鄂北地区水资源配置工程大型现浇渡槽过水断面无穿墙拉杆模板施工技术

李翔 赵容 童文虎

摘要：在引输水工程中，作为主要输水建筑物的大型预应力渡槽具有结构复杂、荷载承受较大、薄壁异形多、张拉预埋件数量多及精度要求高等特点。采用普通拉杆对拉加固方式会影响槽身侧墙混凝土结构的抗渗性和稳定性，过多的拉杆会与渡槽预应力钢筋产生冲突。研究提出“外桁架+内台车”组合无穿墙拉杆钢模板体系，可杜绝槽身过水断面位置渗水的质量隐患，加快槽身施工进度，减少槽身模板施工成本。利用BIM技术对模板和台车结构进行了优化设计。研究成果对类似工程设计和施工具有一定的借鉴意义。

关键词：预应力渡槽;无穿墙拉杆模板;外桁架;內台车;鄂北地区水资源配置工程

中图法分类号：TV672.3文献标志码：ADOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2020.11.001

文章编号：1006 - 0081（2020）11 - 0001 - 04

Abstract： As the major water conveyance structure， large prestressed aqueduct is characterized by complex structure， bearing heavy load， lots of special-shaped thin wall and embedded tension parts， and high accuracy requirement. Reinforcing by common double-way opposed-pulling will affect the anti-permeability and stability of the concrete side wall of the aqueduct and excessive tension rods may collide with the aqueduct prestressed reinforcement. A combination system of "outer truss + inner trolley" was proposed， which can eliminate potential quality hazards regarding seepage in the cross-section of the aqueduct body， speed up the aqueduct construction process， and reduce associated construction costs. This paper can provide reference for the design and construction of other similar projects.

Key words： prestressed aqueduct; formwork without pass-wall draw rod; outer truss; inner trolley;  North Hubei Water Transfer Project

1 工程背景

鄂北地区水资源配置工程（以下简称“鄂北工程”）是从丹江口水库清泉沟隧洞进口引水，向沿线城乡生活、工业和唐东地区农业供水，以解决鄂北地区干旱缺水问题的一项大型水资源配置工程[1]。工程线路总长 269.34 km。七方方寨渡槽至七方王坡渡槽线路平面总长 5.41 km，设计流量 36.2 m3/s，设计水位 127.70 ～126.76 m，设计水深 4.07 m。渡槽为30 m一跨，设计为单槽双侧墙矩形槽，选用三向预应力钢筋混凝土简支结构，采用现浇施工。单槽横断面尺寸为：内轮廓 6.4 m×4.9 m（净宽×净高），外轮廓 8.6 m×（7.0～6.5）m;底板厚 0.4 m，边墙厚度为 0.5 m，空槽重量约1 135 t。槽身结构见图1。单跨渡槽纵向预应力钢绞线32孔，横向预应力钢绞线39孔，竖向预应力螺纹钢筋146孔。单榀渡槽采用的是三向预应力结构，纵向预应力钢绞线32孔，横向预应力钢绞线39孔，竖向预应力螺纹钢筋146孔，张拉预埋件数量多且精度要求高。考虑到槽身为薄壁结构，侧墙厚度仅为0.5 m，采用普通拉杆对拉加固方式会影响到槽身侧墙混凝土结构的抗渗性和稳定性，并且过多的拉杆会与渡槽预应力钢筋产生冲突。

针对上述特点，工程采用“外桁架+内台车”组合无穿墙拉杆钢模板体系。外侧模桁架支撑加固体系，减少了混凝土施工缝的产生和对拉精轧螺纹钢的数量，提高了混凝土实体工程质量，改善了混凝土外观质量。“台车+钢模”体系减少了拆卸内模板的工序步骤，加快了模板周转施工的时间和整体渡槽施工进度。利用BIM技术对模板和台车结构进行深化设计，对模板安装拆卸、混凝土浇筑等重要工序进行仿真模拟和方案优化，通过迈达斯Civil有限元分析软件对现浇渡槽模板支撑体系进行受力分析，确保了模板支撑体系稳定和渡槽的安全施工。

2 外侧模板支撑与加固设计

2.1 渡槽模板施工

工程渡槽分成两次浇筑（见图2）。根据渡槽结构尺寸、外表轮廓、预应力要求、浇筑顺序及现场实际情况，对渡槽外侧模进行分块，分块主要以底板往上1 m为界限，分为上下两部分，即底板外侧模和槽壁外侧模。每块钢模板以及配件材质均采用Q235碳素结构钢，面板采用6 mm钢板，横竖边框采用12 mm×100 mm带钢，主肋采用〔10号槽钢，纵肋采用80 mm×6 mm带钢。模板设计为平口连接，面板边采用铣边机铣边，以保证同种模板能任意互换，内外模板连接选用GB8.8级-M18×60 mm螺栓，螺栓孔为M20×30 mm长孔[2]。

2.2 桁架体系结构设计

外侧模板采用〔14号与〔16号槽钢配合制作的上下两部分桁架体系支撑。桁架体系设计数量根据渡槽12块面板确定为上下各24件桁架，每块面板模板上加固有2件桁架，桁架体系一共由96件桁架组成，见图3。下部桁架上端焊有2块250 mm ×250 mm的连接板，开有4个？20的螺栓孔。上部桁架上下两端焊有4块250 mm×250 mm的连接板，开有4个？20的螺栓孔。与桁架相配对的外侧面模板的横肋槽钢上均开有？22的螺栓孔，而每件桁架与模板加固则均采用长310 mm、端头弯钩45°的钩头螺栓固定。整个桁架体系下部放置在槽钢上，上下部分桁架端部连接板相接触并上螺栓加固。每块桁架纵向有2件桁架连杆带螺栓加固，上下两部分每件桁架竖向也各有桁架连杆带螺栓加固。该设计使96件桁架与模板形成一个牢固的整体，受力均匀稳固，混凝土压力和模板自重均匀传导至支撑体系[3]。

