李翔 趙容 童文虎

摘要：在引輸水工程中，作為主要輸水建筑物的大型預(yù)應(yīng)力渡槽具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、荷載承受較大、薄壁異形多、張拉預(yù)埋件數(shù)量多及精度要求高等特點。采用普通拉桿對拉加固方式會影響槽身側(cè)墻混凝土結(jié)構(gòu)的抗?jié)B性和穩(wěn)定性，過多的拉桿會與渡槽預(yù)應(yīng)力鋼筋產(chǎn)生沖突。研究提出“外桁架+內(nèi)臺車”組合無穿墻拉桿鋼模板體系，可杜絕槽身過水?dāng)嗝嫖恢脻B水的質(zhì)量隱患，加快槽身施工進度，減少槽身模板施工成本。利用BIM技術(shù)對模板和臺車結(jié)構(gòu)進行了優(yōu)化設(shè)計。研究成果對類似工程設(shè)計和施工具有一定的借鑒意義。

關(guān)鍵詞：預(yù)應(yīng)力渡槽;無穿墻拉桿模板;外桁架;內(nèi)臺車;鄂北地區(qū)水資源配置工程

中圖法分類號：TV672.3文獻標(biāo)志碼：ADOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2020.11.001

文章編號：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

鄂北地區(qū)水資源配置工程（以下簡稱“鄂北工程”）是從丹江口水庫清泉溝隧洞進口引水，向沿線城鄉(xiāng)生活、工業(yè)和唐東地區(qū)農(nóng)業(yè)供水，以解決鄂北地區(qū)干旱缺水問題的一項大型水資源配置工程[1]。工程線路總長 269.34 km。七方方寨渡槽至七方王坡渡槽線路平面總長 5.41 km，設(shè)計流量 36.2 m3/s，設(shè)計水位 127.70 ～126.76 m，設(shè)計水深 4.07 m。渡槽為30 m一跨，設(shè)計為單槽雙側(cè)墻矩形槽，選用三向預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土簡支結(jié)構(gòu)，采用現(xiàn)澆施工。單槽橫斷面尺寸為：內(nèi)輪廓 6.4 m×4.9 m（凈寬×凈高），外輪廓 8.6 m×（7.0～6.5）m;底板厚 0.4 m，邊墻厚度為 0.5 m，空槽重量約1 135 t。槽身結(jié)構(gòu)見圖1。單跨渡槽縱向預(yù)應(yīng)力鋼絞線32孔，橫向預(yù)應(yīng)力鋼絞線39孔，豎向預(yù)應(yīng)力螺紋鋼筋146孔。單榀渡槽采用的是三向預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)，縱向預(yù)應(yīng)力鋼絞線32孔，橫向預(yù)應(yīng)力鋼絞線39孔，豎向預(yù)應(yīng)力螺紋鋼筋146孔，張拉預(yù)埋件數(shù)量多且精度要求高?？紤]到槽身為薄壁結(jié)構(gòu)，側(cè)墻厚度僅為0.5 m，采用普通拉桿對拉加固方式會影響到槽身側(cè)墻混凝土結(jié)構(gòu)的抗?jié)B性和穩(wěn)定性，并且過多的拉桿會與渡槽預(yù)應(yīng)力鋼筋產(chǎn)生沖突。

針對上述特點，工程采用“外桁架+內(nèi)臺車”組合無穿墻拉桿鋼模板體系。外側(cè)模桁架支撐加固體系，減少了混凝土施工縫的產(chǎn)生和對拉精軋螺紋鋼的數(shù)量，提高了混凝土實體工程質(zhì)量，改善了混凝土外觀質(zhì)量?！芭_車+鋼?！斌w系減少了拆卸內(nèi)模板的工序步驟，加快了模板周轉(zhuǎn)施工的時間和整體渡槽施工進度。利用BIM技術(shù)對模板和臺車結(jié)構(gòu)進行深化設(shè)計，對模板安裝拆卸、混凝土澆筑等重要工序進行仿真模擬和方案優(yōu)化，通過邁達(dá)斯Civil有限元分析軟件對現(xiàn)澆渡槽模板支撐體系進行受力分析，確保了模板支撐體系穩(wěn)定和渡槽的安全施工。

