薄壁U型渡槽造槽機的優化設計

吳建磊 黃海

摘要：預應力U形薄壁梁式渡槽在國內屬較新型的結構形式，首次應用于東深供水改造工程。本文結合漆水河倒虹改建工程，在設計、方案及施工過程中對造槽機進行了優化改進，解決了翻漿、線形不順直、端模脫模困難等施工難題。對采用造槽機法施工的24m、30m、40m等不同跨度的矩形、U型、梯形渡槽工程施工，具有一定的參考價值。

Abstract： The prestressed U-shaped thin-walled beam aqueduct is a relatively new structural form in China， which was first applied to the Dongshen water supply renovation project. In this paper， combined with the renovation of the Qishuihe inverted rainbow， the slot machine was optimized and improved in the design， plan and construction process to solve the construction problems such as grouting， uneven line shape， and difficulty in demolding the end mold. It has a certain reference value for the construction of rectangular， U-shaped and trapezoidal aqueducts with different spans， such as 24m， 30m， 40m， etc.

關鍵詞：U型渡槽;造槽機;優化設計

Key words： U-shaped aqueduct;the aqueduct-making machine;optimal design

中圖分類號：TV672+.2? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2020）21-0154-02

1? 工程概況

漆水河倒虹改建工程全長723m，為Ⅲ等中型工程。漆水河渡槽跨越漆水河，全長420m，共14跨。梁式渡槽為單向預應力混凝土弧腳矩形槽簡支結構，C50W6F150纖維混凝土，單跨長30m，渡槽凈寬4.8m，凈高2.8m，跨中斷面凈高3.2m，兩側直段高1.50m，槽壁厚0.30m，底板厚0.4m，渡槽頂部沿槽身軸線方向每隔2.5m方向設一根0.3×0.3m的拉桿，槽身底部布置9孔縱向有粘結預應力筋，單孔8根Фs15.2鋼絞線。梁式渡槽下部支承結構邊跨采用樁式槽臺，中間跨采用重力墩，渡槽基礎均采用灌注樁基礎。預應力U形薄壁梁式渡槽采用一臺DZ30/320型造槽機（移動模架）自出口向進口方向逐跨原位現澆施工。

2? 造槽機的原理

造槽機是借鑒橋梁移動模架造橋機的經驗，研制的一種自帶模板，可自動前移的渡槽專用大型設備，主要由外梁、外模系統、外肋系統、內模系統、1號支腿、2號支腿、3號支腿、4號支腿、起升小車、附屬結構、配重塊、電氣系統及液壓系統等組成，其原理是利用槽墩上安裝可能，支腿支撐外梁（主梁），在外梁系統上安裝外模、外肋系統，與內模系統等組成一個可以自行縱向移動的渡槽施工平臺。（圖1）

3? 造槽機結構設計

①外梁采用箱形組合梁。為單梁形式，外梁為造槽機的主要承重結構;外梁上設有挑梁，外肋在挑梁上能實現外模板的開、合模功能。過跨時外梁攜帶外模系統過孔走行。

②外模系統主要由側模、底模、端模、撐桿等組成。外模系統直接承受混凝土自重及混凝土所產生的側壓力。外模板由面板與型鋼組焊制成，面板厚5-8mm。

③外肋系統主要由外肋、拉桿、旋轉油缸等組成。外肋吊掛在挑梁上。外肋側面附著安裝側模，底面附著安裝底模，在外肋與挑梁之間安裝有旋轉油缸，用于實現外肋帶動外模的旋轉啟閉;外肋與外模板安裝成整體。外肋在槽頂處設置有頂拉桿，以減少外肋的變形。

④內模系統主要由內模板、內梁、一級折疊油缸、二級折疊油缸、吊桿、軌道及馬凳等組成。內模系統直接承受澆注混凝土過程中混凝土產生的側壓力，并保持渡槽內腔的尺寸。內模由液壓操控支模、收模，電動自行走，自動化程度高。

⑤1號支腿主要由托輥輪箱、吊掛走行、輔助托輥、重載、立柱、斜撐、上下橫梁、錨固座、載荷傳感器等組成。作用是澆注時支撐、吊掛走行過跨，整機過孔時支撐。

⑥2號腿主要由墊梁、下橫梁、滑座總成、縱移滑靴等組成;2號腿為空載支撐腿，過孔時支撐主梁，脫空1號腿;過孔后期與4號腿共同推動主梁縱移。2號腿下部設有兩個橫移油缸，用來調整1號腿橫向站位。

⑦3號支腿主要由橫梁、支腿、支承油缸、抱箍等組成。作用：澆注工況時，將抱箍安裝在油缸下方，與1號腿共同支承主梁。

⑧4號腿為空載支承腿，分為4a支腿、4b支腿兩部分，為箱型立柱結構。分別通過法蘭與主梁連接，下端有支撐油缸，過孔時，4a支腿與4b支腿配合，推動主梁縱移過孔。

⑨DZ30/320型造槽機因整機機構分散，所以液壓系統采用獨立單元設計，系統簡化和模塊化，減少沿程損失和功率損耗，方便維修和搬運。整機液壓系統共7套：一二三（四）號支腿液壓系統各1套、外模液壓系統2套、內模液壓系統2套。每套液壓系統都由液壓泵站、液壓管路和油缸等組成。

