華耀沛

（河南省水利第一工程局，河南 鄭州 450000）

0 前言

現(xiàn)階段，在國(guó)內(nèi)水利工程領(lǐng)域相關(guān)項(xiàng)目的施工作業(yè)過(guò)程中，工程建筑物對(duì)外觀造型的新穎以及美觀的要求越來(lái)越高，相關(guān)設(shè)計(jì)單位的設(shè)計(jì)人員在項(xiàng)目工程的外觀規(guī)劃設(shè)計(jì)過(guò)程中，多數(shù)情況下會(huì)采用弧形構(gòu)造或者不規(guī)則的幾何形狀的構(gòu)造來(lái)突出其設(shè)計(jì)特色，最大限度地實(shí)現(xiàn)造型上的突破和創(chuàng)新。努力打造集功能和造型美觀于一身的工程，但是帶有較大弧形造型或者不規(guī)則幾何構(gòu)造的支模過(guò)程在實(shí)際操作過(guò)程中施工較難，特別定制的鋼質(zhì)模具雖然可以滿足相關(guān)結(jié)構(gòu)的操作需求，但是上述施工模式在支撐過(guò)程中對(duì)鋼質(zhì)模具的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)要求較高，一次性資金投入的成本壓力較大，并且模具的通用性較差，很難實(shí)現(xiàn)多次重復(fù)利用，項(xiàng)目成本難以把控。因此，在工程實(shí)踐中，相關(guān)工程技術(shù)人員采用了一類弧形的單次一體成型圓弧質(zhì)量的控制技術(shù)來(lái)彌補(bǔ)特殊定制的鋼質(zhì)工藝方法中的缺陷。

1 項(xiàng)目工程的背景介紹

某地水利工程中的閘門應(yīng)用了上下方向翻轉(zhuǎn)的弧形結(jié)構(gòu)的鋼質(zhì)閘門設(shè)計(jì)，閘室的底板是一種折線類型并且在中間位置設(shè)置成弧形的凹槽構(gòu)造，方便弧形狀態(tài)的閘門進(jìn)行下行與上翻的運(yùn)行動(dòng)作，弧形構(gòu)件的凹槽的縱向?qū)挾葹?22 500 mm，圓弧構(gòu)件的半徑為 R 5 750 mm，弧長(zhǎng)R 5 750 mm，弦長(zhǎng)為8 545 mm，弧深數(shù)值為1 945 mm，弧底距離基礎(chǔ)墊層的距離為2 095 mm。

2 工程測(cè)量技術(shù)

工程結(jié)構(gòu)測(cè)量作業(yè)是相關(guān)工程施工作業(yè)的首道工序，測(cè)量操作的效果關(guān)系到整體工程的最終品質(zhì)，影響到工程項(xiàng)目的平面位置、外觀尺寸以及標(biāo)高等指標(biāo)是否滿足規(guī)劃設(shè)計(jì)的相關(guān)要求。工程技術(shù)人員需要高度重視工程項(xiàng)目的測(cè)量操作。常規(guī)的建筑物造型多數(shù)為方形等規(guī)則圖形，外觀相對(duì)簡(jiǎn)單，該文中出現(xiàn)的圓弧形結(jié)構(gòu)，需要工作人員針對(duì)其測(cè)量施工相關(guān)技術(shù)進(jìn)行深入研究。

2.1 直接拉線方法

該方法適用于圓弧形結(jié)構(gòu)的半徑相對(duì)較小的狀況。確定出圓弧構(gòu)造的圓心位置，安裝控制樁。圓心位置的控制樁設(shè)置包括以下3個(gè)步驟：1）控制樁的安裝需要相對(duì)牢固可靠，樁點(diǎn)位置比較堅(jiān)固。2）使用鋼尺以樁點(diǎn)位置為中心劃弧，鋼尺的松緊程度保持一致，半徑較大的情況下可應(yīng)用力矩尺進(jìn)行輔助。3）對(duì)圓心樁進(jìn)行保護(hù)并安裝引樁構(gòu)件。

2.2 直接放樣方法

直接放樣方法也可以稱作矢高分解方法，指的是在作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)直接測(cè)量設(shè)置出圓弧形平面結(jié)構(gòu)的大體圖形結(jié)構(gòu)。現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量放線過(guò)程中不需要進(jìn)行任何相關(guān)的計(jì)算過(guò)程。

