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1、2007年度优秀科技论文（技术总结） 大型双向预应力倒虹吸施工技术第 1页 共 11页大型双向预应力倒虹吸施工技术内容提要： 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 砼 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。主要工程量砼 28105m3，钢筋砼 661m3，钢绞线 584t。倒虹吸管身为两孔一联的预应力钢筋砼箱涵
2、，单孔过水断面尺寸为 6.5m6.5m(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。钢绞线倒虹吸管身段总长度 315m，共分 23个管节，管身段砼工程量共计 17100m3，钢筋工程量共计 1150t，预应力钢绞线 584t。出口闸室段 20m，两孔一联钢筋砼结构，单孔过水断面尺寸 6.5m13.089m(宽高)，底板
3、、边墙厚度 1.8m，中墙厚度 1.2m。设有检修闸 2扇、工作闸门 2扇，闸门工作时，均由启闭机控制。砼 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。砼 8502m3，钢筋工程量 303t。2 施工技术特点分析2.1界河倒虹吸设计为双向预应力砼箱涵结构，施工工序复杂，要求施工组织严密。2.2砼塌落度小，入仓难度大，砼浇筑振捣难。2.3管身结构型式大而宽，每仓砼浇筑方量大，持续时间长，施工措施可靠度要求高。2.4闸室各部
4、断面、尺寸变化繁复，模板及支撑复杂多变。2.5扭曲渐变段为不规则渐变双曲面，放线、固定模板不易，线型控制难度大。2.6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要求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降低砼糙率，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 施工方案确定3.1 砼入仓方式选择2007年度优秀科技论文（技术总结） 大型双向预应力倒虹吸施工技术第 2页 共 11页倒虹吸基坑开挖深度大，基底比地面低 16m。砼浇筑方量大，正常施工可以采用砼输送泵泵送砼入仓，但由于管身砼塌落度（48cm）小，满足不了泵送
5、砼塌落度的要求。其次还可以采取汽吊车吊装砼入仓，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，增加倒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要求。第三种方案是采取龙门吊式皮带布料机输送砼入仓，通过布料机上的皮带进行水平运输，经串筒将砼的垂直运输到仓面。依靠布料机的行走系统与砼分料器的选择可进行砼任意仓位的浇筑施工。经过分析比选，确定倒虹吸主体砼浇筑采取自设龙门吊式皮带布料机输送砼入仓。根据分仓情况，考虑分层施工不至出现冷缝的需要，按 2530m 3/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
6、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、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，不但简便易行，而且对保证工程质量、提高施工速度、节省材料消耗、降低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。为降低成本，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
7、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机主要由龙门绗架结构、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 41 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，砼水平运输由皮带传送，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砼水平运输与垂直运输。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。2007年度优秀科技论文（技术总结） 大型双向预应力
8、倒虹吸施工技术第 3页 共 11页图41 龙门吊式皮带布料机立面图4.1.2 龙门吊式皮带布料机的设计及改进龙门吊式皮带布料机在实际施工中改进了 5个皮带分料器，分料器原设计在皮带两侧卸料，改进后分料器采取单侧卸料，避免了皮带上的砼对分料器刮板的冲击，从而解决分料器刮板刮料不干净，造成的皮带到处漏浆，保证了砼质量。另外，在分料器改进中，把分料器皮带下部托起皮带与刮板的铁板改进成并排的滚轴，减小皮带的摩擦阻力，降低电动机的负荷，延长了皮带的使用寿命。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.
9、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 42 简易内模台车立面图、图 43 钢模台车侧面图。2007年度优秀科技论文（技术总结） 大型双向预应力倒虹吸施工技术第 4页 共 11页50860109231468609 13双 头 螺旋 丝 杆螺 旋 千 斤 顶背 楞下 横 梁上 横 梁 模 板 对 拉 锣 栓图 42 简易内模台车立面图23052053750螺 旋 千 斤 顶 行 走 车 轮行 走 车 轮 下 横 梁上 横 梁支 撑 丝 杆绗 架图 43 钢模台车侧面图4.2
10、.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，采用螺丝进行联接成整体，边模安装均
11、采用销钩与台车挂耳联接。联接后行成以台车挂耳为中心的旋转面，主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个螺旋千斤来完成，达到内模模板支2007年度优秀科技论文（技术总结） 大型双向预应力倒虹吸施工技术第 5页 共 11页模与脱模的目的。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
12、短 60mm，螺杆两头个套50mm的粗丝。双头螺杆两端为铸铁的锥形连接器，内丝直径 20mm，在锥形联接器内丝扣中间部位设置了一个小挡块，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，马上取出锥形连接器。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
13、平。300mm 的全丝螺杆、锥形连接器、钢垫片、山型螺帽均为重复使用。施工时为了便于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。止水螺栓见下图 44 止水螺栓分解图。?30锥 形 连 接 器 全 丝 螺 杆 钢 垫 片 ?2山 型 螺 帽9405 50MM2M20双 头 螺 杆68103图 44 止水螺栓分解图5 明渠导流施工界河渠道倒虹吸工程处于河道上，施工期利用枯水期时段（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 2007 年 6 月 30
14、 日汛期前完成管身段 1420 节（7 节105 米）施工项目；2007 年 9 月 1 日后完成剩余管身段的施工。汛期停止施工，恢复河道，确保汛期施工和渡汛安全。2007年度优秀科技论文（技术总结） 大型双向预应力倒虹吸施工技术第 6页 共 11页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（10 年一遇）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日前完成预应力张拉，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
15、行施工，即利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。详见图 5-1界河导流明渠断面图。 1:2.51:.54#637#89浆 砌 石 挡 墙0m厚 粘 泥袋 装 粘 土38260#4浆 砌 石 挡 墙 回 填 土土 围 堰 土 围 堰图 5-1 界河导流明渠断面图6 大断面管身施工减小砼浇筑后收缩变型的影响及增加施工工作面，管身砼施工采用跳仓浇筑的顺序施工。为减少砼对侧模的压力，防止砼表面不平，每节倒虹吸管身砼分三次浇筑完成，第
