大跨度薄壁U型渡槽造槽机施工内外模变形控制技术研究

李建恒熊建武

（中国葛洲坝集团第一工程有限公司 湖北 宜昌 443002）

大跨度薄壁U型渡槽造槽机施工内外模变形控制技术研究

李建恒1熊建武2

（中国葛洲坝集团第一工程有限公司 湖北 宜昌 443002）

南水北调中线湍河渡槽40m跨U型薄壁预应力槽身为机械化原位现浇施工，在槽身混凝土浇筑过程中，内模所受混凝土浆液的上浮力影响而上浮，外模在混凝土荷载作用下持续向下变形，致使造槽机内、外模产生不同步变形的问题，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；造槽机施工；内外模变形控制

1 概述

南水北调中线湍河渡槽为目前国内跨度最大、技术难度最高的U型薄壁渡槽结构，施工难度大，混凝土质量要求高。槽身为相互独立的3槽预应力混凝土U型结构，单跨40m，共18跨，单槽内空尺寸（高×宽）7.23m×9.0m。设计流量为350m3/s，加大流量为420m3/s。

DZ40/1600 U型渡槽造槽机是为南水北调中线工程湍河40m跨渡槽现浇施工而设计、制造的专用设备，全机总重约1280t，外形尺寸为88m×13.5m×16.5m（长×宽×高），能承载40m U型渡槽1600t的结构荷载。

2 应用背景

槽身采用DZ40/1600U型造槽机进行机械化原位现浇施工，不受河滩软弱地基或跨越河流等复杂地形、地貌的影响，可以节约大量的支撑排架和下部基础处理的时间。新设备、新技术在本项目应用过程中，发现部分技术缺陷需要完善。首跨工程槽（18#中槽）浇筑过程中出现的内外模变形不同步问题，造成槽体内壁局部出现挂帘现象，对槽体外观质量产生负面影响。槽身底板混凝土浇筑时，外肋和外模变形缓慢、基本同步，变形值在正常设计取值范围内（混凝土浇筑至200m3左右时，外肋、外模同步变形约 0.9cm）；当浇筑至槽体反弧段时（混凝土浇筑量由200m3升至300m3），3个小时内外肋、外模出现了2cm左右的变形、沉降，而内主梁变形未与外肋、外模同步，导致现场刚浇筑完成正在塑性变形的混凝土与内模脱空，新浇筑混凝土沿脱空部位流挂，形成挂帘现象。

3 施工技术难点分析

采用DZ40/1600 U型渡槽造槽机替代传统满堂支架体系原位现浇超大U型预应力渡槽，不受河滩软弱地基及跨越河流等复杂地形、地貌的影响全年进行施工。新设备、新技术在应用过程中主要存在以下几个技术上的难点，需要克服。

（1）槽身浇筑过程中，造槽机外模受混凝土荷载作用发生向下沉降变形，由于内模系统与外模系统之间无连接装置，仅在张拉端处用端头模板和其固定螺栓连接外模和内模，无法使内外模协同受力，因此在混凝土浇筑至槽身底板以上部分混凝土时，内模受浆液上浮力，有上浮的趋势，上浮力约 517t，而造槽机造槽机内梁内模系统共重约370t，上浮力大于内梁内模系统自重，导致内模出现上浮。内模自重与内模所受上浮力差值约为 147t，如何在基本不增加造槽机结构自身重量的前提下，研究出有的技术效措施来解决内模上浮问题，以达到内外模同步协调变形是本研究项目的重要难点。

（2）本项目研究开始时，3台造槽机均已加工完成，并完成现场拼装。对造槽机设备进行结构优化和改造是本研究项目的重要目标之一。如何在不影响工程施工进度的前提下，研究出满足工程要求的设备优化成果并完成现场优化改造是本项目的另一难点。

4 技术方案研究

4.1 造槽机内外模变形监测

通过在17#中、18#左、18#右等槽身施工时于内、外模关联部位设置测点，监测施工过程中各部位的变形情况，探求模板变形发展规律，为变形产生原因的分析与研究及采取的工艺改善措施提供依据。因在混凝土浇筑过程中，内模上设备转运和人员走动频繁，同时内模内撑杆、下料窗口很多，现场不具备直接测量内模变形的条件，因此，在内梁上设置沉降变形观测点，以内梁沉降量作为内模沉降变形数值进行分析，以外梁沉降量作为外模沉降值进行分析，同时，在外肋上设置观测点进行监测，复核外梁挠度变形数据。

