大型薄壁双向预应力混凝土渡槽的流水线预制.pdf

I 一 水 利 水 电 施 工 2 0 1 4 第4 期 总 第1 4 5 期 大型薄壁双 向预应力混凝土渡槽的流水线 预 制 辔雷永红 ( 中国水利水电第四工程局有限公司) 【 摘要】本文以南水北调 中线沙河段渡槽为例 ，详 细讲述 了 目前世 界上 最大渡槽 的流 水线预 制方法 ，其预 制 混凝 土防渗 、抗 裂、抗 冻等 耐久性 、稳 定性要 求甚 为严格 。对预制 渡槽混凝 土施 工 、架设施 工等关键技 术施 工 作业的工 艺、方法、过程 的严谨性 、精 确性 、科 学性提 出了更 高的 实践要 求，其施 工难 度与 复杂性在 国 际水 利 行业 尚属首例 。 【 关键词】大型渡槽流水线施 工预制 1 工程概况 T程 位 于 河 南 省 鲁 山 县 城 东 ，距 离 平 顶 L 【 J 市 约 6 0 k m。该标段是南水北调中线一期丁程的重要组成部分 设 计标段 总长 5 0 0 4 m，其 主体 丁程 为梁 式预 制 渡槽混 凝 土浇筑 和架 设 综 合流 量 、跨 度 、质 量、总长 度等 指 标 均居 世界之 白 。 沙河梁式预制渡槽体形巨大，单榀 自重约 1 2 0 0 t ，渡 槽共 4 7跨 1 8 8榀，槽体布置形式为两联四槽 ，四槽槽身 相互独立 。单榀渡槽 长2 9 9 6 m高 9 4 m，宽 9 3 m；混 凝土方量 为 4 6 l m ；钢筋安装 为 6 5 t ，预制渡槽 设计 为全 预应力结构，预应力钢绞线为 1 5 8 t ，单榀渡槽预应力总 吨位 1 O 8万 t ：U 形槽直径 8 m，壁厚 3 5 c m，局部加厚至 9 0 c m，槽顶每 问 隔 2 5 m 设 0 5 m0 5 m 的拉 杆 ，每 两 槽 支承于一 个下部支承结构上 。 2 制槽 场布置情况概述 为了保证制槽场的布置形式合理，规模满 足施_丁进 度要求，使各个建筑物之间连接紧凑渡槽预制过程巾 各个施工 设备 之 间满 足相 互 干 扰最 小 和 作业 流 程通 畅 基础便于拆 除等要 求。 沙河制槽场布置存沙河梁式渡槽的起点占地面积 1 4 2亩，制槽场按各功能 区划分 为制槽 区 、存槽 区 、转 向 、混凝土生产区、办公和生活区5个大的区域。 2O 制槽 场正线 布置 ，减 少 了渡槽 运输 的 时问 、成型 渡 槽 的吊运次数 以及渡槽 运输 、移槽 施 T设 备及施 工道 路布置要求，缩小了临时施丁用地的征用降低了施工 成本 。 2 1 制槽 区 制槽 区主要进 行钢筋加 1 = 、钢 筋笼绑 扎 、模板 安装 、 混凝 土浇筑 、预应 力筋 加 及 安装 等 ，是 渡槽 预制 成 型 的加 车间 ，也是制槽 场的核心组成部分。 根据进度计划要求，月高峰制槽强度按照 1 2榀 月 计算，正常施T强度按照 1 0榀 月计算 ，则 需要 制槽台座数量一月高峰制 槽强度 单个 台座月生 产能 力一1 2 2 8 5 4 2 l( 设 置 5个) 内模数量一月高峰制槽强度单个内模使用时间 3 0 天一1 2 x 6 9 3 0 ：2 7 6( 制作 3个 ) 钢筋绑扎 台胎具数一月平均制 槽强 度 单个 钢筋 台座 月生产强 度一1 2 6 1 一1 9 6( 制作 2 个 ) 制槽 区全长 2 2 8 5 m，宽 3 6 m，占地面积 8 2 2 6 m ，需 要布置制槽台座 5 个 ( 单个 5 5 0 m? ) 、内模存放台座 3个 ( 单个 3 2 0 ) 、钢筋绑扎胎具 2个 ( 单个 5 0 0 m。 ) 、钢绞 线加工区 1个布置的建筑物较多，空间相对狭窄。同 时制槽区内作业工序繁多，钢筋制作安装、预应力筋安 装 、钢筋笼吊装、模板拆除及安装 、模板整修、混凝土 人仓设备就位、预应力初张拉等各种工序之间穿插，相 互 存在 一 定 的 干 扰 ，对 制 槽 区 内 布 置 提 出 了更 高 的 要 求 。 通过对制槽区内各个建筑物的结构分析，充分考虑 渡槽预制工艺流程中各个工序之间的衔接，对制槽 区内 建筑物采取矩形布置及品字形布置进行了充分分析研究 ， 最终采用双线品字形布置形式，制槽 台座与内膜存放台 座间隔布置，即布置两条预制生产线：一条布置 3个制 槽台座、2个内模存放台座 ，另一条布置 2个制槽台座、 1个内模存放台座，两条生产线的制槽台座、内模存放台 座之 间呈 品字形布 置 ，钢筋 绑扎 胎具 及 钢绞 线加 工 区布 置在制槽 区 的一 端 ，使 得 整 个 制槽 区 内空 间相 对充 裕 ， 混凝土人仓设备进出制槽 区的线路清晰有序，模板拆除 及安装工艺简明合理，为预制槽体 的顺利开展奠定了 基础 。 2 2 存槽区 存槽区主要功能是用于存储已预制成形完成的槽体， 并在存槽区内完成渡槽预应力筋终张拉及孔道灌浆、封 锚，槽体架设前的最终检查等 ，具备出槽条件后提交成 品槽进行架设 ；同时在 存槽 区 内设 置试 验 台座 ，主要用 于对预制成型 的渡槽 采取 充水 试验 ，检验 渡槽 各项 技术 指标 。 根据沙河梁式 渡槽 布 置特 点和 后期 架设 的要 求 ，存 槽 区布置在距 离架设 区最 近 的地方 ，即与 梁式 渡槽 起点 相接，并根据沙河渡槽两联 四槽 的布置形式，将存槽区 分 为左 、右两联进行布置 。 存槽区存槽能力按照 3 O片进行布置，设置 5 个存槽 区每区设置 6个存槽台座 ，总共 3 O个存槽台座 ，并选择 C 23 存槽台座作为试验台座，加上 5个制槽台座后最大 存槽 能力为 3 5 片 。 2 3 转 向区 制槽区与存槽 区 的右联 布 置在 同一 条线 路上 ，为 了 满 足将 预制好 的槽体 自制槽 区提运 至存 槽 区的左 联 、将 成品槽 自左右联存槽区转线提运至架设部位转向的要求， 在制槽区与存槽区之间设置转向区。 根据渡槽 的布 置形 式及 提槽 机 的结 构尺 寸 ，提 槽机 长度方向跨度为 2 3 1 m，宽度方 向为 3 6 m，考虑转向区 的基础设 置 ，转 向 区长度 为 3 4 m。转 向区还 可用 于 提槽 机安装及拆除的场地使用。 通过对结 构布置 的充分研 究 ，对提 槽机 增加 重 载转 向功能，即提槽机在提槽状态下进行转 向，通过在制槽 场顺 水流 方 向 和垂 直 水 流 方 向轨 道 交 叉 部 位 设 置 钢 垫 墩 ，并且在 提槽机 4条 门腿 底 部设 置 转 向装 置 来 实现 。 通 过重载转 向 ，节 省 了在 转 向区 一 次 提 槽 和放 槽 的 时 间，加快了槽体转运速度 ；减少 了在转 向区设 置临时 槽体存放台座的设置 ，避免与轨道之间交叉设 置的难 题 ，节省 了工程 成 本，而且 有利 于保证槽 体 的整 体 质 量 。 