資源配置工程

中圖法分類號：TV672.3文獻標志碼：ADOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2020.11.001

文章編號：1006 - 0081（2020）11 - 0001 - 04

Abstract： As the major water conveyance structure， large prestressed aqueduct is characterized by complex structure， bearing heavy load， lots of special-shaped thin wall and embedded tension parts， and high accuracy requirement. Reinforcing by common double-way opposed-pulling will affect the anti-permeability and stability of the concrete side wall of the aqueduct and excessive tension rods may collide with the aqueduct prestressed reinforcement. A combination system of "outer truss + inner trolley" was proposed， which can eliminate potential quality hazards regarding seepage in the cross-section of the aqueduct body， speed up the aqueduct construction process， and reduce associated construction costs. This paper can provide reference for the design and construction of other similar projects.

Key words： prestressed aqueduct; formwork without pass-wall draw rod; outer truss; inner trolley; ?North Hubei Water Transfer Project

1 工程背景

鄂北地區水資源配置工程（以下簡稱“鄂北工程”）是從丹江口水庫清泉溝隧洞進口引水，向沿線城鄉生活、工業和唐東地區農業供水，以解決鄂北地區干旱缺水問題的一項大型水資源配置工程[1]。工程線路總長 269.34 km。七方方寨渡槽至七方王坡渡槽線路平面總長 5.41 km，設計流量 36.2 m3/s，設計水位 127.70 ～126.76 m，設計水深 4.07 m。渡槽為30 m一跨，設計為單槽雙側墻矩形槽，選用三向預應力鋼筋混凝土簡支結構，采用現澆施工。單槽橫斷面尺寸為：內輪廓 6.4 m×4.9 m（凈寬×凈高），外輪廓 8.6 m×（7.0～6.5）m;底板厚 0.4 m，邊墻厚度為 0.5 m，空槽重量約1 135 t。槽身結構見圖1。單跨渡槽縱向預應力鋼絞線32孔，橫向預應力鋼絞線39孔，豎向預應力螺紋鋼筋146孔。單榀渡槽采用的是三向預應力結構，縱向預應力鋼絞線32孔，橫向預應力鋼絞線39孔，豎向預應力螺紋鋼筋146孔，張拉預埋件數量多且精度要求高。考慮到槽身為薄壁結構，側墻厚度僅為0.5 m，采用普通拉桿對拉加固方式會影響到槽身側墻混凝土結構的抗滲性和穩定性，并且過多的拉桿會與渡槽預應力鋼筋產生沖突。

針對上述特點，工程采用“外桁架+內臺車”組合無穿墻拉桿鋼模板體系。外側模桁架支撐加固體系，減少了混凝土施工縫的產生和對拉精軋螺紋鋼的數量，提高了混凝土實體工程質量，改善了混凝土外觀質量。“臺車+鋼模”體系減少了拆卸內模板的工序步驟，加快了模板周轉施工的時間和整體渡槽施工進度。利用BIM技術對模板和臺車結構進行深化設計，對模板安裝拆卸、混凝土澆筑等重要工序進行仿真模擬和方案優化，通過邁達斯Civil有限元分析軟件對現澆渡槽模板支撐體系進行受力分析，確保了模板支撐體系穩定和渡槽的安全施工。

2 外側模板支撐與加固設計

2.1 渡槽模板施工

工程渡槽分成兩次澆筑（見圖2）。根據渡槽結構尺寸、外表輪廓、預應力要求、澆筑順序及現場實際情況，對渡槽外側模進行分塊，分塊主要以底板往上1 m為界限，分為上下兩部分，即底板外側模和槽壁外側模。每塊鋼模板以及配件材質均采用Q235碳素結構鋼，面板采用6 mm鋼板，橫豎邊框采用12 mm×100 mm帶鋼，主肋采用〔10號槽鋼，縱肋采用80 mm×6 mm帶鋼。模板設計為平口連接，面板邊采用銑邊機銑邊，以保證同種模板能任意互換，內外模板連接選用GB8.8級-M18×60 mm螺栓，螺栓孔為M20×30 mm長孔[2]。

2.2 桁架體系結構設計

外側模板采用〔14號與〔16號槽鋼配合制作的上下兩部分桁架體系支撐。桁架體系設計數量根據渡槽12塊面板確定為上下各24件桁架，每塊面板模板上加固有2件桁架，桁架體系一共由96件桁架組成，見圖3。下部桁架上端焊有2塊250 mm ×250 mm的連接板，開有4個？20的螺栓孔。上部桁架上下兩端焊有4塊250 mm×250 mm的連接板，開有4個？20的螺栓孔。與桁架相配對的外側面模板的橫肋槽鋼上均開有？22的螺栓孔，而每件桁架與模板加固則均采用長310 mm、端頭彎鉤45°的鉤頭螺栓固定。整個桁架體系下部放置在槽鋼上，上下部分桁架端部連接板相接觸并上螺栓加固。每塊桁架縱向有2件桁架連桿帶螺栓加固，上下兩部分每件桁架豎向也各有桁架連桿帶螺栓加固。該設計使96件桁架與模板形成一個牢固的整體，受力均勻穩固，混凝土壓力和模板自重均勻傳導至支撐體系[3]。

