南水北调沙河U形渡槽混凝土浇筑施工技术研究.pdf

西北水 电 2 0 1 3年 第 5期 4 5 文章编 号 ： 1 0 0 6 -2 6 1 0 ( 2 0 1 3 ) 0 5 - - 0 0 4 5 - - - - 0 4 南水北调沙河 U形渡槽混凝土浇筑施工技术研究 孟庆荣， 路明 旭 ( 中国水利水电第四工程局有限公司， 西宁8 1 0 0 0 7 ) 摘要： 介绍了南水北调中线沙河 I 标预制渡槽混凝土浇筑施工技术。大型预制渡槽混凝土的浇筑质量是整个渡 槽预制的核心部分 ， 渡槽预制质量的优劣直接关系到整套预制工艺的合理性， 经过认真分析、 现场试验、 多次总结、 专家咨询等多种途径优化渡槽浇筑工艺。 关键词： 渡槽； 混凝土； 浇筑； 工艺 中图分类号 ： T V 6 7 2 3 ： T V 5 2 文献标 识码 ： A St ud y o n Te c h no l o g y f o r Co n c r e t e Pl a c e me nt o f U t y pe Aque d uc t o v e r Sh a he Ri v e r， S o u t h - t o - N o r t h Wa t e r D i v e r s i o n P r o j e c t M E N G Q i n g r o n g ， L U Mi n g x u ( S i n o h y d r o B u r e a u 4 C o ，L t d ， X i n i n g 8 1 0 0 0 7 ， C h i n a ) Abs t r a c t： I n t h i s p a p e r，t e c h n o l o g y f o r c o n c r e t e pl a c e me n t o f t h e p r e c a s t a q u e d uc t ，Lo t 1，t he mi d ge l i n e o f s o ut ht o n o r t h wa t e r d i v e r s i o n p r o j e c t ，i s d e s c r i b e d T h e c o n c r e t e p l a c e m e n t q u a l i t y o f t h e l a r g e p r e c a s t a q u e d u c t i s t h e c o r e o f t h e w h o l e a q u e d u c t p r e c a s t T h e qua l i t y o f t h e p r e c a s t a que d u c t i s r e l a t e d t o t h e s e aso n al i t y o f t h e c o m p l e t e p r e c a s t t e c h n o l o gyI n t h i s p r o j e c t ， t h e t e c h n o l o gy fo r t h e a q u e d u c t c o n c r e t e p l a c e me n t i s o p t i mi z e d t h r o u g h a c o u p l e o f ma n n e r s s u c h a s c are l a n aly s i s ，s i t e t e s t ，s u mma r i e s an d c o n s u l t a t i o n ，e t c Ke y wo r d s ：a q u e d u c t ；c o n c r e t e；p l a c e me n t ；t e c h n o l o gy 1 工程概况 南水北调中线沙河渡槽 ， 建筑物主体全长 9 0 5 0 m， 由沙河梁式渡槽 、 沙河一 大浪河箱基渡槽 、 大浪河 梁式渡槽 、 大浪河 一 鲁 山坡箱基渡槽 和鲁 山坡 落地 槽 5部分组 成。