厂内预制水工机架桥在郯城县土山拦河闸除险加固工程中的应用

2018-02-01李庆坤

水利建设与管理 2018年1期

李庆坤

(山东水总有限公司，山东济南 250013)

在各种水闸工程中，机架桥是专门为闸门启闭而设计的专用设施，又称工作桥。机架桥梁有现浇和预制两种施工工艺。在大型水闸工程中，为了加快施工进度、降低工程成本、减小施工期安全隐患，多采用预制机架桥，常规结构形式有T型和π型。T型结构多用于闸门自重较小的中小型平面闸门，施工也较为简单；而大型平面闸门及弧形闸门由于启闭力量较大，多采用受力整体性更好π型结构。传统的机架桥施工工艺复杂，占用和消耗大量模板、脚手架等建筑材料，成型的机架桥在外观质量、几何尺寸等方面也容易产生质量通病。

国内众多学者对机架桥的抗震、裂缝加固等方面做了大量研究[1-4]。贺德直[1]介绍了故县水库启闭机架桥混凝土裂缝修补加固技术。庞景兰[2]结合裴庄节制闸工程探讨了如何提高启闭机机架桥抗振性能，通过对不同结构体系形式、结构特点及计算结果的详细对比分析，并考虑建筑功能要求，选定框架体系。胡俊玲等[3]通过对黄河渠村分洪闸机架桥排架地振作用组合的内力分析及承载力验算，对加固工程的机架桥抗震做了设计，合理解决了问题。边司等[4]从支座老化、温度变化、钢筋腐蚀等方面分析了枣林庄枢纽25孔闸机架桥裂缝产生的原因，并针对不同裂缝提出了相应的修补措施。

本文结合郯城县土山拦河闸除险加固工程机架桥施工的经验，介绍了大型π型机架桥预制的工法特点、工艺原理、工艺流程及操作要点，可为其他大型π型、T型机架桥施工提供参考。

1 工程概况

郯城县土山拦河闸除险加固工程，共有机架桥板39跨，平面尺寸为宽7.28m、长13.6m。在预制施工过程中，合理布置预制场区，集中预制，制作了6套模板，每3套模板为一组，交替进行施工，流水作业，每跨的平均施工周期为7d，保质保量地按照计划完成了全部机架桥施工任务，和传统施工方法对比，节省了人工费、机械费和辅助设备材料费等工程费用，取得了较好的经济效益。

2 工法特点

a. 施工效率大幅提高，缩短工期，节约管理和用工成本。

b. 模板制作、安装简单，底模采用木围檩和木板材，内模拆模可操作性强，循环次数多，成本较低；而且可以根据工期要求及工程量大小进行规模化施工，增加了材料利用率，减少了资源浪费，具有显著的经济效益。

c. 设备、人员投入较少，劳动强度低，施工期间避免了高空作业，安全性强。

d. 混凝土拌制、供料及浇筑过程集中并连续，质量可控性提高。

e. 无需制作混凝土或砖基础，梁底部也无需脚手架支撑，场地无需硬化，对预制场条件要求低。

f. 混凝土的振捣、养护方便，便于保护成品混凝土质量，有效避免了混凝土常见质量通病。

g. 适应性强，应用范围广，易于推广和应用。

3 工艺原理

a. 根据工程规模，规划布置预制场，按照总工程量及工期，配置合理的底模与侧模。根据预制件结构尺寸按规范规定设计预拱度，保证结构安全。

b. 底模采用方木围檩和木板材配合，替代原来的一次性混凝土底模或砖胎模，机架桥混凝土强度达到80%后，将桥梁起吊，用枕木支撑大梁，将底部围檩和木板等材料周转到下一施工循环。

c. 对混凝土构件进行高标准养护，提高养护质量，做好吊装保护措施，最大限度地做好成品保护，确保整体工程施工质量。

4 π型机架桥施工工艺流程及操作要点

4.1 施工工艺流程

机架桥总体施工分为以下工序：材料准备、场地平整、模板加工、底模铺设、钢筋绑扎、内外侧模铺设、混凝土浇筑、混凝土养护、外模拆除、大梁起吊枕木支撑、底模及内模拆除、吊运安装、预埋件连接等，详细施工工艺流程如图1所示。

