屈 斌

水利工程弧形結(jié)構(gòu)一次性成型圓弧質(zhì)量控制技術(shù)

屈 斌

（上海市水利工程集團有限公司，上海 201612）

采用弧形結(jié)構(gòu)一次性成型圓弧控制技術(shù)目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)不足帶來的后續(xù)安裝影響，對常規(guī)施工技術(shù)進行優(yōu)化、創(chuàng)新，提供一種施工工藝簡單、安全穩(wěn)定、精準控制、成本低、技術(shù)新穎的大直徑弧形結(jié)構(gòu)一次性成型技術(shù)，降低模板上浮、變形，保證圓弧弧面位置以及圓弧曲率的精度，獲得良好的弧面外觀質(zhì)量，有較高的推廣價值和經(jīng)驗借鑒。

弧形結(jié)構(gòu)；圓弧曲率；一次性成型；角鋼；控制技術(shù)

0 前言

現(xiàn)如今水利工程越來越追求外形的新穎、美觀，在設(shè)計上采用弧形、不規(guī)則結(jié)構(gòu)突出亮點，努力突破，實現(xiàn)超越，打造功能與造型于一體的時代工程，但這種帶弧形、不規(guī)則結(jié)構(gòu)的支模給施工造成較大的難度，定制鋼模雖能滿足結(jié)構(gòu)施工要求，但對鋼模支撐強度要求高，一次性成本投入比較大，周轉(zhuǎn)利用率低，給工程管理帶來較大的成本控制壓力。從而提出一種弧形結(jié)構(gòu)一次性成型圓弧質(zhì)量控制技術(shù)來彌補定制鋼模工藝上的不足。

1 引用工程概況背景

某水利工程閘門采用上下翻轉(zhuǎn)弧形鋼閘門，閘室底板設(shè)計為折線型并于中部設(shè)弧形凹槽結(jié)構(gòu)，以便弧形閘門下臥、上翻運行，弧形凹槽縱向?qū)挾?2m，圓弧半徑R5700mm,弧長9655mm,弦長8541mm,弧深1925mm，弧底距墊層2075mm。

2 圓弧質(zhì)量對弧形閘門運行的影響

底板弧形結(jié)構(gòu)的圓弧質(zhì)量是翻轉(zhuǎn)式弧形閘門運行的關(guān)鍵，當(dāng)圓弧曲率大于設(shè)計時會使弧形閘門運行行程中途受阻，閘門受障礙點阻擋后受力不均，液壓啟閉機壓力劇增，門體將產(chǎn)生扭剪破壞；而圓弧曲率小于設(shè)計要求時，閘門雖能正常運行，但門葉與底板之間因空隙偏大而漏水，除圓弧曲率外，脹模、錯臺也是弧形結(jié)構(gòu)質(zhì)量控制的內(nèi)容，對弧形閘門的運行產(chǎn)生實質(zhì)影響。

3 弧形結(jié)構(gòu)圓弧質(zhì)量控制的關(guān)鍵內(nèi)容

弧形結(jié)構(gòu)圓弧控制目的是在結(jié)構(gòu)上保證弧形閘門安全可靠的運行。由于弧形閘門在弧形結(jié)構(gòu)上繞支鉸門軸翻轉(zhuǎn)運行，圓弧曲率必須與弧形閘門門體弧度保持一致，弧形結(jié)構(gòu)施工錯臺明顯，極易使泥沙在弧形結(jié)構(gòu)內(nèi)沉積而板結(jié)，影響弧形閘門的開啟、運行，而弧形結(jié)構(gòu)改變了過水?dāng)嗝嫠鞣较?，水流及流體中砂顆粒對弧面產(chǎn)生沖刷作用，保護層厚度不足降低對鋼筋的防銹蝕保護，因此，弧形結(jié)構(gòu)圓弧曲率、保護層厚度、表面質(zhì)量應(yīng)作為弧形結(jié)構(gòu)圓弧質(zhì)量控制的關(guān)鍵內(nèi)容。

4 底板弧形結(jié)構(gòu)工藝方案選擇

弧形結(jié)構(gòu)工藝繁多，鋼模工藝用于等截面結(jié)構(gòu)，現(xiàn)場拼裝簡單、拆模后外觀質(zhì)量較好、周轉(zhuǎn)使用率高，但一次性投入成本高、現(xiàn)場可加工性較差、單塊重量大、拼裝精度要求高、對支撐強度要求高，而竹膠木模除具備鋼模工藝的優(yōu)點外，彌補了鋼模工藝上的諸多不足，可隨現(xiàn)場變化靈活調(diào)整，能在模板上任意開設(shè)工藝孔，減輕了對底板支撐的承載能力。