2.3 坐標(biāo)計(jì)算方法

該方法適合半徑較大的圓弧構(gòu)造的測(cè)量放線過(guò)程，半徑比較大，圓心距離建筑主體較遠(yuǎn)，不能直接使用上述方法實(shí)施測(cè)量時(shí)，就可以使用該方法進(jìn)行測(cè)量。坐標(biāo)計(jì)算方法可以將弦長(zhǎng)當(dāng)成矢高基準(zhǔn)線，弦長(zhǎng)的中垂直線為對(duì)稱軸，弦長(zhǎng)上每隔1.5 m設(shè)置對(duì)稱軸的平行線與圓弧交匯，每隔 1.5 m 位置的矢高數(shù)值可用圓弧和三角函數(shù)關(guān)系式得到。

3 圓弧構(gòu)造的品質(zhì)對(duì)于弧形閘門運(yùn)行過(guò)程的影響

在該工程項(xiàng)目中，位于面部分的弧形結(jié)構(gòu)位置的圓弧建造質(zhì)量是該翻轉(zhuǎn)形式弧形閘門可以平穩(wěn)運(yùn)行的重要影響因素，如果圓弧結(jié)構(gòu)部分的曲率大于規(guī)劃設(shè)計(jì)的尺寸，將會(huì)導(dǎo)致弧形閘門裝置在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)受到相關(guān)結(jié)構(gòu)的影響，閘門部分受到阻礙后會(huì)出現(xiàn)受力不平衡的情況，導(dǎo)致液壓開啟以及閉合機(jī)構(gòu)的壓力大幅度上升，門體部分可能出現(xiàn)扭曲；如果出現(xiàn)圓弧結(jié)構(gòu)的曲率小于規(guī)劃設(shè)計(jì)的需要的情況時(shí)，盡管閘門裝置可以正常地運(yùn)行，但是由于門葉和基礎(chǔ)底板間的空隙過(guò)大所以會(huì)出現(xiàn)漏水的情況，除了閘門裝置的圓弧部分曲率之外，模具的膨脹、地臺(tái)的錯(cuò)位也是影響相關(guān)弧形構(gòu)造品質(zhì)的主要環(huán)節(jié)，這些因素對(duì)弧形結(jié)構(gòu)閘門的運(yùn)動(dòng)造成了很大的影響[1]。

4 影響弧形構(gòu)造品質(zhì)的要素

提高弧形構(gòu)造的品質(zhì)的主要目的是在相關(guān)裝置的結(jié)構(gòu)上確?；⌒蔚拈l門可以安全穩(wěn)定地運(yùn)行?；⌒谓Y(jié)構(gòu)的閘門在弧形結(jié)構(gòu)上圍繞著支鉸的門軸部件進(jìn)行翻轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，圓弧結(jié)構(gòu)的曲率數(shù)值需要最大限度地接近弧形的閘門裝置的弧度，通常來(lái)講，在施工作業(yè)過(guò)程中地臺(tái)錯(cuò)位的情況是比較明顯的，容易導(dǎo)致泥沙等雜物在相關(guān)的弧形構(gòu)造內(nèi)部出現(xiàn)沉積進(jìn)而板結(jié)固化，這樣的情況會(huì)給弧形閘門裝置的開啟以及運(yùn)行過(guò)程帶來(lái)較大的不利影響，而相關(guān)的弧形構(gòu)造影響了系統(tǒng)內(nèi)部過(guò)水剖面的水流行進(jìn)方向，水系以及流體內(nèi)部的中砂石顆粒也會(huì)對(duì)弧面構(gòu)造造成侵蝕以及沖擊的影響，長(zhǎng)久以來(lái)就會(huì)減小閘門裝置保護(hù)層的厚度，降低對(duì)鋼筋部分防止銹蝕的保護(hù)作用，因此，弧形構(gòu)造部分的圓弧曲率數(shù)值、表面的保護(hù)層的厚度尺寸以及部件的表面品質(zhì)必須作為提高弧形構(gòu)造部件品質(zhì)的核心要素。