4.2 施工要点

4.2.1 预制场的布置

根据工期要求、地形条件、工程规模等因素，合理确定预制场范围，在距闸址较近且施工用水、电、路较为方便的平整场地上布设预制场，同时规划好钢筋区、木工区、混凝土进场道路、吊车及大型桥板运输车进出场道路等主要临时设施，确保机架桥预制及吊装过程井然有序。

4.2.2 底模铺设

图1 π型机架桥施工工艺流程

在平整好的场地上沿预制桥板的跨度方向，在机架桥板每道主梁位置铺设截面为25cm×4.5cm的木板并固定；在机架桥宽度方向上每隔35cm布置一道截面为9.5cm(高度)×4.5cm的方木并固定，端梁位置适当加密，在方木上布置主梁与端梁的底模板。底模在梁板跨度方向上应按设计起拱，设计无规定时，跨度超过4m的，起拱值为跨度的0.1%～0.3%[5]。土山拦河闸机架桥π型梁跨度13.6m，单梁自重70t，起拱高度3cm。底模布置如图2所示。

4.2.3 大梁内面侧模、端模支立

a. 模板制作。侧模采用易于加工的木模板，在加工过程中，严格按照设计尺寸进行制作，加工完成后进行检测，超过允许偏差的模板须重新制作。

b. 模板安装。第一阶段的模板工程仅安装主梁及端梁的内侧模板，模板按照设计尺寸完成后，在钢筋绑扎前，组织质检人员进行单面模板刚度、强度及稳定性质量验收，模板缝隙用柔性材料充填，以保证浇筑时不露浆和拆模后的外观质量。

4.2.4 主梁、次梁钢筋制作安装

内侧模板安装完成后，进行机架桥主梁和次梁的钢筋绑扎，由于机架桥本身自重大，又担负着启闭闸门的力量，因此大梁的钢筋工程是整体工程质量控制的核心部位，施工时要注意以下几点：

a. 进场钢筋应提供质量证明书或试验报告单，并按照规范要求进行原材料力学性能试验，各项试验合格后方可用于工程。

b. 钢筋必须按不同种类、等级、规格、生产厂家及批号分批验收，分别堆存，不得混杂，且应设立足够标志，以利于检查和使用。操作和存储过程中必须按规范防锈、防损伤。

c. 检验合格后，按设计尺寸加工，钢筋加工的允许偏差见下页表。

图2 底模布置

项次项目允许偏差/mm1受力钢筋沿长度方向的净尺寸±102弯起钢筋的弯折位置±203箍筋外廓尺寸±5

d. 通常受力主筋的连接采用对焊，构造钢筋的连接采用绑扎连接。从事对焊、电焊的操作人员必须持有上岗合格证。电焊时要根据钢筋的材质选用相应的焊条，不得随意滥用。

e. 受力主筋焊接或构造钢筋的绑扎接头应设置在内力较小处，错开接头。

f. 钢筋骨架在模板上绑扎就位，按施工图纸要求将钢筋排列标记做好，以保证成型钢筋绑扎规则、美观。钢筋绑扎过程中对规格、数量、间距、尺寸、标高、绑扎方式及保护层厚度进行严格检查，确保符合规范要求，详见图3。

