二次拋物線形截面混凝土溜槽技術研究

張 藜，芮昊宇

(上海建工五建集團有限公司，陜西 西安 710068)

20世紀90年代以來，一批超高層建筑在我國大陸上拔地而起，其中包括金茂大廈(地上88層，總高度420 m)，廣州西塔(地上103層，總高度440 m)，上海環球金融中心(地上101層，總高度492 m)。隨著社會經濟的發展，超高層建筑正向著更高的方向邁進，如上海中心(地上124層，總高度632 m)，武漢綠地中心(地上100層，總高度475 m)，深圳平安國際金融中心(地上118層，總高度599 m)。超高層建筑的結構體系往往具有極高的設計要求，這對超高層建筑基礎的大體積混凝土施工提出了新的挑戰。

1 工程概況

根據蘭州某超高層建筑項目為例，項目由3棟超高層，4棟商業及3層地下車庫組成，建筑概況為：共有3棟塔樓，總建筑面積33.7萬m2，高度分別為230.4 m，194.7 m，249.8 m，結構形式均為框架-核心筒體系，且距離較近，兩兩之間距離不大于200 m，是典型的超高層建筑群項目。

2 基礎施工設計

2.1 存在的問題

近年來隨著高層建筑的日益增多，伴隨的基礎底板越做越大，導致基坑上邊緣與基礎面高差大，基礎混凝土澆筑施工愈發困難[1]。在本工程中，根據設計要求，基礎階段為大體積混凝土施工，B塔樓因場地限制，小型混凝土泵送機無法架設，汽車泵距離不夠，導致地下室階段部分區域無法進行混凝土澆筑施工，對施工進度造成極大的困難。

大體積混凝土因其自身具有體量大、結構密實的特點，所以為了保證工程質量和施工的整體性，在傳統澆筑施工過程中進行連續不間斷的澆筑，但是澆筑過程中大體積混凝土內部所產生的水化熱無法穿過混凝土而揮發，這就與熱量快速揮發的表面形成了溫差，導致溫度應力的產生，進而出現了裂縫，對于大體積混凝土來說，澆筑的速度和連續性就成了影響質量的關鍵所在。傳統的溜槽施工雖然能夠保證施工的連續性，但是摩擦阻力大，且流速低，無法滿足施工質量的要求[2]。

2.2 二次拋物線溜槽設計

超高層商業樓B地上54層，地下3層。建筑最高點277.8 m，B塔樓基礎底板厚4.2 m，基底相對標高為-19.35 m；集水井及電梯井的基坑深為1.50 m～6.50 m，井基底相對標高-20.85 m～-25.85 m；主樓底板澆筑區域南北長度約為64.50 m，東西長度約為65.56 m，平面呈方形，平面面積約4 084 m2(基底口面積2 916 m2)。主樓筏板至沉降后澆帶合圍區域底板混凝土為一次性澆筑，混凝土強度等級采用C45 P8澆筑總量約1.8萬m3。B塔樓底板典型剖面圖見圖1。

本項目借鑒一些水力學中渠道水力最佳斷面法的研究[3-4]，結合大體積混凝土施工特點，利用二次拋物線截面摩阻力小、耐磨性高的優勢，改進普通混凝土溜槽施工。二次拋物線形截面溜槽具有施工工藝簡單、安全，經濟性高；搭設費用低，能有效節省混凝土泵送費；同等流速及和易性下，混凝土溜槽需要的坡度最小，流淌更遠；澆筑效率高，平均每小時澆筑100 m3混凝土的特點。同時能夠適用于大體積混凝土澆筑的工況，尤其是筏板內有多個深坑，且混凝土方量較大；澆筑點離道路較遠，且澆筑面較低；現場場地狹小，無法布置多臺汽車泵等施工范圍。

2.3 溜槽材質選擇

經翻閱資料，普通溜槽通常采用木模板制作或雙壁波紋管加工制作。而二次拋物線溜槽材質選用優質白鐵皮，其耐磨性能和表面摩擦系數較佳，能達到最佳輸送效果。

3 工藝流程及操作要點

3.1 施工工藝流程

二次拋物線溜槽施工工藝流程：溜槽上下端口初步定位→上下端高差及距離計算→溜槽上下端口精確定位→腳手架架體搭設→溜槽軌道搭設及胎體加工→下端口活動頭加工制作→溜槽安裝→上端口喇叭口制作安裝。

3.2 溜槽端口的確定

首先，上口安全方便、不能離基坑太近，混凝土罐車行車方便；其次，下口接近坑中坑，保證混凝土澆筑量；再者，溜槽架體搭設范圍內不能有互相影響的構筑物。

二次拋物線溜槽坡度最小為15°，也達到了很好的效果。本項目溜槽長度達到了42 m。截面形狀采用二次拋物線截面，水力半徑值最大，摩阻力最小。在同樣的高差和混凝土和易性下，流淌距離最遠，因此截面積取0.48 m2(高0.8，上口寬0.6)可滿足混凝土罐車全功率傾倒混凝土負載[5-7]。

溜槽位置計劃設置在項目南側建安東路道路邊靠近B塔樓處(見圖2)，以方便混凝土罐車進行自卸。溜槽架設總長度44.9 m，總高度15.88 m，角度19°。擬搭設鋼管腳手架高度15.88 m～9 m范圍搭設寬度5 m，6排腳手架；9 m高度以下腳手架搭設寬度3 m，4排腳手架。