2 4 混凝 土 生产 区 混凝土生产区布置有拌和楼、骨料仓、锅炉房 、实 验室、备用发电机组等。 混凝土工程 2 5 办公和生活区 制槽场高峰期管理人员及作业人员约 4 5 0人 ，为满 足办公及 生活需要 ，设 置办公 、宿舍 、食 堂等设施 。 3 预 制施工关键技术 3 1 高性能混凝土配合比 进行不 同砂率 、不 同外 加剂 品种 、不 同外加剂 掺量 、 不 同用水量 、选择 室 内小 型模 具 、室 外模 具 、现场 模拟 试验等多种组合的 3 0多次渡槽混凝土配合比试验。优选 适用于现场材料的外加剂，提高混凝土和易性、耐久性、 流动性 、工作度 ( 黏聚性、保水性、凝结时间、坍落度 经时损失 ) 。采用外掺 料 ( 粉 煤 灰及 矿粉 ) 。选择 最 优砂 率 。增大混凝土级 配 ，减 少用 水量 及 水 泥用量 ，以增 加 混凝土密实性。采用天然纤维素纤维提高混凝土抗裂性、 密实性 、耐久性 ，消除 了混凝土表 面气泡 。 3 2 预应力 U形渡槽混凝土施工 3 2 1 钢筋 制作 与安装 预应力 U形 渡槽 钢筋 在绑 扎 胎具 上 整体 一 次成 型 。 先绑扎底层环 向钢 筋 ，然后 绑 扎底 层分 布筋 ；底 层 钢筋 网绑扎完成后，进行上层钢筋网片的绑扎。翼板部分的 钢筋在制槽 台座上绑扎 。钢筋NS L 完成后 由两 台 8 0 t 龙 门 起重机采用专用起重机具一次吊装就位。 3 2 2 模板 安装 模板主要 由内模、外模和端模等组成。其 中，外模 为整体式开合钢模，除渐变段部分模板为便于渡槽起 吊 时吊具穿入设置为可拆除部分外，其余部分均为固定部 分；内模采用液压式收缩内模。 渡槽预制完成 并达 到拆 模 强度 后拆 除 内模 。内模 的 拆 除 由内模行走系统和 8 0 t 门式起 重机配合完成 。 3 2 3 混凝 土浇筑 槽体混凝土采用 C 5 0 W8 F 2 0 0一级半混凝土 ，单片渡 槽混凝土方量为 4 6 1 n 1 3 ，坍落度为 l 8 2 2 c m。混凝土由 拌和站集中拌制 ，搅拌车运输，采用两台布料机泵送入 仓 、分层连续 推移 的方 式 ，分 层厚 度 0 3 m，连续 浇筑 ， 一 次成型 。 混凝土振捣顺序同混凝土浇筑顺序。振捣方式根据浇 筑部位分为两种 ：底板部分采用插入式 振捣 ，腹 板部分采 用 附着式振捣和浇筑窗 口插入式振捣 。翼板部分 采用插入 式振捣 和附着式振捣 。振捣根据下料情况及时进行 。 混凝土浇筑完成后，渡槽顶部采用 8 0 t 龙门起重机用 蒸养棚覆盖，周围端模及渐变段模板部位采用保温被包 裹后采用蒸汽进行养护 ，待混凝土强度达到预应力初张 拉条件后拆除蒸养棚再进行后续工序施工。 槽体混凝土采用纵向分段 ( 两台布料机各控制渡槽 1 5 m 范围 内的混凝土入仓 ) 、竖 向分层 、整 体推进 、连续 浇 筑 、一次成型的浇筑工艺 。 ( 下转 第 3 8页) ，1 水利水 电施工2 O 1 4 第 4期总第 1 4 5期 表 3 隧洞顶部至左边收敛观测记 录 文莱都东水坝项目部 中国水电一 百科地联营体 隧洞收敛观测记录 桩号CH 0 +5 0 3 0 8 收敛观测仪型号 S WJ I V 监测点 TL 表读数 收敛值 日期 时间 温度 钢尺读数 温度修正 初始值 备注 1 2 3 平均 修正 增量 mm mm mm 2 2 0 1 2 0 1 1 1 8：5 0 2 2 9 6 0 0 0 6 0 1 8 7 4 1 8 7 4 1 8 7 4 1 8 7 5 1 8 7 4 2 30 12 0 1 1 9：0 0 2 3 6 6 0 0 0 0 O 5 1 8 6 9 1 8 7 1 8 6 8 1 8 6 9 0 1 0 O 1 O 2 3一O l一2 0 1 1 l 3：4 5 2 7 4 6 0 0 0 一O 3 O 1 8 8 5 1 8 8 7 1 8 8 6 1 8 8 6 O O 8 0 1 8 2 40 12 O 1 1 9：4 5 2 3 4 6 0 0 0 0 0 3 1 8 6 1 8 6 1 8 5 7 1 8 5 9 0 0 0 O 1 9 2 4一O 1 2 0 1 1 1 5：4 0 2 7 5 6 0 0 0 0 3 1 1 8 8 5 1 8 8 3 1 8 8 4 l 8 8 4 0 O 2 O 2 1 2 5一O 12 0 1 1 9： 2 0 2 3 6 6 0 0 0 0 O 5 l 8 8 8 1 8 9 2 l 7 9 1 1 8 5 7 O 0 l O 2 2 2 5一O 12 0 1 1 1 6：4 0 2 7 3 6 0 0 0 0 2 9 1 8 7 8 1 8 7 9 1 8 8 1 1 8 7 9 0 0 2 0 2 4 2 60 12 O 1 1 9 ： 5 0 2 3 8 6 0 0 0 0 0 6 1 8 5 6 1 8 5 4 1 8 5 3 1 8 5 4 0 0 2 0 2 6 2 60 12 0 1 1 1 4：5 0 2 7 2 6 0 0 0 0 2 9 1 8 7 6 l 8 7 4 1 8 7 5 l 8 7 5 O O 2 0 2 8 2 70 1 2 O 1 1 9 ： 5 0 2 3 8 6 0 0 0 0 0 6 1 8 5 1 1 8 5 2 1 8 5 3 1 8 5 2 0 0 0 0 2 8 2 70 12 0 1 1 1 7 ： 0 0 2 9 5 6 0 0 0 0 4 4 1 8 8 9 1 8 9 1 8 8 8 1 8 8 9 O 0 1 O 2 9 2 80 l一2 O1 1 9 ： 3 0 2 4 6 6 0 0 0 0 1 I l 8 5 6 1 8 5 8 l 8 5 3 l 8 5 6 0 0 1 O 3 O 2 80 12 0 1 1 1 6 ： 1 5 2 9 6 6 0 0 0 0 4 5 1 8 8 7 1 8 8 5 1 8 9 1 8 8 7 O O 2 O 3 2 2 9一O 12 O 1 1 9：4 0 2 4 8 6 0 0 0 一 O 1 3 1 8 5 5 1 8 5 2 1 8 5 3 1 8 5 3 0 0 2 O 3 4 2 90 I一2 Ol l 1 6 ： 3 5 2 9 5 6 0 0 0 0 4 4 1 8 8 4 l 8 8 5 l 8 8 6 1 8 8 5 O O 0 O 3 3 3 0一O 12 O 1 1 8：4 5 2 2 8 6 0 0 0 O O 1 1 8 4 1 1 8 3 9 1 8 3 8 1 8 3 9 0 01 O 3 4 3 101 2 O 1 