3 内侧模板的支撑、加固与周转

为了实现无穿墙拉杆模板技术，渡槽内侧模板的支撑与加固以台车形式（见图4）设计。台车根据渡槽长度和模板分块设计为4.64 m一组，共5组;2.85 m一组，共2组。每组台车均由内模上横联、内模中横联、内膜支架立柱、内模下横联拼装而成。台车主体材料由〔20和〔25槽钢配合制作，同时还设计有滑道连接头、可调支撑、连接板、下滑轮、钢枕及木抄楔、垫梁等配件。为了保护混凝土以及方便台车移动，还设计有轨道和轨道连杆。

施工过程包括：①由汽车吊将台车的轨道和轨道连接杆吊至渡槽底板。安装时应提前放置渡槽中线以对轨道安装尺寸和间距校准，并且固定好轨道。②将台车的内模上横联、内模中横联、内膜支架立柱、内模下横联由汽车吊吊至渡槽底板，按照设计分组进行拼装。③使用千斤顶将台车顶起至设计高度并在内模下横梁适当位置放置垫梁和钢枕。④按照内侧槽壁模板和台车的对应分块安装滑道连接头固定模板，并安装可调支撑。⑤当可调支撑和台车、槽壁内侧模板之间安装牢固后，即可调整可调支撑的伸长长度使模板移动至设计位置并使用螺栓加固。⑥在装好外侧模板和渡槽顶部人行走道模板后，同边槽壁内外侧模板和两边外侧模板使用精轧螺纹钢对拉固定，并将13件12 m的上横梁吊装至渡槽顶部，使用螺栓与两边外侧模板桁架固定。⑦完成混凝土浇筑后的3 d后，C50混凝土强度达到设计强度60%时可拆除模板[4]。调整可调支撑伸长长度以带动槽壁内侧模缩回，使模板脱离混凝土表面。固定好可调支撑时，在下一跨渡槽底板上安装好轨道，同时使用千斤顶顶住台车，撤去钢枕和垫梁将台车落下。然后使用卷扬机拉动一组台车连带内侧模板一起移动至下一跨渡槽底板预定位置。采用同样的操作流程将7组台车全部移动到下一跨渡槽底板上即可进行下一跨渡槽的第二次混凝土施工。内模台车脱模行走示意见图5。

4 结合BIM技术的模板专业应用

通过引入BIM技术对鄂北工程进行深化研究与应用，尤其针对渡槽模板和无穿墙拉杆模板技术进行了专门研究与应用。根据模板设计图纸、混凝土浇筑方案、设计技术要求，利用BIM软件建立三维可视化模型，见图6。

将Revit软件建好的三维模型转换格式后导入到迈达斯 Civil有限元分析软件，最后在有限元分析软件中依次定义特性信息、建立边界条件、添加荷载、定义分析控制数据、运行分析和查看结果。迈达斯 Civil有限元分析计算结果表明，渡槽施工过程中，模板、桁架等强度和变形均满足现行规范标准要求。最后还可根据软件得出的数据对模板设计进行深入的改进和优化，见图7。

通过使用BIM技术对模板安装拆卸进行多次三维模拟，最终达到模板安装拆卸方案的最优化。利用三维可视化模型和最优方案施工过程制作三维动画，并使用动画对施工人员进行施工技术交底，帮助其更形象、直观地了解安装拆卸过程中的重难点和关键节点，提升了施工质量，避免了安全隐患，加快了施工进度。

5 结 论

三向预应力现浇渡槽具有槽身厚度小、异形结构多、施工难度大、工艺复杂等特点，为保证施工质量、节省投资、缩短工期，研究提出了大型现浇渡槽过水断面无穿墙拉杆模板技术，解决了过水断面因拉杆孔洞造成渗水质量和施工进度滞后等问题。

（1）结合传统的槽壁对拉杆模板存在的问题和施工经验，提出了外侧模桁架支撑加固体系，减少了混凝土施工缝的产生和对拉精轧螺纹钢的数量，避免了槽壁因对拉孔造成的漏水质量隐患，提高了混凝土实体工程质量，改善了混凝土外观质量。

（2）结合施工先例和无穿墙拉杆模板技术研究内容，提出了“台车+钢模”体系，减少了拆卸内模板的工序步骤，加快了模板周转施工的时间和整体渡槽施工进度，提高了渡槽槽壁浇筑质量。

（3）利用BIM技术对模板和台车结构进行深化设计，并且对现浇渡槽支撑架搭设、模板安装拆卸、混凝土浇筑等重要工序进行仿真模拟和优化。利用迈达斯Civil有限元分析软件对现浇渡槽模板支撑体系进行受力分析，分析表明，模板分块合理、加固安全方便，确保了模板支撑体系稳定和渡槽安全施工。

参考文献：

[1] 湖北省水利水电规划勘察设计院.  鄂北地区水资源配置工程2016年第3标段渡槽槽身预应力混凝土施工技术要求[R]. 武汉：湖北省水利水电规划勘察设计院，2016.

[2] JGJ 162-2008 建筑施工模板安全技术规范[S].

[3] JGJ 166-2016 建筑施工碗口式钢管脚手架安全技术规范[S].

[4] GB 50009-2012  建筑結构荷载规范[S].

（编辑：李晓濛）