3 內側模板的支撐、加固與周轉

為了實現無穿墻拉桿模板技術，渡槽內側模板的支撐與加固以臺車形式（見圖4）設計。臺車根據渡槽長度和模板分塊設計為4.64 m一組，共5組;2.85 m一組，共2組。每組臺車均由內模上橫聯、內模中橫聯、內膜支架立柱、內模下橫聯拼裝而成。臺車主體材料由〔20和〔25槽鋼配合制作，同時還設計有滑道連接頭、可調支撐、連接板、下滑輪、鋼枕及木抄楔、墊梁等配件。為了保護混凝土以及方便臺車移動，還設計有軌道和軌道連桿。

施工過程包括：①由汽車吊將臺車的軌道和軌道連接桿吊至渡槽底板。安裝時應提前放置渡槽中線以對軌道安裝尺寸和間距校準，并且固定好軌道。②將臺車的內模上橫聯、內模中橫聯、內膜支架立柱、內模下橫聯由汽車吊吊至渡槽底板，按照設計分組進行拼裝。③使用千斤頂將臺車頂起至設計高度并在內模下橫梁適當位置放置墊梁和鋼枕。④按照內側槽壁模板和臺車的對應分塊安裝滑道連接頭固定模板，并安裝可調支撐。⑤當可調支撐和臺車、槽壁內側模板之間安裝牢固后，即可調整可調支撐的伸長長度使模板移動至設計位置并使用螺栓加固。⑥在裝好外側模板和渡槽頂部人行走道模板后，同邊槽壁內外側模板和兩邊外側模板使用精軋螺紋鋼對拉固定，并將13件12 m的上橫梁吊裝至渡槽頂部，使用螺栓與兩邊外側模板桁架固定。⑦完成混凝土澆筑后的3 d后，C50混凝土強度達到設計強度60%時可拆除模板[4]。調整可調支撐伸長長度以帶動槽壁內側模縮回，使模板脫離混凝土表面。固定好可調支撐時，在下一跨渡槽底板上安裝好軌道，同時使用千斤頂頂住臺車，撤去鋼枕和墊梁將臺車落下。然后使用卷揚機拉動一組臺車連帶內側模板一起移動至下一跨渡槽底板預定位置。采用同樣的操作流程將7組臺車全部移動到下一跨渡槽底板上即可進行下一跨渡槽的第二次混凝土施工。內模臺車脫模行走示意見圖5。

4 結合BIM技術的模板專業應用

通過引入BIM技術對鄂北工程進行深化研究與應用，尤其針對渡槽模板和無穿墻拉桿模板技術進行了專門研究與應用。根據模板設計圖紙、混凝土澆筑方案、設計技術要求，利用BIM軟件建立三維可視化模型，見圖6。

將Revit軟件建好的三維模型轉換格式后導入到邁達斯 Civil有限元分析軟件，最后在有限元分析軟件中依次定義特性信息、建立邊界條件、添加荷載、定義分析控制數據、運行分析和查看結果。邁達斯 Civil有限元分析計算結果表明，渡槽施工過程中，模板、桁架等強度和變形均滿足現行規范標準要求。最后還可根據軟件得出的數據對模板設計進行深入的改進和優化，見圖7。

通過使用BIM技術對模板安裝拆卸進行多次三維模擬，最終達到模板安裝拆卸方案的最優化。利用三維可視化模型和最優方案施工過程制作三維動畫，并使用動畫對施工人員進行施工技術交底，幫助其更形象、直觀地了解安裝拆卸過程中的重難點和關鍵節點，提升了施工質量，避免了安全隱患，加快了施工進度。

5 結 論

三向預應力現澆渡槽具有槽身厚度小、異形結構多、施工難度大、工藝復雜等特點，為保證施工質量、節省投資、縮短工期，研究提出了大型現澆渡槽過水斷面無穿墻拉桿模板技術，解決了過水斷面因拉桿孔洞造成滲水質量和施工進度滯后等問題。

（1）結合傳統的槽壁對拉桿模板存在的問題和施工經驗，提出了外側模桁架支撐加固體系，減少了混凝土施工縫的產生和對拉精軋螺紋鋼的數量，避免了槽壁因對拉孔造成的漏水質量隱患，提高了混凝土實體工程質量，改善了混凝土外觀質量。

（2）結合施工先例和無穿墻拉桿模板技術研究內容，提出了“臺車+鋼模”體系，減少了拆卸內模板的工序步驟，加快了模板周轉施工的時間和整體渡槽施工進度，提高了渡槽槽壁澆筑質量。

（3）利用BIM技術對模板和臺車結構進行深化設計，并且對現澆渡槽支撐架搭設、模板安裝拆卸、混凝土澆筑等重要工序進行仿真模擬和優化。利用邁達斯Civil有限元分析軟件對現澆渡槽模板支撐體系進行受力分析，分析表明，模板分塊合理、加固安全方便，確保了模板支撐體系穩定和渡槽安全施工。

參考文獻：

[1] 湖北省水利水電規劃勘察設計院. ?鄂北地區水資源配置工程2016年第3標段渡槽槽身預應力混凝土施工技術要求[R]. 武漢：湖北省水利水電規劃勘察設計院，2016.

[2] JGJ 162-2008 建筑施工模板安全技術規范[S].

[3] JGJ 166-2016 建筑施工碗口式鋼管腳手架安全技術規范[S].

[4] GB 50009-2012 ?建筑結構荷載規范[S].

（編輯：李曉濛）