1 8：5 0 2 3 6 0 0 0 0 01 1 8 4 1 1 8 3 9 1 8 3 8 l 8 3 9 0 01 0 3 6 O 1一O 22 0 1 1 9：4 0 2 4 6 0 0 0 0 0 7 1 8 4 7 1 8 4 4 1 8 4 6 1 8 4 6 0 0 0 0 3 6 注本次观测收敛值的温度修正值一( 初始观测时的尺带温度一本次观测时的尺带温度) 尺带拉出的长度即孔位读数 ( r a m) 1 1 1 1 0 6 mm C ( 尺带线膨胀系数) 。 ( 上 接 第 2 1页 ) 增加振捣窗 口，保证浇筑质量。针对反弧段体形条 件的局限，尤其圆弧下半部分相对平缓、渡槽端肋部位 钢筋钢绞线密集以及锚垫板加强网片的影响，插入式振 捣器难以振捣 ，为了提高混凝土的振捣质量，在内模 圆 弧下 半 部 分 及 端 肋 部 分 增 加 振 捣 窗 口，窗 口尺 寸 为 1 5 0 mmX 1 5 0 mm，布置上选择在原 内模 已开设窗 口之 间。 采用模板布提高反弧段混凝土质量。新型材料模板 布具有吸水吸气、增强表面混凝土强度的功能。 细化 翻模 工艺 。内模底部 中间为通长 布料 区，宽 8 0 c m，满足底板混凝土浇筑下料及振捣的需要 ，内模下 角模两侧各 8 0 c m在浇筑过程中采用翻模的施工工艺。在 通长布料区增设压模，压模两侧通过 内模模板进行 固定。 采取翻模结合压模的施工工艺，有效地解决了圆弧段浇 筑过程中底板的翻浆问题，保障了渡槽的混凝土浇筑质 量，同时缩短了单榀渡槽 的预制时间。通过已经完成的 渡槽的浇筑时间统计，整个渡槽浇筑时间约 1 2 h ，其中底 板混凝土浇筑 4 h ，圆弧段浇筑 4 5 h ，直墙段浇筑 3 h ，保 障了渡槽预制的高效展开。 3 2 4 预应力施工 渡槽 为双 向预应力结构 ，预应力 的安装均 在钢筋绑扎 胎具上进行。其中，纵 向圆锚先安装波纹管后穿入钢绞 线，纵向扁锚和环向扁锚先进行钢绞线编束穿索整体吊装 至钢筋绑扎胎具上就位，预应力定位采用定位 网片定位， 钢绞线孔道形成采用 HD P E高密度聚乙烯塑料波纹管。 预应力 张拉分两期进行 ，其 中初 张拉在混凝 土强度达 到设计强度等级标准值的 8 O 后进行，初张拉在制槽区完 成 ；终张拉在混凝土强 度及 弹性 模量均达 到设 计要求 ，且 龄期不少于 1 0 d 后进行 ，终 张拉在存槽 区完 成 。终张拉完 成后，即进行切索、真空灌浆和锚穴封锚混凝土浇筑。 4 结束语 沙河梁式渡槽槽身采用 U形双向预应力结构，现场 预制架槽机架设施工方法，填补 了国内外水利行业大流 量渡槽设计及施 工的技术空 白。 提槽转 向、吊装机构优化设置 、工厂标 准流水线作业 等先进工艺有力地保证了大吨位渡槽运输、安装的稳定性 与安全性，大大提高了大型机械施工效率。1 3 0 0 t 沙河预 制梁式渡槽的提、运、架机械一体化施工在国际同领域内 尚属首例，其大吨位提槽机、运槽车、架槽机配套、流水 线作业的施工工艺研究对国际、国内高速铁路、客运铁路 及大规模桥梁机械一体施工具有较高的参考价值。 该 工程改变 了传 统 的混 凝土 浇筑 、养护 方式 ，有效 保证了渡槽抗裂、抗渗、抗冻关键 目标的实现。对 已浇 筑完成的渡槽进行充水试验和裂缝检查 ，没有发现渗水 和裂缝 ，效果优 良。