5 底板部分弧形構(gòu)造的工藝方法選取

由于弧形構(gòu)造涉及的工藝方法種類較多，鋼質(zhì)模具的工藝通常適用在等截面的構(gòu)件的工況之下。該情況下，現(xiàn)場(chǎng)的拼裝任務(wù)相對(duì)簡(jiǎn)便、模具拆除之后構(gòu)件的外觀品質(zhì)比較理想，模具的通用性較好，重復(fù)適用率較高，然而該工藝一次性投資相對(duì)較高，施工現(xiàn)場(chǎng)的容錯(cuò)能力比較差，單體結(jié)構(gòu)部件的重量較大，拼裝過(guò)程中的尺寸精度執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)相對(duì)較高，對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)支撐結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度要求也比較高。竹膠材質(zhì)的木模結(jié)構(gòu)，除了具備鋼質(zhì)模具的優(yōu)良工藝特點(diǎn)之外，能夠有效彌補(bǔ)鋼質(zhì)模具工藝流程中的某些缺陷和不足，能夠隨著施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況進(jìn)行靈活的調(diào)節(jié)與改進(jìn)，可以在模板上隨意為位置設(shè)計(jì)工藝過(guò)孔，減少了基礎(chǔ)底板支撐部分的承載壓力。因?yàn)榛⌒螛?gòu)造圓弧長(zhǎng)度應(yīng)用鋼質(zhì)吊模形式，所以弧形構(gòu)造基礎(chǔ)底部的施工品質(zhì)很難達(dá)標(biāo)。由于特殊定制的大直徑尺寸鋼質(zhì)模具互換性不好無(wú)法重復(fù)利用，所以應(yīng)用該方法成本較高。圓弧構(gòu)造內(nèi)部規(guī)劃設(shè)計(jì)了二期構(gòu)造，施工難度較大，通過(guò)對(duì)于工藝方法的比較與研究，相關(guān)工程技術(shù)人員對(duì)竹膠木模工藝方法實(shí)施技術(shù)進(jìn)行了改造，此時(shí)選取竹膠木模工藝方法更加方便弧形構(gòu)造裝置進(jìn)行施工作業(yè)，在確?；⌒螛?gòu)造形狀品質(zhì)的前提下，也滿足了工藝方案法選取符合經(jīng)濟(jì)性工藝的相關(guān)要求[2]。

6 弧形構(gòu)造部分圓弧形狀工藝方法

6.1 弧形構(gòu)造圓弧形狀放樣研究

在基礎(chǔ)底板墊層表面進(jìn)行測(cè)量并且放樣，形成弧形構(gòu)造橫向中線以及圓弧構(gòu)造的邊界線，在電腦上繪制弧形構(gòu)造的圓弧形狀以及弦長(zhǎng)，由弦長(zhǎng)中點(diǎn)向兩端每間隔 550 mm繪出垂直于弦長(zhǎng)的直線，連接于圓弧線，依據(jù)全部垂直弦長(zhǎng)度尺寸在基礎(chǔ)墊層上繪制出圓弧線，將該圓弧線作為把控圓弧上所有點(diǎn)高度的依據(jù)，圓弧部分角鋼支撐立柱長(zhǎng)度尺寸符合相關(guān)支撐高度的技術(shù)要求，把已經(jīng)彎曲成形的圓弧形狀鋼筋固定在支持框架上，使用現(xiàn)場(chǎng)特殊定制的圓弧形狀模具樣尺對(duì)于弧形構(gòu)造的圓弧部分曲率半徑以及結(jié)構(gòu)保護(hù)層厚度尺寸實(shí)施套靠校核。弧形構(gòu)造圓弧墊層放樣如圖1所示。

圖1 弧形構(gòu)造圓弧墊層放樣

6.2 圓弧表面模板規(guī)劃設(shè)計(jì)與安裝固定

相關(guān)工程技術(shù)人員采用2445 mm×1225 mm×15.5 mm竹膠模板對(duì)圓弧表面實(shí)施規(guī)劃設(shè)計(jì)，應(yīng)用模板較長(zhǎng)一邊容易彎曲的特性，把模板長(zhǎng)邊垂直于圓弧表面進(jìn)行埋設(shè)，45 mm×45 mm等邊結(jié)構(gòu)的角鋼依據(jù)模板埋設(shè)區(qū)域?qū)嵤┌惭b，根據(jù)兩邊距離105 mm、中心線距離 755 mm安裝五層角鋼支護(hù)模板，保證模板在緊固裝置的作用下緊靠于角鋼表面，因?yàn)榻卿撏鈱犹舭宓膹澢《葻o(wú)法滿足弧形構(gòu)造的技術(shù)要求，所以必須嚴(yán)格控制其使用長(zhǎng)度，保證弧形構(gòu)造的圓弧結(jié)構(gòu)單次一體成型。