其 中沙河梁式渡槽 上部槽 身为 U 形双向预应力混凝土简支结构 ， 槽身全长 1 4 1 0 m， 单跨跨径 3 0 m， 共 4 7跨 1 8 8榀渡槽 ， 槽 体布置形式 为 2联 4槽 ， 4槽槽身相互独立 ， U形槽直径 8 m， 壁 厚 3 5 c m， 局部加厚至 9 0 c m， 槽高 8 3 9 2 i n ， 槽顶 每间隔 2 5 in设置横 向混凝土拉杆 ， 每 2槽支承于 1 个下部支承结构上。下部支承采用钢筋混凝土空 收稿 日期 ： 2 0 1 3 0 8 0 7 作者简介 ： 孟庆荣 ( 1 9 7 7 一) ， 男 ， 青海省乐 都县人 ， 工 程师 ， 主要 从事水利水 电工程施工工作 心墩 、 钻 孔 灌 注 桩 。U形 槽 槽 身 为 双 向预 应 力 C 5 0 F 2 0 0 W8混凝土结构。单榀渡槽混凝土 4 6 1 in ， 采用 C 5 0混凝土 、 I 级配 ； 泵送混凝土 ， 一次浇筑成 型 。 沙河渡槽 的设计和施工 中多项技术在国内外处 于领 先水平 ： 一是渡槽规模大 ， 综合流量、 跨度 、 重 量 、 总长度等指标 ， 沙河渡槽排名世界第 1 ； 二是架 设重量大 ， 单槽重达 1 2 0 0 t ， 为 中国最重的架设 预 制渡槽 ； 三是架设难度大 ， 槽身为 u形结构 ， 最大高 度达 9 6 in， 远大于一般桥梁的箱梁高度 ， 且因槽身 为薄壁结构 ， 架设 时采用 “ 槽上运槽” 方法， 架设难 度极大； 四是结构复杂 ， 槽身为大跨度薄壁双向预应 力结构 ， 空间结构受力复杂 。 沙河梁式渡槽槽身采用 u形双 向预应力结构， 现场预制架槽机架设施工方法 ， 据分析资料显示 ， 沙 河渡槽综合指标排名世界第 1 ， 将填补国内外水利 4 6 盂庆荣， 路 明旭 南水北调沙河 L j 形渡惜混凝土浇筑施工技 术研究 行业大流量渡槽设计及施工 的技术空 白。 2 渡槽混凝 土施 J 特点 ( 1 )沙河梁式渡槽为双线 、 横 向并排 4槽 ， 上部 槽身为 u形双向预应力混凝土简支结构 ， 单跨跨度 3 0 m， U形槽过水断面直径 8 m， 最小壁厚 3 5 c m， 局 部加厚至9 0 c m， 槽高 8 3 9 2 m， 槽宽9 2 m， 如此 大断面槽身要采用工厂化 、 规模化预制施工 ， 混凝土 浇筑要一次成型， 难度很大。 ( 2 )U形 渡槽 内侧 体 型设 计 半径 较大 ( r =4 1T I ) ， 内侧模板设计为整体结构 ， 在底部模板设计 开 口( 宽 8 0 c m) 。所 以渡槽浇筑 时混凝土的布料 、 浇 筑 、 振捣成为很大的难点 ， 假如从腹板顶部下料高度 太高 、 内部钢筋 以及预应力波纹管较密， 很容易造成 骨料分离 ， 混凝 土表 面会 产生大量 的骨料集 中、 漏 振 、 蜂窝 、 气泡等诸多质量问题 ， 满足不 了质量要求 ， 严重影响渡槽的预制质量。 ( 3 )沙河预制渡槽是作为 国家重点输水工程 ， 在这种“ u ” 形薄壁结构体型下， 要做 到渡槽混凝土 的强度 、 密实性和外观都符合质量要求 ， 作为输水建 筑物 ， 必须做到混凝土密实而且不渗水 ， 所以混凝土 要达到外光内实有很高的质量要求 ， 挑战很大。 