普溪河渡槽施工造槽機拼裝及預壓試驗控制研究

向 陽 李 鋒 陳崇德

(湖北省漳河工程管理局，湖北 荊門 448156)

1 工程概述

宜昌市東風渠灌區普溪河渡槽全長1003m，最大高度61.5m，河床段為單跨40m預應力槽梁式簡支結構，設計縱坡 1/600，設計流量15.0m3/s。槽身斷面為矩形，凈寬3.1m，凈高2.6m，側墻厚0.3m，側墻每3.2m設一道肋，底板厚0.45m。槽身采用大跨度小截面預應力槽身造槽機施工新工法，施工設備為DZS40/500矩形上行式造槽機。普溪河渡槽具有高度較高、單跨現澆較長、截面較薄、施工難度較大等特點。基于上述特點以及該施工設備和方法在國內尚無可以借鑒的先例，開展大跨度小截面預應力渡槽造槽機施工新型工法技術研究，包括渡槽機拼裝及預壓試驗質量控制研究是非常有必要的。

2 普溪河渡槽施工造槽機拼裝控制研究

2.1 造槽機拼裝控制

DZS40/500型造槽機是應用于大跨度渡槽預應力槽身結構混凝土原位現澆的一種移動模架施工設備，主要由外梁、外肋系統、外模系統、內模系統、支腿、起升小車、電氣系統、液壓系統、安全防護設施、附屬結構等組成。

造槽機拼裝流程如下：拼裝場地平整→支墩及施工作業面混凝土澆筑→在支墩上進行主梁拼裝→采用2臺300t吊車將主梁吊裝至墩帽頂部，由1號及4號腿支撐→橫穿挑梁、懸掛外肋、安裝外模→采用砂袋等模擬混凝土加載過程，確定造槽機的預拱度和安全性能→內模板系統安裝→驗收。

參照水利工程金屬結構設備安裝要求，在安裝平臺及各個構件之間確定質量控制測量觀測點，其中主梁及挑梁是控制重點。

主梁安裝后檢查要求如下：?應保持頂部標高一致；?各節段連接板不能混用、不得隨意焊接割孔；?檢查各部件之間連接螺栓是否連接可靠，箱梁節段之間連接螺栓帽統一置于腹板外側，防止生銹；?復核主梁上拱值是否與設備設計單位提供的數值一致。

挑梁是模板橫向滑移的軌道，其質量好壞直接影響模板的打開與合攏，挑梁的安裝檢查包括：?挑梁的兩根上橫梁必須位于同一水平面上，且與主鋼箱梁的縱軸線相垂直；?挑梁縱向之間的距離偏差為±2mm；?每側12個挑梁高度形成的曲線應與主梁呈同一線型。

2.2 拼裝質量驗收檢查

造槽機按照批復的方案拼裝完成后，進行拼裝質量驗收檢查并填寫造槽機拼裝驗收檢查記錄表，見表1。

表1 造槽機拼裝驗收檢查記錄

3 普溪河渡槽施工造槽機預壓試驗控制研究

3.1 預壓試驗準備工作

a.預壓試驗目的為：?消除造槽機構件及拼裝過程中形成的非彈性變形量，測算出施工荷載作用下的彈性變形值，為渡槽施工時底模的預拱度設置提供依據；?檢驗造槽機的強度、剛度并與設計值進行比對；?檢驗造槽機施工過程中有無安全漏洞。

b.試驗場地平面尺寸為90m×30m，并要求整體排水效果良好；場地平整到位，在汽車起重機支腿位置處要求單獨加固處理滿足局部承載力要求。

c.試驗環境要求試驗時風速不大于8.3m/s，風向隨機；海拔高度不大于2000m；工作環境溫度在-10～35℃之間。

d.計算實際施工荷載。?施工荷載主要為：人群荷載、施工設備荷載、安全防護等設施荷載、振搗荷載、預留荷載、其他荷載等；?槽身在混凝土澆筑工況下隨澆筑層的上升其荷載在不斷上升，澆筑層按八層進行入倉澆筑控制，見圖1；?槽身在澆筑工況下隨澆筑層的上升其荷載逐漸增大，考慮到端部2m范圍內混凝土通過鋼模直接支承于墩帽上，故端部混凝土荷載相應去除，鋼筋混凝土的重力密度取25kN/m3；?用砂袋模擬渡槽澆筑工況下的荷載增加量，分別按195.9t(對應第一層重量)、38.32t(對應第二層重量)、77.139t(對應第三～五層重量)、51.426t(對應第六～七層重量)、128.215t(對應第八層重量)等對模架分級加載試驗，測量各測點的觀測值。用預壓各個階段的高程觀測值，計算出造槽機外模彈性變形量和非彈性變形量。

