裝配式渠槽結(jié)構(gòu)應(yīng)用優(yōu)勢(shì)分析

李偉亭，楊秋貴

(1.河南科光工程建設(shè)監(jiān)理有限公司，河南 鄭州 450003；2.河南省水利科學(xué)研究院，河南 鄭州 450003)

1 工程概況

新三義寨引黃供水南線工程的主要任務(wù)是采用渠道引水灌溉。南分干渠渾水渠段長(zhǎng)4.70km，其中蘭考縣境內(nèi)長(zhǎng)4.628km，民權(quán)縣境內(nèi)長(zhǎng)0.072km；渠道設(shè)計(jì)流量為30m3/s，縱比降為1/5500，設(shè)計(jì)水深為2.5m。按照渠道總體設(shè)計(jì)，分別進(jìn)行兩種型式渠槽結(jié)構(gòu)的布置，即1450m的混凝土護(hù)砌梯形渠槽，3250m的鋼筋混凝土矩形渠槽，在流槽渠段的進(jìn)出口各設(shè)15m長(zhǎng)的混凝土護(hù)砌扭曲面連接段。矩形渠槽段的過(guò)水?dāng)嗝娲螅瑑魧?.1m；壁薄結(jié)構(gòu)，渠道沿線地質(zhì)條件復(fù)雜，為故黃河沖積粉細(xì)沙土；結(jié)構(gòu)形式為河南省同類(lèi)結(jié)構(gòu)中較大斷面，工程實(shí)踐上尚無(wú)先例。自施工完成至今，三義寨引黃灌區(qū)的矩形渠槽結(jié)構(gòu)運(yùn)行多年，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，產(chǎn)生了良好的后期效益，其設(shè)計(jì)及施工、運(yùn)行參數(shù)為裝配式混凝土矩形渠槽結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步應(yīng)用提供了研究基礎(chǔ)。

2 裝配式結(jié)構(gòu)在水利工程中的必要性

(1)傳統(tǒng)作業(yè)方式的水利施工存在著原材料浪費(fèi)嚴(yán)重、質(zhì)量通病問(wèn)題突出和現(xiàn)場(chǎng)管理難度大等問(wèn)題，而裝配式結(jié)構(gòu)作為一種新型的水利施工方式，即采用標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)、工廠化生產(chǎn)和裝配化施工作為主要生產(chǎn)方式，加快了水利工程的技術(shù)創(chuàng)新與發(fā)展，實(shí)現(xiàn)了水利工程構(gòu)件大型化和多元化的設(shè)想，進(jìn)一步提高了水利工程施工的效率，為水利建設(shè)的革新發(fā)展提供了新的方向。

(2)現(xiàn)階段，國(guó)家對(duì)環(huán)保要求越來(lái)越嚴(yán)格，水利工程關(guān)系國(guó)計(jì)民生，但是在施工過(guò)程中受多種環(huán)境因素制約，產(chǎn)生的廢水、廢氣、廢料等在一定程度上會(huì)破壞自然環(huán)境和生態(tài)平衡。裝配式構(gòu)件由于采用工廠化作業(yè)，可以形成完成的產(chǎn)業(yè)鏈，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排、節(jié)約資源。它是優(yōu)化現(xiàn)有作業(yè)方式的重要手段，是實(shí)現(xiàn)水利工程可持續(xù)發(fā)展、打造生態(tài)水利的又一有效途徑。

(3)現(xiàn)階段隨著生育率的降低，人口老齡化的加劇，勞動(dòng)力越來(lái)越少，而施工中人工費(fèi)用占比較大，且勞動(dòng)成本越來(lái)越高，裝配式施工可以實(shí)現(xiàn)廠內(nèi)流水作業(yè)，減少現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員的投入，從而節(jié)約工程投資。

3 裝配式渠槽與現(xiàn)澆渠槽對(duì)比分析

以新三義寨引黃供水南線工程現(xiàn)澆矩形渠槽為例，矩形渠槽側(cè)墻高3.2m，厚20～30cm，墻頂處雙排鋼筋凈距離僅10cm，澆筑費(fèi)用高，質(zhì)量得不到保障，立模難度較大，如果采用模板開(kāi)窗，開(kāi)口面積大，必增加立模工程量，質(zhì)量也難以保證。由于壁薄入倉(cāng)難度大，現(xiàn)場(chǎng)采用人工入倉(cāng)，需要大量人工。另外，施工層板高，需要分層填筑，層層振搗，稍有不慎，就會(huì)出現(xiàn)漏振現(xiàn)象，從而導(dǎo)致縫隙不嚴(yán)密產(chǎn)生漏水、工作縫處的起臺(tái)掛簾現(xiàn)象。