2 外側(cè)模板支撐與加固設(shè)計

2.1 渡槽模板施工

工程渡槽分成兩次澆筑（見圖2）。根據(jù)渡槽結(jié)構(gòu)尺寸、外表輪廓、預(yù)應(yīng)力要求、澆筑順序及現(xiàn)場實際情況，對渡槽外側(cè)模進行分塊，分塊主要以底板往上1 m為界限，分為上下兩部分，即底板外側(cè)模和槽壁外側(cè)模。每塊鋼模板以及配件材質(zhì)均采用Q235碳素結(jié)構(gòu)鋼，面板采用6 mm鋼板，橫豎邊框采用12 mm×100 mm帶鋼，主肋采用〔10號槽鋼，縱肋采用80 mm×6 mm帶鋼。模板設(shè)計為平口連接，面板邊采用銑邊機銑邊，以保證同種模板能任意互換，內(nèi)外模板連接選用GB8.8級-M18×60 mm螺栓，螺栓孔為M20×30 mm長孔[2]。

2.2 桁架體系結(jié)構(gòu)設(shè)計

外側(cè)模板采用〔14號與〔16號槽鋼配合制作的上下兩部分桁架體系支撐。桁架體系設(shè)計數(shù)量根據(jù)渡槽12塊面板確定為上下各24件桁架，每塊面板模板上加固有2件桁架，桁架體系一共由96件桁架組成，見圖3。下部桁架上端焊有2塊250 mm ×250 mm的連接板，開有4個？20的螺栓孔。上部桁架上下兩端焊有4塊250 mm×250 mm的連接板，開有4個？20的螺栓孔。與桁架相配對的外側(cè)面模板的橫肋槽鋼上均開有？22的螺栓孔，而每件桁架與模板加固則均采用長310 mm、端頭彎鉤45°的鉤頭螺栓固定。整個桁架體系下部放置在槽鋼上，上下部分桁架端部連接板相接觸并上螺栓加固。每塊桁架縱向有2件桁架連桿帶螺栓加固，上下兩部分每件桁架豎向也各有桁架連桿帶螺栓加固。該設(shè)計使96件桁架與模板形成一個牢固的整體，受力均勻穩(wěn)固，混凝土壓力和模板自重均勻傳導(dǎo)至支撐體系[3]。

3 內(nèi)側(cè)模板的支撐、加固與周轉(zhuǎn)

為了實現(xiàn)無穿墻拉桿模板技術(shù)，渡槽內(nèi)側(cè)模板的支撐與加固以臺車形式（見圖4）設(shè)計。臺車根據(jù)渡槽長度和模板分塊設(shè)計為4.64 m一組，共5組;2.85 m一組，共2組。每組臺車均由內(nèi)模上橫聯(lián)、內(nèi)模中橫聯(lián)、內(nèi)膜支架立柱、內(nèi)模下橫聯(lián)拼裝而成。臺車主體材料由〔20和〔25槽鋼配合制作，同時還設(shè)計有滑道連接頭、可調(diào)支撐、連接板、下滑輪、鋼枕及木抄楔、墊梁等配件。為了保護混凝土以及方便臺車移動，還設(shè)計有軌道和軌道連桿。

施工過程包括：①由汽車吊將臺車的軌道和軌道連接桿吊至渡槽底板。安裝時應(yīng)提前放置渡槽中線以對軌道安裝尺寸和間距校準(zhǔn)，并且固定好軌道。②將臺車的內(nèi)模上橫聯(lián)、內(nèi)模中橫聯(lián)、內(nèi)膜支架立柱、內(nèi)模下橫聯(lián)由汽車吊吊至渡槽底板，按照設(shè)計分組進行拼裝。③使用千斤頂將臺車頂起至設(shè)計高度并在內(nèi)模下橫梁適當(dāng)位置放置墊梁和鋼枕。④按照內(nèi)側(cè)槽壁模板和臺車的對應(yīng)分塊安裝滑道連接頭固定模板，并安裝可調(diào)支撐。⑤當(dāng)可調(diào)支撐和臺車、槽壁內(nèi)側(cè)模板之間安裝牢固后，即可調(diào)整可調(diào)支撐的伸長長度使模板移動至設(shè)計位置并使用螺栓加固。⑥在裝好外側(cè)模板和渡槽頂部人行走道模板后，同邊槽壁內(nèi)外側(cè)模板和兩邊外側(cè)模板使用精軋螺紋鋼對拉固定，并將13件12 m的上橫梁吊裝至渡槽頂部，使用螺栓與兩邊外側(cè)模板桁架固定。⑦完成混凝土澆筑后的3 d后，C50混凝土強度達(dá)到設(shè)計強度60%時可拆除模板[4]。調(diào)整可調(diào)支撐伸長長度以帶動槽壁內(nèi)側(cè)?？s回，使模板脫離混凝土表面。固定好可調(diào)支撐時，在下一跨渡槽底板上安裝好軌道，同時使用千斤頂頂住臺車，撤去鋼枕和墊梁將臺車落下。然后使用卷揚機拉動一組臺車連帶內(nèi)側(cè)模板一起移動至下一跨渡槽底板預(yù)定位置。采用同樣的操作流程將7組臺車全部移動到下一跨渡槽底板上即可進行下一跨渡槽的第二次混凝土施工。內(nèi)模臺車脫模行走示意見圖5。