圖1 槽身澆筑分層示意圖 (單位：mm)

e.測點布置。在主梁上左右兩側分別沿縱向布置12個測點，標記為ZL1～ZL24；在兩側挑梁頂部各布置1個測點，共24個測點，標記為TL1～TL24；在兩側模板頂部上沿縱向布置24個測點，標記為BS1～BS24；在兩側模板底部上沿縱向布置24個測點，標記為BX1～BX24；每次監測的同時加測上下游墩帽測點與基準點的高差值。

f.試驗前應做好各項準備工作。選配專職的試驗操作人員、檢測人員、記錄人員及指揮者和各崗位負責人，所有參加人員在試驗前應進行專業培訓，熟悉造槽機的結構、性能和操作并掌握試驗標準，明確試驗程序和各項具體要求；配備備用電源；各機構需用的潤滑油、液壓油和冷卻液應按規定加注到工作高度；預壓加載過程中做好防雨措施，避免雨水浸入砂袋；試驗前配備規格齊全狀態良好的儀器和量具；試驗過程中做到統一指揮。

3.2 預壓試驗

3.2.1 試驗注意事項

預壓時應注意以下幾點：預壓前應對外肋、外模、支腿及主梁的連接螺栓做系統檢查；預壓應按要求分級分層加載；加載期間造槽機附近應實行交通管制，禁止人員、車輛通過；觀察各個部件之間的連接及焊縫有無異常現象；觀察槽墩有無異常現象；卸載時要分級分層進行，禁止在某處集中卸載。

3.2.2 預壓試驗過程

空載試驗過程如下：?測量底模板相對高差；?將外梁、外模同步頂升10mm，停15min；?測量底模(中主梁部位)的相對下沉量，并同步下落；?進行外肋、外模開、合試驗，確認外肋橫移機構不卡滯；?同步檢查電氣系統、液壓系統是否正常，并記錄油壓表的讀數。

加載試驗前的準備包括調整四個支腿液壓油缸的行程，使主框架的四角處于同一標高位置，再調整底模撐桿的高低，使外模處于水平澆注狀態位置。垂直油缸機械鎖僅留2mm間隙，同時鎖定一切安全裝置。

加載試驗主要設備和材料包括：大砂袋每袋約1.05t，小砂袋每袋約0.14t，30t汽車起重機一臺，16型工字鋼252m，木方50mm×100mm，測量儀器等。

加載試驗過程如下：

a.第一次加載：用江砂找平底模倒角部分位置，再用汽車吊將事先裝好的砂袋放置在槽身內。砂袋每排3袋共29排分2層布置。本次加載量為195.9t，與槽身底板澆筑完的總荷載基本一致，見圖2。

圖2 第一次荷載加載 (單位：mm)

b.第二次加載：兩側碼放事先裝好的小砂袋，兩側每排2袋，共縱向布置59排；小砂袋上部鋪設50mm×100mm木方，用16型工字鋼安放穩定；第二次加載量為38.79t，與槽身第二次澆筑層澆筑完的總荷載基本一致。

c.第三次加載：將大砂袋在兩側各放置1袋，按29排布置。中間放置2袋小砂袋，按59排布置。本次加載量為77.14t，基本與第三、四、五澆筑層總荷載一致。

d.第四次加載：將大砂袋在兩側各放置1袋，按29排布置。本次加載量為57.95t，與第六、七澆筑層總荷載一致。

e.第五次加載：將大砂袋按每排4袋進行放置，按29排布置。本次加載量為121.8t，與第八澆筑層總荷載基本一致，見圖3。

圖3 第五次荷載加載 (單位：mm)

持壓及卸載。每次加載后，持壓時間48h，8時、18時為觀測時間；通過數據分析，判斷在觀測時間內是否存在變形，確定是否需要延長靜置試驗時間等。卸載應分級分層進行，以保持平衡。

3.3 預壓試驗資料分析及評價

3.3.1 預壓試驗資料分析

預壓試驗完成后，對主梁、挑梁、外模上部、外模下部等不同位置測點的觀測值進行匯總，通過對彈性、非彈性變形量的計算及分析，判斷造槽機的安全性和適用性，并為造槽機進一步調試提供依據。造槽機預壓試驗外模右下測點的高程觀測記錄見表2、圖4，外模左下測點的觀測記錄見表3、圖5。

表2 造槽機預壓試驗高程記錄表(外模右下) 單位：m

表3 造槽機預壓試驗高程記錄表(外模左下) 單位：m

圖4 外模右下測點觀測值 (單位：mm)

圖5 外模左下測點預壓觀測

3.3.2 預壓試驗評價

a.預壓過程分析：在造槽機設備預壓過程中，隨著荷載的不斷增大，外模底板的拱度持續減小，在達到預定荷載后，持續觀測直至變形完成后，進行卸載。卸載完成后通過測量成果計算造槽機設備模板的彈性變形值與非彈性變形值。

b.預壓試驗消除了造槽機設備安裝過程中10mm的非彈性形變，計算的設備外模彈性形變值為51mm，與設備廠家提供的材料彈性變形量50mm基本一致，滿足設計要求，并驗證了設備安裝過程中的安全性，可適用于普溪河渡槽槽身施工。

c.根據澆筑及張拉產生的拱度變化，槽身澆筑底模預拱度為55mm。

4 結 語

普溪河渡槽在建設和運行過程中，依據試驗結果提出了過跨主受力區域截面強度不足等問題的解決方案，經濟和社會效益明顯。普溪河渡槽施工造槽機拼裝及預壓試驗質量控制研究為DZS40/500矩形上行式造槽機的安全應用提供了可靠的技術支撐，也為后續類似工程建設提供了較為詳細的參考依據，實現了安全施工、質量控制、資源高效利用與環境保護等目標。