大斷面梯形混凝土排水溝施工方法研究

王曉峰 周偉勝 張國祥

山東正元建設工程有限責任公司 山東 煙臺 264000

1 概述

隨著經濟的快速發展，土地資源被大量的開發利用，土地供應也變的日趨緊張。尤其在一些山區丘陵地帶，適于直接興建土木的場地更是非常有限，經常需要人為的削高填低、開山修路，在獲得寶貴土地資源的同時也行成了眾多人工邊坡。由于邊坡開挖時改變了原有的地形地貌和排水路徑，極易導致地表水集中匯流，引發洪災，因此做好邊坡截排水措施意義重大。邊坡防洪設計時，在頂部或底部設置截排水溝是目前最行之有效的方法，尤其建在復雜山地里一些重要的大型工礦企業，因匯水面積較大常在邊坡頂部和底部設置大斷面的梯形溝渠，為保證其防滲性能，一般采用混凝土現澆結構。由于地形地貌條件復雜，坡頂有較大起伏，排水溝現場施工條件差，尤其是大斷面現澆混凝土結構梯形排水溝，支模難度較大，效率低、成本高。

2 現有工藝優缺點分析

針對當前存在的實際問題，對國內、外技術發展現狀進行了調研，目前混凝土排水溝的施工方法主要有三種：現澆[1]、預制[2]和一次成型滑模機[3]，這三種方法的顯著不同在于施工模板形式存在差異。

2.1 現澆法

現澆法的優點是施工靈活方便，模板一次性可以支護很長的距離；受場地條件的約束較小，外觀容易保證；接縫少，施工質量更有保障。但一般而言，尺寸越大，模板的膨脹力越大，施工難度越大，成本越高，施工效率也會大大降低。因此，從模板施工的便利性來講現澆法更適于施工一些斷面為矩形的中小型排水溝。

圖1 現澆法施工

2.2 預制法

預制法的優點：可實現模塊化生產，不同尺寸規格的定型模具均可定制，單個預制件的施工質量易于控制，現場安裝速度快。不過其缺點也較為明顯：需要較大的預制場地，接縫質量難以控制，運輸過程易造成構件損壞，體積較大的構件安裝麻煩、二次搬運難度大。總體而言，預制法更適用于對質量要求較高的單體構件或對防水要求不高的小型市政、水利排水設施。通常情況下預制法的施工速度比現澆法快，但成本較高。

圖2 預制法施工

2.3 一次成型滑模機[4]

一次成型滑模機是目前較為先進和流行的排水溝施工方法，在農田水利及市政、公路工程領域被廣泛利用，效果良好。該方法機械化程度高、工序簡單、施工效率高，一次成型、外觀光滑、澆筑質量好，施工順利的情況下能夠節約成本。其缺點為：施工設備需特殊定制，模具復用率低，易造成浪費；對施工人員的技術水平要求高，需進行專門培訓指導；對地面平整度及溝槽開挖形狀要求極為苛刻，適用于土質地層，不適用于巖石等堅硬地層；對混凝土塌落度有嚴格要求，過大會發生溝壁坍塌，過小會產生蜂窩麻面甚至出現縫隙空洞，影響施工質量。

圖3 一次成型滑模機

2.4 當前存在問題

在大斷面梯形現澆排水溝施工中存在以下問題：

（1）傳統的現澆方法模板支設難度大，不好固定，極易漲模，所付出的人工及材料成本高，且模板的周轉速度慢，施工效率低。

（2）若采用預制法，預制構件的二次運輸及安裝非常麻煩，接縫過多，處理質量難以保證，綜合成本較高。

（3）一次成型滑模機專門定制的模具復用率低，易造成浪費，對施工場地、混凝土塌落度、人員素質要求高，在地形起伏和有巖石的地區不便或無法使用。

3 快周轉定型模工藝

3.1 模板支撐體系模塊化

模板支撐體系包含兩大部分：兩翼用于固定模板的矩形格架和用于支撐兩翼矩形格架的梯形格架。

圖4 模板支撐體系示意圖

（1）矩形格架：擬采用高強度多孔角鋼通過螺栓連接固定，間隔一定距離設置加強豎梁，模板用螺栓固定在矩形格架外側。矩形格架高度根據排水溝斷面確定，長度不易超過5m。

（2）梯形格架：擬采用鋼管及扣件進行連接，垂直于矩形格架等間距布置，采用鉸支座與矩形格架內側的加強梁進行連接。

（3）可移動單元：梯形格架與矩形格架連接牢固后形成一個整體的可移動單元，每單元長度控制在5m以內，以便整體移動進行快速周轉。

（4）構件模塊化：格架的所有構件均通過分解后進行模塊化設計，可通過螺栓自由調節、裝配，實現不同尺寸的組合形式。

模板支撐體系的模塊化設計主要優點：①同一套構件可滿足不同斷面尺寸水溝的施工要求，提高模板加固體系材料的重復利用率；②施工同一斷面尺寸的水溝僅需要安裝一次，無需頻繁的往復拆裝加固體系，比通常的木模板加固方式技術水平要求低，施工效率高，顯著降低人工成本；③模板支撐體系的單元化設計是提升模板周轉效率的核心前提。

3.2 模板快速周轉的輔助措施

通過模板支撐體系的單元化設計，將模板的加固方式由外錨變為內撐，解決了排水溝施工單側模加固困難的技術難題。為實現模板單元的快速周轉，擬采用可移動模板托架結合微型液壓千斤頂對其實施整體快速移動。

圖5 手搖千斤頂及可行走模板托架

手搖式液壓千斤頂外觀細長，重量較輕，便于在狹小的空間進行操作，抬升高度不小于20cm，主要用于抬升模板單元。行走式模板托架由方向拖桿、承重輪座、可旋轉托架構成，具有體積小、承載力高、轉動靈活等特點。

圖6 快周轉定型模施工流程

快周轉定型模施工主要工藝流程包括：溝槽開挖（人工配合清槽）→底板混凝土施工（同時下好定位筋）→下放定型模單元→將定型模單元體固定于預埋定位筋→混凝土澆筑→模板單元抬升移動。

溝槽開挖后應盡量將溝幫兩側浮土清理干凈，以免混凝土澆筑過程中出現夾土現象。底板混凝土澆筑后應立即進行人工抹平，并在凝固前預埋定位筋，預埋深度應抵抗住混凝土對模板單元的浮托力。在底板混凝土凝固并達到一定強度后再下放模板并與定位筋固定連接，防止定位筋受力后拔出。混凝土澆筑過程中應兩幫均勻澆筑，避免單側一次性澆筑過多產生偏移。模板單元要在澆筑混凝土達到一定強度后再進行整體抬升移動，主要操作步驟為：首先將微型液壓千斤頂置于定型模底部橫桿下方將模板一端抬升，空間足夠時，把可移動模板托架至于橫桿下方，然后將千斤頂卸載，使定型模橫桿置于托架凹槽內，另一端執行相同操作后即可將定型模板整體抬升一定高度，進行快速移動。若底板混凝土在模板單元移動前未達設計強度，應在模板托架底輪經過的區域鋪設模板，以免產生壓痕。當模板單元移動到相應位置后再次與預埋定位筋固定連接，執行前述操作直至施工完成。

4 結論

快周轉定型模施工技術集現有排水溝施工方法的優點與一身，適應性強、操作簡單、施工高效、節約成本。構件模塊化設計，可重復利用，節能環保，有效解決了大斷面梯形混凝土排水溝單側模板固定困難、周轉速率低的技術難題。