⑩造槽機小車起升機構、小車縱移機構、內梁走行及1號腿吊掛采用電機驅動，其余機構的動作使用油缸驅動。

4? 造槽機優化

4.1 設計優化

根據本工程渡槽結構形式，設計制造單位根據施工經驗，對造槽機設計進行了優化，已適應施工需要，功能完善合理。

①采用內、外主梁結構。造槽機內、外模系統分別懸掛在內、外主梁上，結構合理，受力明確。

②模板的開啟與閉合采用全液壓系統控制。

③造槽機外主梁剛度大，砼荷載對外主梁所產生的撓跨比≤1/1000。

④造槽機頂部可設雨棚，可全天候進行現澆施工作業。

⑤造槽機1號腿過孔靠電機驅動，走行平穩，安全高效。

⑥內模的設計參考了南水北調工程湍河渡槽的施工經驗，將外梁與內模內梁用吊桿聯系起來，當混凝土澆筑的時候實現了整機主梁、內模、外模的協調變形，是該造槽機最大設計特點之一，以此可以解決“U”型渡槽澆筑時容易發生的翻漿問題和內壁掛簾問題。

4.2 設計方案優化

為確保造槽機在工程實際使用中適應各種施工需要，確保造槽機設計方案合理、功能完善，舉辦了造槽機設計方案評審會，對設計方案進行了審查，提出了方案優化意見并進行了優化：

①槽身拉桿由預制安裝改為一體現澆方式，設計方案增加相應模板及支撐。

②設計時應考慮內模振搗觀察窗口設置的合理性，在弧線段設置兩排，窗口的活動模板要制作精密，保證混凝土外觀質量。

③端模設計時充分考慮安裝、拆除方便，滿足設計預應力管道錨墊板安裝及張拉要求。

④在1#支腿墩頂預埋構件進行支腿固定，以保證設備的安全穩定性。

4.3 施工過程優化

在本工程梁式渡槽施工過程中，發現造槽機局部設計影響施工質量和安全，對此進行了優化改進。

①內模兩側橫移油缸不同步，線型不順直，橫移鎖固凸輪無法安裝，影響施工質量，對此進行了優化，增加橫移油缸處花籃螺桿，對橫移油缸進行調節，保證線型。端模錨孔處拆模困難，拆模易混凝土崩裂，對此優化改進，將端模錨盒處進行分解，單個錨盒獨立安裝拆卸，方便施工避免混凝土崩裂。

②人行道板模板脫模困難，拉梁結合處極易造成應力集中棱角崩壞，對此進行優化，將結合處模板底部直角調整為45°倒角，并在連接處增加旋轉銷軸，方便拆裝。

③內模脫模后與混凝土之間空間狹小，無法進行模板清理及脫模劑涂刷，對此增加軌道馬凳固定裝置，在下一跨外模合模后，內模開入下一跨進行清理和脫模劑涂刷，然后開回上跨。

④造槽機過跨時1#支腿存在很大安全隱患，槽機前行時1#腿前傾嚴重，原設計采用上下托輥固定，但支腿前傾晃動嚴重，影響造槽機過跨安全。廠家建議采用倒鏈及鋼絲繩拴拉固定，連接強度沒有保證，為保證施工安全，兩側采用原內模固定絲杠連接固定，一端固定在支腿上，另一端通過預埋鋼筋固定在墩帽上，通過調節絲杠確保支腿穩固，消除1#支腿在前行或后退時傾斜晃動的安全隱患。

⑤散模需與造槽機前后進行連接，并在墩頂進行支撐。由于端頭斷面混凝土體量較大，均布荷載21.2kN/m，兩側需與支座相適應，且與墩頂間距較小，僅有30cm。散模整體較大，安裝不便且拆除時易造成該部位混凝土損壞，對此設計了一整套墩頂散模，將散模分解為20-50cm寬度不同的小模板，并對應預留支座安裝孔洞，支撐體系采用2道由2根5#槽鋼焊接成整體作為支撐橫梁，橫梁下采用1.5t小型機械千斤頂支撐在墩頂上。取得了良好的施工效果，避免了常規絲桿木楔易產生沉降變形問題，有效解決了墩頂散模空間小拆裝困難問題。

5? 結論

通過對薄壁U型渡槽造槽機的優化，每孔渡槽從造槽機過孔至澆筑完成由原來35天縮短至25天，工期目標得到了有效的保證。造槽機的優化設計在寶雞峽漆水河倒虹吸改擴建工程成功應用，完成漆水河渡槽14孔渡槽澆筑，為此后類似水利渡槽工程提供了借鑒，具有一定的推廣價值。

參考文獻：

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