4 結(jié)合BIM技術(shù)的模板專業(yè)應(yīng)用

通過引入BIM技術(shù)對鄂北工程進行深化研究與應(yīng)用，尤其針對渡槽模板和無穿墻拉桿模板技術(shù)進行了專門研究與應(yīng)用。根據(jù)模板設(shè)計圖紙、混凝土澆筑方案、設(shè)計技術(shù)要求，利用BIM軟件建立三維可視化模型，見圖6。

將Revit軟件建好的三維模型轉(zhuǎn)換格式后導(dǎo)入到邁達(dá)斯 Civil有限元分析軟件，最后在有限元分析軟件中依次定義特性信息、建立邊界條件、添加荷載、定義分析控制數(shù)據(jù)、運行分析和查看結(jié)果。邁達(dá)斯 Civil有限元分析計算結(jié)果表明，渡槽施工過程中，模板、桁架等強度和變形均滿足現(xiàn)行規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)要求。最后還可根據(jù)軟件得出的數(shù)據(jù)對模板設(shè)計進行深入的改進和優(yōu)化，見圖7。

通過使用BIM技術(shù)對模板安裝拆卸進行多次三維模擬，最終達(dá)到模板安裝拆卸方案的最優(yōu)化。利用三維可視化模型和最優(yōu)方案施工過程制作三維動畫，并使用動畫對施工人員進行施工技術(shù)交底，幫助其更形象、直觀地了解安裝拆卸過程中的重難點和關(guān)鍵節(jié)點，提升了施工質(zhì)量，避免了安全隱患，加快了施工進度。

5 結(jié) 論

三向預(yù)應(yīng)力現(xiàn)澆渡槽具有槽身厚度小、異形結(jié)構(gòu)多、施工難度大、工藝復(fù)雜等特點，為保證施工質(zhì)量、節(jié)省投資、縮短工期，研究提出了大型現(xiàn)澆渡槽過水?dāng)嗝鏌o穿墻拉桿模板技術(shù)，解決了過水?dāng)嗝嬉蚶瓧U孔洞造成滲水質(zhì)量和施工進度滯后等問題。

（1）結(jié)合傳統(tǒng)的槽壁對拉桿模板存在的問題和施工經(jīng)驗，提出了外側(cè)模桁架支撐加固體系，減少了混凝土施工縫的產(chǎn)生和對拉精軋螺紋鋼的數(shù)量，避免了槽壁因?qū)自斐傻穆┧|(zhì)量隱患，提高了混凝土實體工程質(zhì)量，改善了混凝土外觀質(zhì)量。

（2）結(jié)合施工先例和無穿墻拉桿模板技術(shù)研究內(nèi)容，提出了“臺車+鋼?！斌w系，減少了拆卸內(nèi)模板的工序步驟，加快了模板周轉(zhuǎn)施工的時間和整體渡槽施工進度，提高了渡槽槽壁澆筑質(zhì)量。

（3）利用BIM技術(shù)對模板和臺車結(jié)構(gòu)進行深化設(shè)計，并且對現(xiàn)澆渡槽支撐架搭設(shè)、模板安裝拆卸、混凝土澆筑等重要工序進行仿真模擬和優(yōu)化。利用邁達(dá)斯Civil有限元分析軟件對現(xiàn)澆渡槽模板支撐體系進行受力分析，分析表明，模板分塊合理、加固安全方便，確保了模板支撐體系穩(wěn)定和渡槽安全施工。

參考文獻：

[1] 湖北省水利水電規(guī)劃勘察設(shè)計院. ?鄂北地區(qū)水資源配置工程2016年第3標(biāo)段渡槽槽身預(yù)應(yīng)力混凝土施工技術(shù)要求[R]. 武漢：湖北省水利水電規(guī)劃勘察設(shè)計院，2016.

[2] JGJ 162-2008 建筑施工模板安全技術(shù)規(guī)范[S].

[3] JGJ 166-2016 建筑施工碗口式鋼管腳手架安全技術(shù)規(guī)范[S].

[4] GB 50009-2012 ?建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范[S].

（編輯：李曉濛）