由于底板模板的架立和混凝土澆筑相對(duì)側(cè)墻費(fèi)用較低，如采用底板現(xiàn)澆，側(cè)墻工廠預(yù)制現(xiàn)場(chǎng)安裝的模式，可以有效解決上述問(wèn)題，通過(guò)分析，底板現(xiàn)澆、側(cè)墻預(yù)制的結(jié)構(gòu)模式有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)。

(1)側(cè)墻預(yù)制適合工廠內(nèi)大規(guī)模流水施工，可以保障生產(chǎn)質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，縮短施工周期。與現(xiàn)澆混凝土渠道相比，它可以保證側(cè)墻外形尺寸精度，側(cè)墻壁厚均勻，混凝土質(zhì)量穩(wěn)定，外觀整潔，提升耐久性。

(2)發(fā)揮了現(xiàn)澆和預(yù)制的優(yōu)勢(shì)，側(cè)墻預(yù)制采用的鋼模板可以重復(fù)使用，節(jié)省模板費(fèi)用和腳手架費(fèi)用，有效解決了木制模板產(chǎn)生的脹模、漏漿現(xiàn)象。預(yù)制時(shí)側(cè)墻可平放施工，極大地節(jié)約了人工和澆筑時(shí)間，從而降低混凝土澆筑費(fèi)用，且側(cè)墻可以一次澆筑成型，減少施工接縫帶來(lái)的漏漿等現(xiàn)象。

(3)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)天氣及場(chǎng)地條件要求低，受降雨、高溫、低溫等惡劣自然氣候、條件、環(huán)境影響因素小。因此，能最大限度地加快渠道現(xiàn)場(chǎng)施工，有效提高渠道工程施工效率。

(4)側(cè)墻預(yù)制現(xiàn)場(chǎng)安裝的效率高，較現(xiàn)澆側(cè)墻省去了抹面、養(yǎng)護(hù)、伸縮縫的制作及砂漿勾縫等施工環(huán)節(jié)。由于減少了現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)的支模、拆模和混凝土養(yǎng)護(hù)時(shí)間，底板澆筑后，多個(gè)側(cè)墻可同時(shí)進(jìn)行安裝，極大地縮短了施工周期，也相對(duì)減少了整體成本投入，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。

(5)對(duì)于挖方段需要較少的工作面。由于側(cè)墻現(xiàn)場(chǎng)安裝不需要設(shè)置腳手架，僅需留足安裝空間即可，因此減少土方開(kāi)挖和回填，節(jié)省臨時(shí)占地，效率高、節(jié)能環(huán)保，大大減輕了征地等環(huán)境協(xié)調(diào)工作難度。

(6)對(duì)周邊環(huán)境影響較小。側(cè)墻預(yù)制安裝減少了現(xiàn)澆作業(yè)量，因此也減少了運(yùn)輸揚(yáng)塵和現(xiàn)澆噪音，減少了混凝土養(yǎng)護(hù)用水，使得施工產(chǎn)生的廢棄物大大減少，降低了施工對(duì)周邊居民的影響，符合生態(tài)環(huán)保需求。

4 裝配式渠槽在水利工程推廣應(yīng)研究的問(wèn)題

裝配式混凝土渠槽雖然優(yōu)勢(shì)明顯，在灌區(qū)工程中扮演越來(lái)越重要的角色，但是還存在鋼筋精準(zhǔn)定位難度大，施工技術(shù)難度大，需要解決鋼筋連接，側(cè)墻與底板、側(cè)墻與側(cè)墻的連接和止水問(wèn)題。為進(jìn)一步優(yōu)化裝配式渠槽在水利工程中生產(chǎn)應(yīng)用的各種環(huán)節(jié)，應(yīng)開(kāi)展下列研究進(jìn)行解決。

