薄壁U型渡槽造槽机的优化设计

吴建磊 黄海

摘要：预应力U形薄壁梁式渡槽在国内属较新型的结构形式，首次应用于东深供水改造工程。本文结合漆水河倒虹改建工程，在设计、方案及施工过程中对造槽机进行了优化改进，解决了翻浆、线形不顺直、端模脱模困难等施工难题。对采用造槽机法施工的24m、30m、40m等不同跨度的矩形、U型、梯形渡槽工程施工，具有一定的参考价值。

Abstract： The prestressed U-shaped thin-walled beam aqueduct is a relatively new structural form in China， which was first applied to the Dongshen water supply renovation project. In this paper， combined with the renovation of the Qishuihe inverted rainbow， the slot machine was optimized and improved in the design， plan and construction process to solve the construction problems such as grouting， uneven line shape， and difficulty in demolding the end mold. It has a certain reference value for the construction of rectangular， U-shaped and trapezoidal aqueducts with different spans， such as 24m， 30m， 40m， etc.

关键词：U型渡槽;造槽机;优化设计

Key words： U-shaped aqueduct;the aqueduct-making machine;optimal design

中图分类号：TV672+.2                                  文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2020）21-0154-02

1  工程概况

漆水河倒虹改建工程全长723m，为Ⅲ等中型工程。漆水河渡槽跨越漆水河，全长420m，共14跨。梁式渡槽为单向预应力混凝土弧腳矩形槽简支结构，C50W6F150纤维混凝土，单跨长30m，渡槽净宽4.8m，净高2.8m，跨中断面净高3.2m，两侧直段高1.50m，槽壁厚0.30m，底板厚0.4m，渡槽顶部沿槽身轴线方向每隔2.5m方向设一根0.3×0.3m的拉杆，槽身底部布置9孔纵向有粘结预应力筋，单孔8根Фs15.2钢绞线。梁式渡槽下部支承结构边跨采用桩式槽台，中间跨采用重力墩，渡槽基础均采用灌注桩基础。预应力U形薄壁梁式渡槽采用一台DZ30/320型造槽机（移动模架）自出口向进口方向逐跨原位现浇施工。

2  造槽机的原理

造槽机是借鉴桥梁移动模架造桥机的经验，研制的一种自带模板，可自动前移的渡槽专用大型设备，主要由外梁、外模系统、外肋系统、内模系统、1号支腿、2号支腿、3号支腿、4号支腿、起升小车、附属结构、配重块、电气系统及液压系统等组成，其原理是利用槽墩上安装可能，支腿支撑外梁（主梁），在外梁系统上安装外模、外肋系统，与内模系统等组成一个可以自行纵向移动的渡槽施工平台。（图1）

3  造槽机结构设计

①外梁采用箱形组合梁。为单梁形式，外梁为造槽机的主要承重结构;外梁上设有挑梁，外肋在挑梁上能实现外模板的开、合模功能。过跨时外梁携带外模系统过孔走行。

②外模系统主要由侧模、底模、端模、撑杆等组成。外模系统直接承受混凝土自重及混凝土所产生的侧压力。外模板由面板与型钢组焊制成，面板厚5-8mm。

③外肋系统主要由外肋、拉杆、旋转油缸等组成。外肋吊挂在挑梁上。外肋侧面附着安装侧模，底面附着安装底模，在外肋与挑梁之间安装有旋转油缸，用于实现外肋带动外模的旋转启闭;外肋与外模板安装成整体。外肋在槽顶处设置有顶拉杆，以减少外肋的变形。

④内模系统主要由内模板、内梁、一级折叠油缸、二级折叠油缸、吊杆、轨道及马凳等组成。内模系统直接承受浇注混凝土过程中混凝土产生的侧压力，并保持渡槽内腔的尺寸。内模由液压操控支模、收模，电动自行走，自动化程度高。

⑤1号支腿主要由托辊轮箱、吊挂走行、辅助托辊、重载、立柱、斜撑、上下横梁、锚固座、载荷传感器等组成。作用是浇注时支撑、吊挂走行过跨，整机过孔时支撑。

⑥2号腿主要由垫梁、下横梁、滑座总成、纵移滑靴等组成;2号腿为空载支撑腿，过孔时支撑主梁，脱空1号腿;过孔后期与4号腿共同推动主梁纵移。2号腿下部设有两个横移油缸，用来调整1号腿横向站位。

⑦3号支腿主要由横梁、支腿、支承油缸、抱箍等组成。作用：浇注工况时，将抱箍安装在油缸下方，与1号腿共同支承主梁。

⑧4号腿为空载支承腿，分为4a支腿、4b支腿两部分，为箱型立柱结构。分别通过法兰与主梁连接，下端有支撑油缸，过孔时，4a支腿与4b支腿配合，推动主梁纵移过孔。

⑨DZ30/320型造槽机因整机机构分散，所以液压系统采用独立单元设计，系统简化和模块化，减少沿程损失和功率损耗，方便维修和搬运。整机液压系统共7套：一二三（四）号支腿液压系统各1套、外模液压系统2套、内模液压系统2套。每套液压系统都由液压泵站、液压管路和油缸等组成。