由于弧形結(jié)構(gòu)圓弧長，采用鋼吊模，弧形結(jié)構(gòu)底部質(zhì)量不易保證，定制的大直徑鋼模不能周轉(zhuǎn)利用，工藝上不經(jīng)濟，圓弧內(nèi)設(shè)計有二期結(jié)構(gòu)，混合加固難度大，經(jīng)過工藝方案對比分析，通過對竹膠木模工藝進行技術(shù)改良，選擇竹膠木模工藝更有利于弧形結(jié)構(gòu)的施工，在保證弧形結(jié)構(gòu)質(zhì)量的條件下，實現(xiàn)工藝方案選擇的經(jīng)濟合理性。

5 弧形結(jié)構(gòu)圓弧工藝技術(shù)

5.1 弧形結(jié)構(gòu)圓弧放樣

在底板墊層上測放出弧形結(jié)構(gòu)縱向中心線及圓弧邊界線，在計算機上畫出弧形結(jié)構(gòu)圓弧及弦長，從弦長中心點向兩側(cè)每隔500mm繪制垂直與弦長的線連接于圓弧，根據(jù)每條垂弦長度在墊層上彈出圓弧線，以此作為控制圓弧上各點高程的依據(jù)，圓弧段角鋼支撐立柱長度滿足支撐高度要求，將彎曲成型的圓弧鋼筋綁扎于支撐架上，采用現(xiàn)場定制的弧形模板樣尺對弧形結(jié)構(gòu)的圓弧曲率及保護層厚度進行套靠檢驗。

圖1 弧形結(jié)構(gòu)圓弧墊層放樣

5.2 弧面模板設(shè)計與安裝

選用2440*1220*14mm竹膠板對弧面進行技術(shù)設(shè)計，利用模板長邊易于彎曲的性能,將模板長邊垂直于弧面鋪設(shè)，∟40*40等邊角鋼根據(jù)模板鋪設(shè)位置進行安裝，按照邊距100mm、中距750mm設(shè)置五道角鋼支撐模板，使模板在拉結(jié)緊固作用下緊貼于角鋼之上，由于角鋼外挑板彎曲弧度難以達到弧形結(jié)構(gòu)的設(shè)計要求，應(yīng)予以控制其長度，使弧形結(jié)構(gòu)圓弧一次性成型。

5.3 結(jié)構(gòu)保護層設(shè)計與控制

弧形結(jié)構(gòu)混凝土保護層厚度為40mm,為了能準確控制弧形結(jié)構(gòu)保護層厚度，減少與模板的接觸面積，利用角鋼寬度等于保護層厚度，安裝熱鍍鋅∟40*40等邊角鋼控制其厚度，解決預(yù)制墊塊接觸面積大、分布不均勻?qū)е碌幕∶娼Y(jié)構(gòu)外觀缺陷以及保護層厚度不足。

5.4 圓弧模板加固工藝優(yōu)化

為使弧面模板加固成整體，提高弧形結(jié)構(gòu)圓弧施工質(zhì)量，次愣木方平行模板短邊通長布置，先在木方上進行模板短邊拼縫，再按照150~200mm間距擺放，木方長度方向重復(fù)搭接1000mm，通長木方之間沿模板長邊拼縫處采用750mm短木方加密補強，以防止模板拼縫處產(chǎn)生錯臺；由于采用Φ48鋼管加固弧形結(jié)構(gòu)，預(yù)彎精準度很難與結(jié)構(gòu)弧度一致，而鋼筋在外力作用下能彎至預(yù)設(shè)弧度，故采用兩根Φ22螺紋鋼進行模板系統(tǒng)加固。

圖2 弧形模板加固示意圖

5.5 圓弧模板抗浮穩(wěn)定措施

弧面模板面積大且呈凹形，隨著混凝土液面與弧面模板接觸面積增加，對模板產(chǎn)生的浮托力就越大，為提高弧形結(jié)構(gòu)模板的抗浮能力，除采用合理的澆筑工藝降低對模板的浮托力外，應(yīng)加大弧面模板加固拉桿直徑，并與PHC管樁樁頂法蘭盤焊接形成固定拉結(jié)點，模板側(cè)采用雙螺帽增大緊固長度，提高加固螺桿的抗拉拔能力。

6 弧形結(jié)構(gòu)弧面施工質(zhì)量控制

6.1 角鋼安裝與控制

在弧形結(jié)構(gòu)內(nèi)安裝∟40*40等邊角鋼能精準控制保護層厚度、圓弧曲率，應(yīng)根據(jù)角鋼安裝位置控制其安裝方向，按1000mm間距在鋼筋上焊接短鋼筋支撐，根據(jù)每道角鋼的高程采用短鋼筋帶線焊接角鋼，角鋼必須向弧平裝，避免弱三角區(qū)的形成，縱向接長采用對接焊接，等邊角鋼的安裝位置和高程采用弧形樣尺檢驗與設(shè)計的符合性。