3.3 溜槽截面形狀及截面積

截面形狀采用二次拋物線截面，水力半徑值最大，摩阻力最小。在同樣的高差和混凝土和易性下，流淌距離最遠。截面積取0.54 m2(高0.9，上口寬0.6)可滿足混凝土罐車全功率傾倒混凝土負載。

3.4 溜槽架體搭設及施工

1)立桿。橫向立桿間距均為1 000 mm，縱向(沿溜槽方向)立桿間距1 500 mm。起步立桿有兩種規格，分別為4 m和6 m，不同規格的立桿不可混用。將起步立桿與溜槽支架上通過焊接與溜槽相連的鋼管通過對接扣件相連；立桿接頭間用對接扣件相連，相同步距內的相鄰接頭的豎向相距需大于500 mm。立桿的設置需要豎向延伸到頂，高出溜槽滑行軌道1.2 m。

2)縱向水平桿。縱向水平桿的設置是對立桿有橫向制約作用，相互之間通過直角扣件相連，步步設置。縱向水平桿間通過對接扣件連接，接頭的設置，既不得與相鄰立桿的距離大于500 mm，又保證相鄰接頭間錯開的距離大于500 mm。同一排大橫桿水平偏差不大于50 mm及L/250。不同寬度的架體大橫桿連通搭設。寬度變化處一跨范圍內不允許有鋼管連接接頭。

3)橫向水平桿。橫向水平桿設置在腳手架的主節點處，通過直角扣件連接在立桿上，施工過程中必須始終保持與腳手架框架結構相連，不得拆除。

4)掃地桿。腳手架應設有縱、橫掃式地桿。縱向掃地桿應用直角扣件連接并固定在離混凝土面最高200 mm處的腳手架立桿上;橫向掃地桿也應使用直角扣件,連接并固定在靠近縱向掃地桿下部的腳手架立桿上。

5)剪刀撐。該腳手架在第二步及以上每2步和第4步整層設水平向剪刀撐，豎向剪刀撐設置原則：與溜槽同向，4跨一道；與溜槽垂直，6 m一道。相互搭接長度需大于1 m，并且與地面的夾角控制在45°～60°。需要注意的是，剪刀撐的斜撐桿與溜槽支撐架內的立桿或縱向水平桿同旋轉扣件扣緊。

6)腳手板、擋腳板和護攔。腳手板采用對接平鋪設置在小橫桿上，對接處必須設雙根小橫桿，小橫桿距腳手板端頭不大于150 mm；腳手板用8號鉛絲與小橫桿綁扎牢固，不得再有滑動。

防護欄的設置原則：人行通道外側設置，高度1.2 m，欄桿底部距離地面200 mm高的位置設置擋腳板。此外，需在防護欄桿外掛密目網。

7)纜風繩。架體中部兩側各拉6道纜風繩，拉設點設于外墻用于單支模的預留鋼筋上或鋼筋支架的槽鋼上(見圖3)。纜風繩采用不小于10號的鋼絲繩。

8)溜槽。溜槽外部采用模板木方制模(上口600 mm寬，下口180 mm寬，900 mm高)，槽底2根鋼管，側面每側3根木方，橫桿鋼管@500 mm，白鐵皮二次拋物面形鋪面制作，鐵皮用釘子固定于木方上(見圖4)。底部搭設溜溝將支架范圍內底板鋼筋小直徑支架加密,加密支架上立柱間距與立桿橫向間距相同，將支架立桿底板與鋼筋支架上橫桿8號槽鋼板點焊加固。

9)溜槽活動端。溜槽活動端獨立于溜槽主體，分開搭設，傾斜角度與主體溜槽相同，高度為2 m(見圖5)。溜槽口兩側可適量放寬100 mm～300 mm，上端口可相對主溜槽下端略低50 mm～100 mm，保證混凝土能順利流至轉動一定角度的活動端而不灑出。

承料喇叭口盡可能方便于混凝土罐車卸料。混凝土罐車卸料時需倒行，將卸料口對準溜槽(見圖6)。由于一般溜槽截面較小，很難一次就位，往往需要三次以上才能就位，效率較差。采用喇叭口承料口，混凝土罐車卸料時一次倒車成功，效率大幅度提高。

混凝土和易性在200 mm時，其自由流淌坡度為1∶3，影響范圍較小。采用末端可轉動裝置，則可大幅增加溜槽覆蓋面積。

3.5 下端可轉動裝置

混凝土和易性在200 mm時，其自由流淌坡度為1∶3，影響范圍較小。采用末端可轉動裝置，則可大幅增加溜槽覆蓋面積。

3.6 上端承料喇叭口

承料喇叭口盡可能方便于混凝土罐車卸料。混凝土罐車卸料時需倒行，將卸料口對準溜槽。由于一般溜槽截面較小，很難一次就位，往往需要三次以上才能就位，效率較差。采用喇叭口承料口，混凝土罐車卸料時一次倒車成功，效率大幅度提高。

4 結語

塔樓底板大體積混凝土順利的澆筑為整個工程奠定了良好的基礎。采用二次拋物線形截面的混凝土溜槽施工工法保證了混凝土的澆筑速度，增大了常規溜槽的易用性，節省了混凝土泵送費用，為其他相似工程情況提供了一個有價值的施工方法。二次拋物線形截面混凝土溜槽在本工程中得到了順利實施，使底板大體積混凝土澆筑順利實施，混凝土溜槽的使用節省了商品混凝土的泵送費用，解決了場地狹小泵車無法布置的難題。在技術上解決了常規溜槽坡度限制較大的難題，為其他項目類似問題提供一個新思路、新方法。