6.3 相關(guān)結(jié)構(gòu)保護(hù)層位置規(guī)劃設(shè)計(jì)及其把控

弧形構(gòu)造水泥混凝土材質(zhì)保護(hù)層厚度通常是45 mm，為了精確地控制弧形構(gòu)造相關(guān)保護(hù)層結(jié)構(gòu)的尺寸，有效減少和模板的實(shí)際接觸區(qū)域的面積，應(yīng)用角鋼寬度數(shù)值要與護(hù)層厚度數(shù)值相等，設(shè)置熱鍍鋅45 mm×45 mm等邊結(jié)構(gòu)的角鋼把控保護(hù)層厚度，可以應(yīng)對(duì)預(yù)制墊板實(shí)際接觸面積較大及排布不平衡造成的弧面構(gòu)造表面缺陷及保護(hù)層厚度尺寸不合格的情況。

6.4 圓弧形狀模板固定工藝方法優(yōu)化措施

相關(guān)工程技術(shù)人員為了實(shí)現(xiàn)弧形表面模板固定成整體結(jié)構(gòu)，大幅度提升弧形構(gòu)造圓弧尺寸施工作業(yè)品質(zhì)的目的，通長(zhǎng)方木采用平行于模板較短區(qū)域?qū)崿F(xiàn)布置的解決方案，首先在木方結(jié)構(gòu)上實(shí)施模板較短區(qū)域的接縫操作，然后依照155 mm～225 mm間距進(jìn)行排布，木方構(gòu)件的長(zhǎng)度尺寸方向重復(fù)拼接尺寸為 1 050 mm，模板拼縫位置一般情況下通長(zhǎng)木方間沿著模板較長(zhǎng)區(qū)域搭縫位置使用755 mm短木方加強(qiáng)密度排布，用來(lái)避免模板接縫位置出現(xiàn)錯(cuò)臺(tái)現(xiàn)象，通過(guò)Φ16 mm的對(duì)拉螺栓和Φ22 mm弧形加固筋固定“L”型等邊角鋼；因?yàn)槭褂忙?0 mm圓弧鋼筋部件對(duì)于弧形構(gòu)造進(jìn)行加固處理，預(yù)先彎曲精度無(wú)法與結(jié)構(gòu)弧度相等，然而鋼筋部分可以在外在載荷的作用下能夠彎曲達(dá)到設(shè)計(jì)形狀的要求，配合14 mm竹膠板和2 mm新型PC板進(jìn)行固定，所以應(yīng)用兩段 Φ25 mm圓弧鋼筋造實(shí)施模板構(gòu)件的加固操作，弧形模板加固示意圖如圖2所示。

圖2 弧形模板加固示意圖

6.5 圓弧模板抗浮穩(wěn)固方法

圓弧形狀模板結(jié)構(gòu)尺寸較大并且呈現(xiàn)凹形，隨著水泥混凝土表面和弧形表面模板實(shí)際接觸面積的增加，針對(duì)模板作用的浮托力就相應(yīng)增大，為了提升弧形構(gòu)造模板的抗浮效果，除了使用科學(xué)的灌筑工藝方法減少水泥混凝土對(duì)于模板的浮托力以外，還需要增大圓弧模板固定支撐桿的半徑尺寸，并且和CPH管樁頂部法蘭通過(guò)焊接的方法構(gòu)成固定位置的拉結(jié)點(diǎn)，模板一側(cè)應(yīng)用雙螺帽結(jié)構(gòu)加大緊固構(gòu)件的長(zhǎng)度尺寸，大幅度提升緊固螺桿的抵抗拉拔效果。

7 弧形構(gòu)造弧形表面成型品質(zhì)把控研究

7.1 角鋼部件的設(shè)置及把控

一般情況下，在弧形構(gòu)造內(nèi)進(jìn)行設(shè)置安裝45 mm×45 mm規(guī)格的等邊角鋼可以準(zhǔn)確地控制相關(guān)裝置所需的保護(hù)層厚度尺寸以及圓弧形狀部分的曲率半徑的數(shù)值，現(xiàn)場(chǎng)操作過(guò)程中，操作人員需要依據(jù)角鋼安裝排布的具體情況和位置把控其設(shè)置方向，采用1 050 mm的間隔尺寸在鋼筋部件表面的焊接短鋼筋作為支撐結(jié)構(gòu)，并且根據(jù)每根角鋼的實(shí)際高程數(shù)值使用短鋼筋對(duì)角鋼進(jìn)行操作，角鋼部件需要隨著弧度進(jìn)行平裝，防止弱三角區(qū)域的產(chǎn)生，縱向方向的搭接長(zhǎng)度使用對(duì)接的焊接方法，等邊角鋼的設(shè)置區(qū)域及高程數(shù)值使用弧形樣板來(lái)校驗(yàn)其和規(guī)劃設(shè)計(jì)情況是否一致?！癓”型等邊角鋼與焊接筋的搭接關(guān)系如圖3所示。

