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虹吸管施工技术研究

高立霞
【摘 要】大直径钢筋混凝土虹吸管为封闭型薄壁圆管结构，其模板及支撑系统、钢筋制作与安装以及混凝土现浇施工都具有一定的独特性。本文结合工程实际阐述了模板及模板支撑系统的施工经验。
【关键词】虹吸管；结构设计；模板及其支撑
1.工程简况及设计
倒虹吸工程是全干渠施工技术难度较大的工程之一。其中虹吸管的施工技术是工程施工中的重点和难点，也是控制该工程施工的关键性技术之一。
虹吸管设计为现浇钢筋混凝土圆形结构，内径为Ф3.3m，外径Φ4.3m，过水断面8.55m2，壁厚50cm，内外两层钢筋结构。每节管长13m，管端接口处设计有橡胶止水。管身混凝土设计标号C30，防渗标号S6，抗冻D200。其中跨河水平段座于跨河排架桥上，排架桥高度达8m。斜坡段管座于上下游浆砌石基座上。
2.虹吸管施工技术
2.1虹吸管施工特点及难点
由于虹吸管是过水建筑物，施工工艺及施工质量要求都比较高。虹吸管的钢筋绑扎、模板支立、混凝土浇筑均一次成型，混凝土浇筑过程中不能出现任何施工冷缝，以免渗水。虹吸管是封闭圆形结构，其模板及模板支撑系统在整个虹吸管施工中显得尤为关键，也是施工中的最难点之一。同时，由于管壁较薄，钢筋成型直径较大，混凝土的入仓布料、仓内振捣及钢筋的弯曲加工成型也是难点之一。
2.2模板及支撑系统
2.2.1模板
模板选型考虑从钢模板和木模板两种方案中选型其一。经过分析比较，由于木模板易于变形，工程质量不易得到充分保证，而且在施工中存在着损耗高，周转次数少，回收利用率低等特点，前期还要投入一定量的人工加工费等，投资上不经济，最后确定采用建筑定型钢模板。每节虹吸管内壁两端部设计有一宽15cm，深1cm用于镶贴橡胶止水的预留槽，建筑钢模板无法解决这一技术问题，故端口内模采用定型木模板，于木模板上按预留槽设计宽度尺寸镶钉厚1cm的胶合板，其余内模仍采用建筑钢模板。
建筑钢模板的宽度是影响虹吸管圆弧曲率的最主要因素，当内模、外模分别采用宽100mm和150mm的钢模板时，经过分析计算，弧弦最大偏差点偏差值分别为0.8mm和1.3mm，可以忽略不计，完全能够满足圆弧曲率要求。公式如下：
为节约资金，降低工程施工投入，减少加固模板用占筋、方木支撑等用量，在满足模板刚强度要求的前提下，钢模板长度宜选用大些的钢模板。经过分析计算，选用长1500mm的钢模板。综述以上，內模钢模板选型为1500mm×100mm，外模钢模板选型为1500mm×150mm。
2.2.2模板支撑系统
根据虹吸管的结构特点，支撑系统共分为管内部支撑和外部支撑两大部分。内部支撑采用“米”字型支撑结构。外部支撑根据开挖槽的地形及地势，支撑方木直接顶座于岩基上。支撑共分为占筋、围檩和支撑方木三大部分。
（1）占筋：占筋主要起到定位模板，加固模板，保证模板的刚强度能够满足施工要求等作用。结合虹吸管的结构特点，外模占筋对嵌固外模，使外模在荷载作用下不易涨开变形起着很重要的作用；内模占筋主要起支撑作用。由于内外模占筋为圆弧型，为便于加工制作及安装，占筋选材选用红松木质结构，占筋厚5cm，内模占筋采用8块拼装式，外模占筋采用16块拼装式，内部支撑采用“米”字型结构。外（内）模占筋加工直径尺寸为“设计管外（内）直径±2倍模板厚度”。占筋拼装连接采用夹板法，即在占筋上钻打螺栓孔，两侧上钢夹板紧固连接，夹板采用厚5mm钢板。根据抗剪受力计算，螺栓采用Ф16螺栓。为保证受力不集中于一直线上，螺栓孔的钻打呈梅花型。