3 渡槽混凝 土浇筑质量顽症消除措施 为了达到渡槽预制大的质量要求 ， 在渡槽开始 预制前期做了大量的混凝土配 比以及混凝土浇筑试 验 ， 在预制模板台座里做 1： 1 仿真混凝土浇筑实验 ( 实验块宽 3 1T l 、 高4 IT I ) ， 混凝土从顶部下料 、 振捣。 试验时现场无法控制混凝土下料分层厚度 ， 无法确 定振捣部位 、 时间。在达到强度拆 除模板时发现混 凝土骨料严重分离、 无法振捣密实 、 表面存在大量的 水泡 、 气泡 ， 没有达到混凝土质量要求 。 为了寻找最优的布料厚度 、 浇筑 、 振捣工艺和表 面大量气泡的解决措施 ， 多次做浇筑试验及总结经 验。第 2次的试验得 出开窗 口能解决混凝土下料 、 振捣的问题 。在内侧模板上面设计 了 3排下料 、 振 捣窗 口( 尺寸 4 0 0 m inx 4 0 0 m m) ， 下料窗 间距 1 2 0 0 m lT l ， 共计 1 2 0个 窗 口， 增加 了 5排附着式振动器。 内模反弧段 的混凝土表面仍然存在大量的气泡 、 水 泡， 严重影响混凝土外观质量。为了彻底解决表面 气泡问题 ， 进行 大量 的小 型仿 真试 浇试 验 ， 共计 2 0多组 ， 最终通过调整混凝土配合 比以及采取 内圆 弧模板贴透气模板布解决气泡问题。 图 1 沙河渡槽体 型图 4 混凝土浇筑 r 艺 ( 1 )分区分部位细化混凝土配合 比， 鉴于渡槽 的显著特点 ， u形沙河渡槽分别 由端肋 、 渐变段及常 规段组成 ， 自下而上分别为底板 、 圆弧段 、 直墙段及 顶部人行道板； 浇筑方量为 4 6 1 m ； 浇筑时间约 1 2 h ； 入仓线路复杂 ， 由拌 和楼一搅拌车一地泵一布料 机一下料窗口； 各个部位 的浇筑特点均不相 同， 采取 单一的混凝土配合比是难以满足各个部位对混凝土 和易性要求的。因此根据渡槽浇筑过程中及浇筑完 成后的实际情况 ， 结合建筑物的结构特点 ， 通过现场 试验总结 ， 分区分部位选择不 同要求 的混凝土配合 比， 具体如下 ： 1 )针对底板混凝土相对入 仓 、 振捣方便 的部 位 ， 采用塌落度相对小 ( 1 8 0 1T i m) 、 1 5级配 的混凝 土入仓 ， 两端端肋部位 南于钢筋钢绞线密集 ， 适当调 整混凝土塌落度至 2 0 0 mm， 同时加强混凝土人仓振 捣 ； 2 )针对圆弧段混凝土相对人仓困难、 体形复杂 的部位 ， 采用塌落度相对大 ( 2 2 0 mm) 、 级配小 ( 一级 配) 的混凝 土入仓 ； 根据浇筑过程 中及浇筑后外观 检查发现， 该部位相对混凝土浇筑厚度偏大 ， 尤其在 常规段内部空间相对较大 ， 高塌落度 、 小级配混凝土 容易出现较厚的浮浆现象 ， 由于入仓方式的限制 ， 对 混凝土浇筑分层控制也有不利 的影响， 通过现场的 试验 ， 将该 部位混 凝土调整 为采用 塌落度 相对 大 ( 2 2 0 m m) 、 1 5级配的混凝 土入仓 ， 同时加强人仓 振捣 ； 3 )针对直墙段混凝土相对人仓落差大 、 混凝土 西北 水 电 2 0 1 3年 第 5期 4 7 厚度薄的部位 ， 采用塌落度相对大 ( 2 2 0 m m) 、 级配 小 ( 一级配 ) 的混凝土入仓 ； 4 )在进行顶部人行道板混凝土浇筑时 ， 为了避 免出现过厚 的浮浆 、 表面裂缝 等现象 ， 在 距离顶部 1 5 m范围内采用塌落度相对小 ( 1 8 0 m m) 、 1 5级 配的混凝土入仓 。 ( 2 )槽体混凝土浇筑采用纵 向分段 ( 2台布料 机各控制渡槽 1 5 m范 围内的混凝土人仓 ) 、 竖向分 层、 整体推进 、 连续浇筑 、 一次成型的浇筑工艺 ， 整个 浇筑过程分布见 图2 。 