圖3 弧形結(jié)構(gòu)角鋼安裝實例圖

6.2 弧面模板工藝優(yōu)化

在弧形結(jié)構(gòu)模板表面鋪訂2mm新型高透明PC板，能提高弧面光潔度，消除模板拼縫印記。PC板根據(jù)模板鋪設(shè)位置于模板下錯開拼縫預(yù)先鋪設(shè),不得相互壓蓋，鋪設(shè)長度根據(jù)圓弧長度下料，由內(nèi)向外、中間向兩端將PC板趕平，采用釘槍按雙向300mm間距梅花狀釘固于模板表面，沿PC板縱向拼縫用透明膠帶黏貼封縫，實現(xiàn)弧面無模板印記的觀感質(zhì)量。

6.3 弧面質(zhì)量控制技術(shù)

弧形結(jié)構(gòu)施工操作難度較大，為保證弧面的施工質(zhì)量，根據(jù)澆筑工藝方案預(yù)先在弧面模板上開設(shè)150*150mm布料孔、100*100mm振搗孔，弧底中部布置振搗孔，布料孔與振搗孔錯排布置，分別在弧底振搗孔兩側(cè)開布料孔，布料孔與振搗孔縱向間距為2m,布料孔可兼做振搗孔用，開孔切出的小塊模板隨手釘在工藝孔附近，以便復(fù)位取用，最后采用Φ6mm鉆頭在模板上鉆排氣孔以排除吸附在弧形模板上氣泡。

6.4 澆筑工藝控制

通過制定合理的澆筑方法減小混凝土對弧形結(jié)構(gòu)圓弧模板的浮托力，使弧形結(jié)構(gòu)底部易于密實。當(dāng)混凝土澆筑至距弧形結(jié)構(gòu)底部小于300mm時停止?jié)仓脑诨⌒文０宀剂峡紫铝?，直至混凝土從弧形模板底部振搗孔溢出為宜，隨手將釘固在工藝孔附近的小塊模板復(fù)位，改變布料管的澆筑方向逐漸向外推進，避免在模板底部形成鍋底狀，對稱澆筑，隨澆筑方向由下而上進行振搗，以利氣泡趕出，人工及時用皮錘沿弧面輕擊模板判斷模下密實程度。

7 圓弧模板的變形監(jiān)測

為掌握圓弧模板在澆筑期間的變化，在弧形結(jié)構(gòu)模板上設(shè)四個監(jiān)測斷面，每個監(jiān)測斷面安裝三個監(jiān)測點，使用水準儀測得各監(jiān)測點的初始數(shù)據(jù)，當(dāng)混凝土澆筑過程中的監(jiān)測數(shù)據(jù)大于監(jiān)測點的初始值并繼續(xù)變化時，應(yīng)停止?jié)仓鳂I(yè)，并采取下排上壓措施緊固對拉螺栓使模板調(diào)整至安裝位置，澆筑過程中應(yīng)加強監(jiān)測頻率，直至模板變化趨于穩(wěn)定。

8 弧形結(jié)構(gòu)技術(shù)應(yīng)用效果

弧形結(jié)構(gòu)一次性成型控制技術(shù)工藝簡單，通過多項技術(shù)設(shè)計，對弧形結(jié)構(gòu)實體質(zhì)量有顯著的，使用后的材料利用率達90%，降低了施工成本，施工操作方便，準確的控制弧形結(jié)構(gòu)的圓弧曲率和保護層厚度，通過技術(shù)優(yōu)化消除了模板拼縫在弧形結(jié)構(gòu)表面印記，無縫成型，弧形結(jié)構(gòu)表面平整、光滑，有效預(yù)防了常規(guī)施工可能出現(xiàn)的蜂窩、麻面、表面裂縫等缺陷，減少了拆模后的修補處理工作，提高了弧形結(jié)構(gòu)一次性成型質(zhì)量。

9 結(jié)束語

弧形結(jié)構(gòu)在水利工程結(jié)構(gòu)設(shè)計中是非常常見的一種結(jié)構(gòu)，具有弧形曲線長度大、陰陽角順直度以及弧面圓滑度不易控制的特點，已成為弧形結(jié)構(gòu)施工的控制重點與難點，弧形結(jié)構(gòu)采用綜合施工技術(shù)，通過工藝優(yōu)化，改進弧形結(jié)構(gòu)一次性成型控制技術(shù)，利用計算機設(shè)計輔助弧形模板放樣和圓弧曲率的控制，能達到弧形結(jié)構(gòu)的質(zhì)量控制效果，并對弧形結(jié)構(gòu)施工降本增效較為明顯，有較高的推廣與應(yīng)用價值，為今后類似弧形結(jié)構(gòu)的施工提供技術(shù)參考和經(jīng)驗借鑒。

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屈斌（1988.03- ），男，漢族，安徽合肥人，本科，工程師，上海市水利工程集團有限公司，研究方向：水利工程技術(shù)。

S210

A

1007-6344（2021）04-0226-02