大型双向预应力倒虹吸施工技术六.doc
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1、大型双向预应力倒虹吸施工技术中铁十三局集团第六工程公司 刘战辉 刘恬夫内容提纲: 结合工程实例,介绍了大型双向预应力砼倒虹吸的施工方案、施工工艺及综合配套技术。对以后同类倒虹吸的施工具有一定的借鉴作用。关 键 词:预应力 倒虹吸 混凝土 布料机 内衬台车 防水螺栓 1.工程概况南水北调中线直管项目八标界河倒虹吸工程位于河北省满城县尉公村东北1.0km的界河上,界河渠道倒虹吸工程由倒虹吸管身段、出口闸室段以及出口渐变段三部分组成,建筑物总长度420m。重要工程量混凝土28105m3,钢筋混凝土661m3,钢绞线584t。倒虹吸管身为两孔一联的预应力钢筋混凝土箱涵,单孔过水断面尺寸为6.5m6.5
2、m(宽高),顶板、中墙、边墙厚度均为1.0m,底板厚度为1.1m。预应力钢筋为双向布置,底板、顶板横向布置,边墙、中墙竖向布置。预应力钢筋为钢绞线,底板、顶板、边墙及中墙均为双排预应力钢绞线布置,距混凝土面层为200mm,钢绞线间距450mm。预应力钢绞线均为单相张拉,底板、顶板为间隔反向张拉,边墙、中墙同向向上张拉。倒虹吸管身段总长度315m,共分23个管节,管身段混凝土工程量共计17100m3,钢筋工程量共计1150t,预应力钢绞线584t。出口闸室段20m,两孔一联钢筋混凝土结构,单孔过水断面尺寸6.5m13.089m(宽高),底板、边墙厚度1.8m,中墙厚度1.2m。设有检修闸2扇、工
3、作闸门2扇,闸门工作时,均由启闭机控制。混凝土2503m3,钢筋工程量208t,金属结构设备总重量160.8t。出口直线扭曲渐变段5节共计长85m,每节长17m,节与节之间采用橡胶止水带止水。由高度10.191m渐变到17.475m,表面为渐变双曲拱面。混凝土8502m3,钢筋工程量303t。2.施工技术特点分析 界河倒虹吸设计为双向预应力混凝土箱涵结构,施工工序复杂,规定施工组织严密。 混凝土塌落度小,入仓难度大,混凝土浇筑振捣难。 管身结构型式大而宽,每仓混凝土浇筑方量大,连续时间长,施工措施可靠度规定高。 闸室各部断面、尺寸变化繁复,模板及支撑复杂多变。 扭曲渐变段为不规则渐变双曲面,放
4、线、固定模板不易,线型控制难度大。 基于结构防渗、使用寿命及自流对糙度的需要,对模板及其固定支撑系统的规定不同于其它工程项目。模板要有足够的刚度、强度、稳定性外,还要保证表面平顺以减少砼糙率,施工中模板间的拉杆需要特殊加工,既不能使砼通透又不能出露表面。3.施工方案拟定3.1 混凝土入仓方式选择倒虹吸基坑开挖深度大,基底比地面低16m。混凝土浇筑方量大,正常施工可以采用混凝土输送泵泵送混凝土入仓,但由于管身混凝土塌落度(48cm)小,满足不了泵送混凝土塌落度的规定。另一方面还可以采用汽车吊吊装混凝土入仓,根据吊重和距离至少需投入两台25t汽车吊。而吊车站位,还须加宽倒虹吸两侧的开挖宽度,增长倒
5、虹吸基础的土石方开挖与回填工程量,不仅浇筑速度慢、工效低,也无法满足分层施工的技术规定。第三种方案是采用龙门吊式皮带布料机输送混凝土入仓,通过布料机上的皮带进行水平运送,经串筒将混凝土的垂直运送到仓面。依靠布料机的行走系统与混凝土分料器的选择可进行混凝土任意仓位的浇筑施工。通过度析比选,拟定倒虹吸主体混凝土浇筑采用自设龙门吊式皮带布料机输送混凝土入仓。根据分仓情况,考虑分层施工不至出现冷缝的需要,按2530m3/h的浇筑速度进行龙门吊式皮带布料机的设计和制作。3.2管身段内模形式选择倒虹吸管身长、节数多、断面大,按通常情况采用支架法施工,需要搭设和支拆脚手架及模板的工作量巨大,并且劳动强度大、
6、速度慢、损耗大、施工质量不易控制。采用内模简易台车进行施工,不仅简便易行,并且对保证工程质量、提高施工速度、节省材料消耗、减少劳动强度和工程造价,有着明显的优势。3.3扭曲渐变段模板选择由于直线扭曲渐变段表面为渐变双曲拱面,每个断面的曲面曲率不同,按设计尺寸制作一套定型钢模费用大约95万元。为减少成本,选用定型组合钢模拼装曲面,钢脚手固定。3.4墙体模板支撑拉杆选择 固定墙体的内外模板通常采用圆钢筋车丝或焊接短丝杆做拉杆、模板间加设木支撑的方法,而本项目为过水构筑物,考虑防水的需要,不允许使用普通钢拉杆及穿墙套管。选用特制的止水螺杆。4.特殊施工设计4.1龙门吊式皮带布料机设计龙门吊式皮带布料