图 2 预制渡槽浇筑过程 附着式振捣器分布 图 1 )从底板卸混凝 土浇筑 号部位 ， 插入 式振 槽混凝土浇筑 ； 捣器进行施工； 2 )从 1号浇筑窗下料浇筑号部位 ， 同时开启 内、 外模 1 号附着式振捣器 ， 插入式振捣器 自内模预 留窗 口 1 号部 位进行 振捣 ， 卸 料 至 1 m处 间歇 6 0 ra i n后继续布料浇筑； 号部位浇筑完成 ， 号部位 振捣密实以内模的角膜处泛浆为宜 ， 关 闭 1号浇筑 窗 ； 3 )从 2 号浇筑窗卸料浇筑号部位， 号浇筑 完成 ， 关闭 2号浇筑 窗， 依次开启 内、 外模 2号 附着 式振捣器振捣 ， 插入式振捣器 自内模 预留窗 口2号 部位进行振捣 ； 4 )从腹板顶部卸料分层浇筑号部位 ， 3号浇 筑窗 口以下振捣棒 自3号浇筑窗 口插入插入式振捣 器振捣 ， 依次开启 内、 外模 3号附着 式振捣器振捣 ； 号上部采取 自顶板插入式振捣器振捣 ， 依次开启 内、 外模 4号附着式振捣器振捣 ； 5 )分段浇筑 5号部位 ， 插入式振捣器振捣 ， 浇 筑过程中开启 内模 5号 附着式振捣器 ， 完成整个 渡 6 )浇筑时 ， 2台布料机分别从两端向中间方向 浇筑 ， 两腹板混凝 土对称上升。防止两侧混凝土高 低悬殊 ， 造成 内模偏移。在第 3排浇筑窗 口以下部 位混凝土塌落度控制在 ( 2 0 02 2 0 m m) ， 第 3排浇 筑窗 口以上混凝土塌落度控制在 ( 1 8 0 2 0 0 m m) 。 ( 3 )增设反弧段及端肋段振捣窗 口 针对反弧段体形条件 的限制 ， 尤其 圆弧下半部 分相对平缓 ， 渡槽端肋部位钢筋钢绞线密集 以及锚 垫板加强网片的影响 ， 插入式振捣器难 以振捣 的特 点 ， 为 了加强混凝土的振捣质量 ， 在内模圆弧下半部 分及端肋部分增加振捣窗 口， 窗 口尺寸为 1 5 0 m m 1 5 0 mm， 布置上选择在原 内模 已开设窗 口之间。 ( 4 )采用模板布提高反弧段混凝土质量 渡槽 内表面下半部 分为圆弧组成 ， 圆弧半径 4 m， 弧长 1 3 m， 整个圆弧段面积 3 9 0 r n ， 由于反弧段 排气客观上的困难 ， 槽体过水面的混凝土表面出现 较多的气泡、 水泡 ， 严重影响混凝土外观质量 ， 增大 过水断面糙率 ， 对工程 建成后通水流量存在不利的 4 8 孟庆 荣， 路 明旭 南水北调 沙河 U形渡槽混凝土浇筑施工技 术研 究 影口 向。 新型材料模板布具有吸水 吸气、 增强表面混凝 土强度的功能 ， 通过现场大量的对 比性试验表明， 粘 贴模板布可消除反弧段 的气泡 ， 保证槽体混凝 土的 外观质量。在粘贴模板 布消除了大量气泡的同时， 由于模板布属于柔性材料 ， 在混凝土浇筑过程中容 易产生褶皱现象， 对混凝土外观质量同样产生了不 利的因素 。 为了减少模板布粘贴产生的褶皱问题 ， 通过现 场试验的分析 、 研究， 对模板布的粘贴 幅宽 、 粘贴细 节 、 模板布的加固等方面进行了改进。通过试验 ， 将 模板布的粘贴幅宽调整为 l m， 相邻两块模板布之 间的搭接宽度 5 c m， 搭接部位采用专用胶粘接 ； 同 时对于模板布顶部 、 底部采取加 固措施 ， 在顶部设置 钢板压条压紧模板布 ， 避免模板布在混凝土布料过 程 中整体下滑 ， 甚至卷人混凝土内部 ， 底部在内模背 部焊接加固钢筋 ， 将模板布与钢筋直接绑扎牢靠 ， 解 决底部 凹槽的问题 。 通过对模板布粘贴细节的改进 ， 根据 已经完成 的渡槽外观检查 ， 模板布的粘贴达到了预期的效果 ， 消除了表面大量的气泡 、 水泡 ， 褶皱和凹槽现象也得 到了根本性的消除。 ( 5 )细化翻模工艺 内模底部中问为通长布料区， 宽 8 0 e m， 便于底 板混凝土浇筑下料及振捣 的需要 ， 内模下角模两侧 各 8 0 e m在浇筑过程中采用翻模 的施工工艺 ， 采用 人工抹面 ， 从而达到底板平整度满足设计要求。由 于渡槽 结 构特 点选 用混 凝土 的塌 落 度相 对 较 大 ( 1 8 0 2 2 0 m m) ， 在进行圆弧段浇筑过程中， 自渡槽 底板 内模两侧出现不同程度 的翻浆 ， 一方面影响混 凝土的浇筑质量， 形成漏浆 、 麻面及骨料集 中缺 陷， 对底板混凝土面的收面工作造成了较大 的难度 ， 另 一 方面直接影响渡槽 圆弧段混凝土浇筑 的上 升速 度 ， 影响工程进度。 为 了彻底解决 内模底板翻浆问题 ， 在通长布料 区增设压模 ， 压模两侧通过 内模模板进行 固定。采 取翻模结合压模施工工艺， 有效地解决 了圆弧段浇 筑过程 中底板的翻浆 问题 ， 保障了渡槽 的混凝土浇 筑质量 ， 同时加快了单榀渡槽的预制时间， 通过统计 已经完成的渡槽的浇筑时间 ， 整个渡槽浇筑时间约 1 2 h ， 其中底板混凝土浇筑 4 h ， 圆弧段浇筑 4 5 h ， 直墙段浇筑 3 h ， 保障了渡槽预制的高效展开。 ( 6 )附着式振捣器的布置及研究 渡槽混凝土振捣采取以插入式振捣器为主、 附 着式振捣器为辅 ， 在加强插入式振捣器的同时 ， 附着 式振捣器的布置 、 振捣时机、 时间对保障混凝土浇筑 质量也起到至关重要的作用。 附着式振捣器采用高频振捣器 ， 分别布置在 内、 外模的背部肋板上 ， 外模单侧布置 4排 ， 内模单侧布 置 5排 ， 振捣器问距 1 5 r n ， 单榀渡槽浇筑过程 中共 布置 3 8 0个附着式振捣器。在进行附着式振捣器操 作过程中， 过多的开启时间和不适宜 的开启时机均 对混凝土产生了危害 ， 尤其是反弧段部位 ， 出现不同 程度的表面乳皮脱落现象。 通过现场多次有针对性的试验 ， 调整 了附着式 振捣器的开启时机 、 时问等参数 ： 在进行底板 、 直墙 段混凝土浇筑过程中 ， 内外模附着式振捣器要求相 对较宽松 ， 随着混凝土的上升每 3 4个附着式振捣 器同步开启 ， 开启时间不超过 1 0 S ， 开启次数不超过 2次 ； 对于 圆弧段外模附着式振捣器参照底板及直 墙段开启方式 ， 内模 圆弧段附着式的开启要严格控 制 ， 开启时机选择在对应部位布料窗 口关闭后进行 开启 ， 随着布料窗 口的逐步关闭每 34个 同步开 启 ， 开启次数 1次。通过调整 ， 渡槽混凝土表面质量 得到了有效控制， 切实发挥了附着式振捣器 的有利 作用。 5 结语 槽整体预制工艺合理 ， 成品渡槽承载力 、 变形观 测满足设计要求 ， 预应力筋工作正常 ， 达到了预期的 效果 ， 渡槽预制取得 了决定性的成功 ， 填补了特大型 U形渡槽预制施工技术的空 白。 工程建成后 ， 对加快南水北调 中线干渠的全线 通水 ， 缓解京津及华北平原城市缺水状况 ， 具有重要 意义 ， 并将成为 目前世界上规模最大的渡槽工程 。 参考文献 ： 1 彭小明 ， 程祖 刚， 陈友治 ， 等 薄壁防渗抗裂纤维混凝 土施 工技 术研究 J 国外建材科技 ， 2 0 0 6 ， 2 7 ( 5 ) ： 3 2 3 4 2 许军才 ， 任青文， 张胜 ， 等 渡槽混凝土结构施工期 温控防裂研 究 J 合H E T _ 业大学 学报 (自然科学版 ) ， 2 0 1 1 ， 3 4 ( 4 )： 5 5 3 5 5 6 3 曾小 良 钢筋混凝 土 U型薄壁渡槽槽 身施工技术 J 山西水 利 ， 2 0 0 6， ( 2 ) ： 7 0 7 1 4 D L T 5 1 4 4 2 0 0 1 ， 水 工混凝土施工规 范 S 北 京： 中国电力出 版社 ， 2 0 1 1