4.2.5 外侧模、端模支立

内模主筋绑扎完毕并经监理工程师验收合格后，开始支立外侧模板，最后进行两侧模板对拉、预埋件安装及面板钢筋安装，外侧模板安装时应注意以下问题：

图3 内模支立完成后绑扎主梁钢筋

a. 外侧模、端模安装时，应检测两侧模间距离，保持其值不出现正误差。

b. 大梁加固对拉螺杆预埋PVC套管，提高螺杆的利用率，节约成本。梁体内横向支撑采用高强度的水泥支撑来保证钢筋保护层的尺寸。

c. 模板安装后应进行定位检查，主要是检查各梁体模板位置、安装成型的尺寸、模板顶面平整度、模板侧面顺直度及结构件连接的牢固性等技术指标。

d. 所有模板定位完成后，安装面板钢筋和预埋件，详见图4。

图4 底模加固及大梁浇筑前检查

4.2.6 混凝土施工

机架桥梁由于承重大、配筋多，混凝土标号一般在C30以上，在机架桥施工中存在以下困难：

a. 大梁截面小，配筋多，钢筋直径大、间距小，混凝土原材料需级配合理，同时具有良好的流动性。

b. 所有结构部位均为受力重要部位，混凝土质量必须均匀，个别部位混凝土质量偏低就会影响整个大梁的受力结构。

c. 按照多年来的施工经验总结，大型梁板结构物混凝土浇筑，大梁和面板接触部位由于混凝土自重下沉及自身收缩，极易产生裂缝，所以浇筑期间要严格控制坍落度和振捣质量。

d. 梁板均为薄壁结构，浇筑完成后水泥水化热散热快，养护工作尤为重要。须避免混凝土缺水造成表面裂缝或早期混凝土碳化，防止影响混凝土的强度和使用寿命。

针对上述情况，在混凝土施工中严格按照以下施工工序进行：

a. 针对结构物的形式、配筋情况、混凝土强度及施工工艺，提前和具有资质的实验室进行沟通，选用合理级配的原材料及施工配合比。

b. 混凝土生产采用HZS120D全自动电脑控制拌和站生产，称量设备准确精密，混凝土搅拌均匀，及时测量料场砂石骨料含水量，根据骨料含水量调整配合比用水量。

c. 添加高效减水剂，适当延长混凝土的拌制时间，以保证混凝土拌和均匀，在最小用水量的情况下提高混凝土流动性。

d. 用混凝土专用运输车运输混凝土，混凝土在运输过程中不得有失水情况，泵送入仓，布料机均匀布料，避免用振捣棒拖拉混凝土造成混凝土质量不均匀。

e. 混凝土的灌注。混凝土入模时两侧应对称均匀进行，与振捣器配合协调，以免超过规定厚度，造成振捣困难。

操作插入式振捣器时应快插慢拔，避免振捣器工作部位碰撞模板、钢筋或其他预埋件，并与侧模、内模保持5～10cm的距离。上层混凝土振捣时宜插入下层混凝土中5～10cm，使上下层混凝土结合成整体，振动棒移动距离应不超过该棒作用半径的1.5倍。

振捣的质量要求为混凝土停止下沉，不再冒出气泡，表面呈现平坦、泛浆现象。

f. 混凝土的养护。在顶层混凝土灌注完毕30～60min后，混凝土表面用湿布覆盖，避免阳光直射。

混凝土初凝后开始洒水养护。洒水间隔时间以保持混凝土表面潮湿为宜。根据相对湿度，连续洒水养护时间一般为7～14d，当气温低于5℃时，不得洒水养护。

由于该项目采用的是木胶板做模板，保温保湿效果好，因此大梁外侧模全部在浇筑完5d后拆除模板，拆模后立刻涂刷混凝土养护液，同时辅以洒水养护，有效保证了混凝土养护效果。

g. 机架桥的临时起吊和模板拆除。机架桥模板拆除分三次进行，首先拆除大梁外侧模板，待混凝土强度达到设计强度的80%，用吊车或龙门吊将大梁吊起，梁的受力端部垫设50cm高的高强度枕木，大梁稳定后工人进入到梁下拆除底模和内侧模，拆除的模板按次序排放整齐，拼装后直接用于下一道梁的施工，大大提升了施工效率，详见图5。拆模时还要注意以下细节：ⓐ拆模前先将各模板的连接螺栓、穿销、拉杆及其他紧固件全部拆除，避免因个别紧固件连接而在拆