⑩造槽机小车起升机构、小车纵移机构、内梁走行及1号腿吊挂采用电机驱动，其余机构的动作使用油缸驱动。

4  造槽机优化

4.1 设计优化

根据本工程渡槽结构形式，设计制造单位根据施工经验，对造槽机设计进行了优化，已适应施工需要，功能完善合理。

①采用内、外主梁结构。造槽机内、外模系统分别悬挂在内、外主梁上，结构合理，受力明确。

②模板的开启与闭合采用全液压系统控制。

③造槽机外主梁刚度大，砼荷载对外主梁所产生的挠跨比≤1/1000。

④造槽机顶部可设雨棚，可全天候进行现浇施工作业。

⑤造槽机1号腿过孔靠电机驱动，走行平稳，安全高效。

⑥内模的设计参考了南水北调工程湍河渡槽的施工经验，将外梁与内模内梁用吊杆联系起来，当混凝土浇筑的时候实现了整机主梁、内模、外模的协调变形，是该造槽机最大设计特点之一，以此可以解决“U”型渡槽浇筑时容易发生的翻浆问题和内壁挂帘问题。

4.2 设计方案优化

为确保造槽机在工程实际使用中适应各种施工需要，确保造槽机设计方案合理、功能完善，举办了造槽机设计方案评审会，对设计方案进行了审查，提出了方案优化意见并进行了优化：

①槽身拉杆由预制安装改为一体现浇方式，设计方案增加相应模板及支撑。

②设计时应考虑内模振捣观察窗口设置的合理性，在弧线段设置两排，窗口的活动模板要制作精密，保证混凝土外观质量。

③端模设计时充分考虑安装、拆除方便，满足设计预应力管道锚垫板安装及张拉要求。

④在1#支腿墩顶预埋构件进行支腿固定，以保证设备的安全稳定性。

4.3 施工过程优化

在本工程梁式渡槽施工过程中，发现造槽机局部设计影响施工质量和安全，对此进行了优化改进。

①内模两侧横移油缸不同步，线型不顺直，横移锁固凸轮无法安装，影响施工质量，对此进行了优化，增加横移油缸处花篮螺杆，对横移油缸进行调节，保证线型。端模锚孔处拆模困难，拆模易混凝土崩裂，对此优化改进，将端模锚盒处进行分解，单个锚盒独立安装拆卸，方便施工避免混凝土崩裂。

②人行道板模板脱模困难，拉梁结合处极易造成应力集中棱角崩坏，对此进行优化，将结合处模板底部直角调整为45°倒角，并在连接处增加旋转销轴，方便拆装。

③内模脱模后与混凝土之间空间狭小，无法进行模板清理及脱模剂涂刷，对此增加轨道马凳固定装置，在下一跨外模合模后，内模开入下一跨进行清理和脱模剂涂刷，然后开回上跨。

④造槽机过跨时1#支腿存在很大安全隐患，槽机前行时1#腿前倾严重，原设计采用上下托辊固定，但支腿前倾晃动严重，影响造槽机过跨安全。厂家建议采用倒链及钢丝绳拴拉固定，连接强度没有保证，为保证施工安全，两侧采用原内模固定丝杠连接固定，一端固定在支腿上，另一端通过预埋钢筋固定在墩帽上，通过调节丝杠确保支腿稳固，消除1#支腿在前行或后退时倾斜晃动的安全隐患。

⑤散模需与造槽机前后进行连接，并在墩顶进行支撑。由于端头断面混凝土体量较大，均布荷载21.2kN/m，两侧需与支座相适应，且与墩顶间距较小，仅有30cm。散模整体较大，安装不便且拆除时易造成该部位混凝土损坏，对此设计了一整套墩顶散模，将散模分解为20-50cm宽度不同的小模板，并对应预留支座安装孔洞，支撑体系采用2道由2根5#槽钢焊接成整体作为支撑横梁，横梁下采用1.5t小型机械千斤顶支撑在墩顶上。取得了良好的施工效果，避免了常规丝杆木楔易产生沉降变形问题，有效解决了墩顶散模空间小拆装困难问题。

5  结论

通过对薄壁U型渡槽造槽机的优化，每孔渡槽从造槽机过孔至浇筑完成由原来35天缩短至25天，工期目标得到了有效的保证。造槽机的优化设计在宝鸡峡漆水河倒虹吸改扩建工程成功应用，完成漆水河渡槽14孔渡槽浇筑，为此后类似水利渡槽工程提供了借鑒，具有一定的推广价值。

参考文献：

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