实测数据显示，浇筑过程的内外模变形分为三个阶段性变形。

第一阶段为槽身底板部分浇筑期间（内模未接触混凝土前），外模变形较小，不超过5mm，内模受与外模相连的连接螺栓传力作用，发生向下沉降变形，中部变形约3mm，两端次之。第二阶段为底板部分浇筑完成至槽身反弧段浇筑完成的过程，此阶段外模继续受重力作用产生挠度变形，以槽身跨度中部为最大、达19mm；此阶段内，内模受混凝土浆液浮力发生上鼓变形，中部变形最大、达8mm，两端次之，随着混凝土重量增加以及下部混凝土的凝固，内模上鼓变形逐渐变小，在反弧段顶部部分浇筑时，内模已出现垂直向下的竖向位移。第三阶段为反弧段以上混凝土浇筑，内外模均发生垂直向下的挠度变形，内模最大挠度约18mm，外模最大挠度约29mm。

从以上分析可以看出,内外模变形有以下特点：①底板浇筑阶段，因内模未与混凝土浆液接触，因此在混凝土自重作用下发生向下沉降变形，当混凝土浇筑至底板以上部分时，内模变形主要受混凝土浆液浮力作用而出现上鼓，底板浇筑过程中，因混凝土总体载荷不大，因此外模发生向下沉降变形，但变形量一般不大。②外模挠度变形随混凝土自重逐步变大，在槽跨中部挠度值最大，符合一般规律，挠度值的大小显示跟槽段跨度大小有关系。③模板变形增长主要受混凝土自重增加控制，外模受混凝土自重加载直接下沉，内模则因主梁承载后的下沉效应被动变形。某时段内模受混凝土浆液浮力上鼓与因主梁下沉而被动下沉的共同作用必有一恢复到浇筑前变形的中间状态。

在底板以上的反弧段浇筑阶段，内模由于受到水泥浆液浮力出现上鼓，随后在混凝土自重作用下上鼓逐渐消失，挠度值逐步平稳增加，外模挠度增加平稳，随浇筑进度基本呈线性关系。

内外模沉降差值与浇筑时间呈非线性关系发展，拟合方程为：

上式中y为内外模板沉降差，t为不间断浇筑时间。因此内外模变形主要发生在浇筑后12h内。

4.2 理论计算

通过确定的计算方法，用专用软件对造槽机内梁、内模的荷载和变形进行计算。

计算结果：

Y方向位移：38.7-(-5.37) = 44 ㎜，即跨中部位内梁、内模向上方可预先起拱度约44mm，已大于造槽机外模设计挠度变形值40mm，可满足造槽机内外模变形同步的控制要求。

计算结果见表1。

表1 吊杆拉力与内梁挠度值关系表

4.3 槽身施工工艺优化

在后续槽身施工过程中，研究人员对槽身混凝土配合比重新进行试配，并在后续槽身施工中，不断调整和优化，研究出和易性更好，性能更符合槽身施工质量要求的C50W8F200配合比。优化槽身混凝土浇筑工艺，采取薄层水平浇筑工艺，强振捣、勤观测等方法，取得一套槽身混凝土施工标准化施工工艺。

5 结语

本项目研究成果的成功应用，有力的促进了大跨度U型薄壁渡槽机械化施工技术的进步，提高了渡槽施工机械的设计制造水平，完善了大跨度造槽机运行操作工艺，填补了大型渡槽造槽机运行、操作技术领域的空白，对类似大型渡槽工程的设计、施工有较大的指导意义。

[1]大跨度薄壁U形渡槽造槽机运行操作综述.《西北水电》，2014，（1）：49-52,56

[2]大型薄壁预应力混凝土输水结构现浇施工技术.中国科技成果数据库-项目年度编号：0602160065

[3]大型渡槽抗震的关键问题研究.中国学位论文数据库-2012

[4]DZ500型造槽机在东改工程中的应用.中国科技成果数据库-项目年度编号：gkls042208 DZ500

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1007-6344（2016）07-0040-01