4.1 進(jìn)一步進(jìn)行構(gòu)件連接技術(shù)開(kāi)發(fā)研究

結(jié)合鋼筋混凝土矩形渠槽等水利工程特征，綜合考慮施工預(yù)制構(gòu)件的建造質(zhì)量水平，對(duì)現(xiàn)階段焊接、灌漿套筒連接、螺栓連接、現(xiàn)澆連接等不同連接形式進(jìn)行對(duì)比分析，重點(diǎn)針對(duì)不同連接形式的安全性、可靠性、耐久性進(jìn)行分析，包括對(duì)水泥膠體與鋼筋的黏結(jié)力、摩擦力、鋼筋表面凹凸不平與混凝土之間的機(jī)械咬合力等進(jìn)行靜力學(xué)、動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)分析，并通過(guò)根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)構(gòu)建立的有限元模型，計(jì)算出相關(guān)參數(shù)，找出混凝土和鋼筋之間的傳力規(guī)律，從而探索出裝配混凝土在水利工程中新的連接形式及規(guī)范施工工藝流程，以便推廣應(yīng)用。

4.2 對(duì)裝配式混凝土節(jié)點(diǎn)連接進(jìn)行精準(zhǔn)測(cè)量定位計(jì)算

由于裝配式混凝土的節(jié)點(diǎn)連接方式復(fù)雜，一旦預(yù)制構(gòu)件與其支承構(gòu)件定位偏差，就會(huì)出現(xiàn)安裝困難、集中受力的現(xiàn)象，造成施工局限性大、不利于推廣應(yīng)用的難點(diǎn)。通過(guò)三維定位測(cè)量技術(shù)等，研究出一種新型的裝配式混凝土節(jié)點(diǎn)連接的精準(zhǔn)定位方法，其重點(diǎn)是鋼筋連接，從而便于施工，提高裝配效率，以便于在實(shí)際工程中推廣應(yīng)用。

4.3 對(duì)配鋼筋混凝構(gòu)件土層間(節(jié)間)防滲及節(jié)點(diǎn)澆筑后防滲的處理進(jìn)行開(kāi)發(fā)研究

(1)裝配式構(gòu)件之間的連接防滲材料，符合水利工程的防滲、抗剪、抗壓和表面抗凍等要求。

(2)針對(duì)大型裝配式混凝土構(gòu)件接縫較多，止水困難的特點(diǎn)，嘗試研究一種新型的預(yù)留構(gòu)件止水方法，在預(yù)制構(gòu)件相關(guān)部位預(yù)留有止水槽，待構(gòu)件吊裝就位后，在止水槽內(nèi)將橡膠止水帶用螺栓、膠體等固定于止水槽底面，后期槽內(nèi)采用材料封填。采用該種止水槽的預(yù)制構(gòu)件，止水帶直接澆入混凝土，耐久性較好，且施工相對(duì)方便，便于推廣應(yīng)用。

4.4 研發(fā)大型混凝土構(gòu)件現(xiàn)場(chǎng)吊裝技術(shù)

水利工程預(yù)制構(gòu)件同民用建筑工程領(lǐng)域預(yù)制構(gòu)件有很大的不同，即結(jié)構(gòu)體積龐大、鋼筋布置復(fù)雜、防滲抗凍等級(jí)高、耐久性和可靠性要求高，而且水利工程一般野外作業(yè)，場(chǎng)地條件比較復(fù)雜，所以要研發(fā)一套構(gòu)件安全吊裝新技術(shù)。

4.5 建立大型預(yù)制構(gòu)件的結(jié)構(gòu)可靠性、耐久性的評(píng)價(jià)方法

水利工程一般都是國(guó)家公益大項(xiàng)目，要求適用年限都很長(zhǎng)，所以要對(duì)水利工程裝配式混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行可靠性及耐久性評(píng)價(jià)，預(yù)測(cè)這種結(jié)構(gòu)形式的安全適用壽命。推進(jìn)水利裝配式建筑物向可靠、耐久、節(jié)能的方向發(fā)展，實(shí)現(xiàn)裝配式矩形渠槽的工藝化設(shè)計(jì)、工廠化生產(chǎn)、裝配式安裝的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。

5 結(jié)論

裝配式結(jié)構(gòu)作為未來(lái)水利工程發(fā)展的方向，依托新三義寨引黃南線工程大斷面矩形渠槽的結(jié)構(gòu)研究，裝配式渠槽結(jié)構(gòu)能夠進(jìn)一步減少人工、節(jié)約土地、節(jié)省材料、降低管理運(yùn)營(yíng)費(fèi)用。但現(xiàn)階段仍存在鋼筋連接、精準(zhǔn)定位、防滲節(jié)點(diǎn)止水等關(guān)鍵應(yīng)用問(wèn)題，需要研究創(chuàng)新，在生產(chǎn)實(shí)踐與理論研究中論證解決，盡早形成標(biāo)準(zhǔn)化工法。