7、机重要由龙门桁架结构、行走系统、皮带输送系统、跨越基坑的栈桥下料与串桶五部分组成。见图1龙门吊式皮带布料机立面图。4.1.1 龙门吊式皮带布料机的原理布料机布料通过行走系统进行前后定位,混凝土水平运送由皮带传送,通过布料机不同位置的分料器选择入仓的位置,再经串筒到达仓面,以此解决了倒虹吸基坑中的混凝土水平运送与垂直运送。布料机右岸的栈桥在布料施工时靠岸端平放在岸坡罐车道边供罐车卸料,行走时通过卷扬机吊起以便于行走方便。4.1.2 龙门吊式皮带布料机的设计及改善龙门吊式皮带布料机在实际施工中改善了5个皮带分料器,分料器原设计在皮带两侧卸料,改善后分料器采用单侧卸料,避免了皮带上的混凝土对分料器刮
8、板的冲击,从而解决分料器刮板刮料不干净,导致的皮带到处漏浆,保证了混凝土质量。此外,在分料器改善中,把分料器皮带下部托起皮带与刮板的铁板改善成并排的滚轴,减小皮带的摩擦阻力,减少电动机的负荷,延长了皮带的使用寿命。图1 龙门吊式皮带布料机立面图4.2 简易内模衬砌台车的设计简易内模衬砌台车是由支撑系统、行走系统、液压高度调节系统、侧模收分装置及模板组成;为了保证内外模板的刚度与稳定性。4.2.1 简易内模台车结构设计台车每节管身设计2台为一组,考虑台车在倒虹吸斜管段能继续使用,台车设计长度比正常的长2.5m,即台车设计长度为17.5m。见下图2简易内模台车立面图、图3钢模台车侧面图。图2 简易
9、内模台车立面图图3 钢模台车侧面图4.2.2 台车支撑与行走系统台车支撑结构采用槽钢加工的桁架结构,考虑台车循环作业的特点,在距下横梁两端部2.3 m的位置各安装一副行走轮,沿轴线方向在两侧下横梁底部各安装5个支撑丝杆千斤顶。台车行走时丝杆千斤顶向上收缩,就位后丝杆千斤顶伸出支撑到轨道上进行支架下横梁的支撑,台车的行走动力是在台车行走轮上安装了电动控制装置。 4.2.3台车中心线调整为保证台车中心线与管身中心线相吻合,在台车车架两端头横梁安装中线定位装置,台车就位时通过吊线锤校正偏移量,保证施工精度。4.2.4台车钢模的安装与调整钢模板型式选择了3m1.5m的定型钢模板。顶模铺设在桁架上,采用
10、螺丝进行联接成整体,边模安装均采用销钩与台车挂耳联接。联接后形成以台车挂耳为中心的旋转面,重要目的为了便于内侧模的支模与脱模。顶部模板上下高度调整由安装在台车车架上横梁上的14个螺旋千斤来完毕,达成内模模板支模与脱模的目的。边墙模板通过边模模板背楞与台车车架支撑梁相接的 14个“双头螺旋丝杆”进行调整,调整丝杆可以使背楞连同模板外伸或收缩,浇筑时还用于支撑边墙模板。4.3止水螺栓的设计水利工程混凝土墙体内外模板对拉时,为了防水严禁使用普通螺杆及穿墙套管。界河倒虹吸工程采用特制的止水螺栓。螺杆采用A3钢,直径为20mm,长度比墙体厚短60mm,螺杆两头个套50mm的粗丝。双头螺杆两端为铸铁的锥形
11、连接器,内丝直径20mm,在锥形联接器内丝扣中间部位设立了一个小挡块,此小挡块目的是为了保证双头螺杆联接在锥形联接器中部,并且在模板内起到外撑作用。模板外部拉接由长300mm直径20mm的全丝螺杆的一端与锥形连接器连接,全丝螺杆另一端分别穿过模板背楞与120mm80mm12mm钢垫片,并用山型螺帽固定。止水螺栓间距为1.2m,排距为1.3m,梅花型布置。混凝土浇筑时,940mm长的双头螺丝及锥形联结器浇筑到混凝土内。混凝土拆模后,立即取出锥形连接器。锥形连接器留下的空洞用干硬性膨胀水泥砂浆堵塞(膨胀剂2.5),抹平。300mm的全丝螺杆、锥形连接器、钢垫片、山型螺帽均为反复使用。施工时为了便于
12、在混凝土中取出锥形连接器,浇筑混凝土前在锥形联接器上包上一层胶布,这样锥形联接器取出时就轻松多了。止水螺栓见图4。图4 止水螺栓分解图5.明渠导流施工界河渠道倒虹吸工程处在河道上,施工期运用枯水期时段(9月1日次年6月30日),全断面断流围堰挡水、明渠泄水的导流方式施工。5.1 导流时段选择管身段选择在枯水期施工,即选择在2023年6月30日汛期前完毕管身段1420节(7节105m)施工项目;2023年9月1日后完毕剩余管身段的施工。汛期停止施工,恢复河道,保证汛期施工和渡汛安全。5.2 导流标准总干渠与界河交叉断面控制流域面积287km2,主河道长度63.8km,主河道纵坡7.5,界河流速(
13、2023一遇)Q=796m/s,流量W4520万m3。5.3导流明渠及围堰施工1420节倒虹吸管身段,在6月30日前完毕预应力张拉,土方回填,修建导流明渠,回填标高为主河床高程(63m)。上下游围堰采用土围堰型式进行施工,即运用就近开挖基坑的壤土填筑压实形成围堰。围堰横断面为梯形,迎水面边坡系数为1:2.5,背水面边坡系数为1:2.0,堰顶宽度5.0m,围堰最大高度5.25m。为防止水流、风浪淘刷,设计围堰迎水面用编织袋装粘土护砌,编织袋后用500mm厚粘土夯实作心墙,防止渗漏。上游围堰,长度513m,堰顶高程70.005m;下游围堰,长度340m,堰顶高程66.09m。纵向围堰长为522m。
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