占筋布置方式为每节钢模板三道，两端模板接口处一道，模板中间布设一道。为保证占筋受力均匀分布，管内部占筋拼接处置一10cm×10cm方木围檩，围檩与占筋采用耙钉连接。
（2）支撑系统。根据“钢筋混凝土自重+模板自重+施工荷载”计算并结合经验，支撑选用10cm×10cm方木。内部支撑采用“米”字形，每道占筋处布设一道。具体施工操作为：模板、占筋安装完成后，先打水平撑，再打竖撑，然后依序打4道斜撑。为便于调整模板尺寸及校核模板，方便方木拆除施工，支撑方木与围檩接触处置调整木楔。支撑方木与围檩的连接及方木间的连接采用耙钉连接。
外部支撑每占筋处布设一道，利用周围地势将支撑方木座垫于岩基上，管两侧均匀布设。对于跨河段水平管，其底部支撑采用搭设满堂脚手架，根据荷载计算，脚手架管布置间距为50cm×50cm。钢管上置20cm×20cm方木，外模板占筋直接座于方木上。
对于圆管腰线上部分，外部支设方木支撑条件不再具备条件，而且在腰线处施工荷载及上半部的混凝土重力对外模的涨撑力很大，对此我们采用了在腰线处两侧加设对拉螺栓，在管内部用花篮螺丝把对拉螺栓连接起来。使内外模形成一个整体，对于分散荷载对外模的向外涨力起到了很大作用。
（3）模板仓口开设。模板仓口主要起到混凝土入仓及入仓振捣的作用。根据布料方式，共开设三道仓口。为保证两侧混凝土均匀下料，在管两侧腰线处各开设一道。仓口尺寸能满足下料强度及内部振捣人员的出入，仓口尺寸为60cm×60cm，仓口间距为2.5m。对于管上半部下料入仓，则在管正上方开设一道仓口，尺寸与间距同腰线处仓口。仓口的封堵最初曾采用木模板，由于封堵木模板和主体钢模板不好结合，仓口处曾出现漏浆、错台和混凝土表面不光洁现象。后改用小块钢模板封堵，效果很好。为便于仓口封堵，仓口预留一定要控制好尺寸，否则会出现因仓口小封堵不上或仓口大封堵不严等现象。
2.3混凝土工程
由于虹吸管为封闭圆形结构，管壁较薄，其施工对混凝土的技术特性、混凝土的振捣及布料方式要求比较高。混凝土塌落度采用S=18～20。为保证混凝土具有高流动性及和易性，在混凝土拌合时掺入木钙缓凝剂，延缓混凝土的初凝时间。为保证管身在浇筑过程中不发生移位，两侧要特别控制好均匀下料，布料方式为从中间仓口向两端仓口逐渐推进。混凝土浇筑至腰线处，封堵腰线处仓口，然后从顶部仓口均匀布料。为保证混凝土振捣到位，混凝土振捣采用长管振捣棒，从入仓口下棒振捣。
2.4钢筋工程
由于虹吸管主筋成型直径较大，无法在弯曲机上面直接弯曲成型。对于钢筋加工，我们制作了特种加工模具，一个加工模具，一个校核模具。模具采用Φ25钢筋按设计直径弯曲成型。在圆形筋内侧每隔30cm电焊一高15cm的钢筋，切断后的钢筋用人工缠绕于其上加工成型，然后用校核模具进行校核。在进行钢筋安装时，由于内模重量支撑于底部内层钢筋上，原设计内、外层钢筋支撑强度不够，为保证内层钢筋不产生下陷变形，施工时在底部内外层钢筋间增加了一定数量的钢筋马镫以增加其支撑强度。
2.5其它改进措施
在施工中，由于混凝土塌落度大，内模受园曲率影响，个别模板拼缝不严，曾出现漏浆现象，局部接缝处混凝土表面出现麻面。对此，我们采用了堵塞袋装水泥纸的方法，使废弃的水泥纸得到了再利用，并取得了很好的效果。 [科]
【参考文献】
[1]水利水电工程模板施工规范.（DL/T5009-1999）.
[2]水工混凝土施工规范.（DL/T 5144-2001）.

-全文完-