圖3 弧形構(gòu)造角鋼設(shè)置實(shí)例圖

7.2 弧面形狀的模板的工藝方法優(yōu)化

在弧形構(gòu)造的模板的表面設(shè)置規(guī)格為2.5 mm新型的透明度較高 PC 板，可以提升圓弧表面的光潔程度，最大限度地淡化模板拼縫痕跡。PC 板按照模板定位在模板下避讓拼縫位置進(jìn)行預(yù)先安裝，避免互相壓蓋，安裝長(zhǎng)度依據(jù)圓弧形長(zhǎng)度確定，由里到外，中間到兩側(cè)把PC 板攤平，應(yīng)用釘槍依照雙向305 mm間距尺寸使用梅花狀鋼釘固在模板上，沿著 PC 板縱向接縫使用透明膠帶封縫，達(dá)到弧面無(wú)印記的外觀品質(zhì)。

7.3 弧面質(zhì)量控制技術(shù)

弧形構(gòu)造的現(xiàn)場(chǎng)操作難度較高，為了提高弧面的外觀品質(zhì)，根據(jù)灌注的相關(guān)工藝方法事先在模板上開出155 mm×155 mm的上料孔、105 mm×105 mm的搗振孔，在弧形結(jié)構(gòu)的底部及中部設(shè)置搗振孔，上料孔和搗振孔錯(cuò)開布置。在圓弧結(jié)構(gòu)的底部的搗振孔兩邊開出上料孔，上料孔和搗振孔縱向的間距設(shè)置為2 500 mm，上料孔也可以兼具搗振孔使用，開孔切出的小塊材料固定在工藝孔周圍，方便復(fù)位的時(shí)候取用，最后使用Φ8.5 mm鉆頭在模板表面開出排氣孔用來(lái)去除弧形模板上方的氣泡。

8 圓弧形狀模板的形變情況監(jiān)控

相關(guān)工程技術(shù)人員為了了解圓弧形狀的模板在灌注階段的形狀改變量，在弧形構(gòu)造模板上排布了4個(gè)監(jiān)控?cái)嗝妫械谋O(jiān)控?cái)嗝婢O(shè)置3個(gè)監(jiān)控位置，應(yīng)用相關(guān)儀器測(cè)得各監(jiān)控位置的原始參數(shù)信息，當(dāng)水泥混凝土灌注過(guò)程中的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)大于監(jiān)控位置的原始數(shù)值并且連續(xù)改變時(shí)，需要立即暫停灌注工作，用下排以及上壓的方案對(duì)拉螺栓進(jìn)行緊固，使模板回調(diào)到適當(dāng)?shù)陌惭b區(qū)域。在灌注進(jìn)程中，需要強(qiáng)化監(jiān)控作業(yè)的頻率，直到模板的改變量達(dá)到穩(wěn)定的情況[3]。

9 弧形構(gòu)造技術(shù)實(shí)際效果

弧形構(gòu)造單次一體成型的控制方案執(zhí)行簡(jiǎn)便，能夠改善弧形構(gòu)造的品質(zhì)，應(yīng)用該方案后，材料的利用率可達(dá)92.5%，降低了成本并且操作簡(jiǎn)便，控制弧形構(gòu)造的圓弧的曲率半徑及保護(hù)層厚度，降低了拆模以后修補(bǔ)的工作量，提升了弧形構(gòu)造單次成型的品質(zhì)。

10 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，弧形構(gòu)造在水利工程規(guī)劃設(shè)計(jì)過(guò)程中屬于一類常規(guī)的構(gòu)造形式，其具有弧形曲線長(zhǎng)度較大、陰角和陽(yáng)角順直程度及弧面圓滑程度控制較難的特性，是弧形構(gòu)造施工過(guò)程中的難點(diǎn)，弧形構(gòu)造使用的是綜合性作業(yè)技術(shù)，通過(guò)弧形構(gòu)造的單次一體成型控制相關(guān)技術(shù)，結(jié)合計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)弧形的模板放樣及圓弧的曲率半徑的把控，可以提升弧形構(gòu)造的品質(zhì)，降低施工成本，有較強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值與推廣價(jià)值。