水利工程弧形结构一次性成型圆弧质量控制技术

屈 斌

水利工程弧形结构一次性成型圆弧质量控制技术

屈 斌

（上海市水利工程集团有限公司，上海 201612）

采用弧形结构一次性成型圆弧控制技术目的在于克服现有技术不足带来的后续安装影响，对常规施工技术进行优化、创新，提供一种施工工艺简单、安全稳定、精准控制、成本低、技术新颖的大直径弧形结构一次性成型技术，降低模板上浮、变形，保证圆弧弧面位置以及圆弧曲率的精度，获得良好的弧面外观质量，有较高的推广价值和经验借鉴。

弧形结构；圆弧曲率；一次性成型；角钢；控制技术

0 前言

现如今水利工程越来越追求外形的新颖、美观，在设计上采用弧形、不规则结构突出亮点，努力突破，实现超越，打造功能与造型于一体的时代工程，但这种带弧形、不规则结构的支模给施工造成较大的难度，定制钢模虽能满足结构施工要求，但对钢模支撑强度要求高，一次性成本投入比较大，周转利用率低，给工程管理带来较大的成本控制压力。从而提出一种弧形结构一次性成型圆弧质量控制技术来弥补定制钢模工艺上的不足。

1 引用工程概况背景

某水利工程闸门采用上下翻转弧形钢闸门，闸室底板设计为折线型并于中部设弧形凹槽结构，以便弧形闸门下卧、上翻运行，弧形凹槽纵向宽度22m，圆弧半径R5700mm,弧长9655mm,弦长8541mm,弧深1925mm，弧底距垫层2075mm。

2 圆弧质量对弧形闸门运行的影响

底板弧形结构的圆弧质量是翻转式弧形闸门运行的关键，当圆弧曲率大于设计时会使弧形闸门运行行程中途受阻，闸门受障碍点阻挡后受力不均，液压启闭机压力剧增，门体将产生扭剪破坏；而圆弧曲率小于设计要求时，闸门虽能正常运行，但门叶与底板之间因空隙偏大而漏水，除圆弧曲率外，胀模、错台也是弧形结构质量控制的内容，对弧形闸门的运行产生实质影响。

3 弧形结构圆弧质量控制的关键内容

弧形结构圆弧控制目的是在结构上保证弧形闸门安全可靠的运行。由于弧形闸门在弧形结构上绕支铰门轴翻转运行，圆弧曲率必须与弧形闸门门体弧度保持一致，弧形结构施工错台明显，极易使泥沙在弧形结构内沉积而板结，影响弧形闸门的开启、运行，而弧形结构改变了过水断面水流方向，水流及流体中砂颗粒对弧面产生冲刷作用，保护层厚度不足降低对钢筋的防锈蚀保护，因此，弧形结构圆弧曲率、保护层厚度、表面质量应作为弧形结构圆弧质量控制的关键内容。

4 底板弧形结构工艺方案选择

弧形结构工艺繁多，钢模工艺用于等截面结构，现场拼装简单、拆模后外观质量较好、周转使用率高，但一次性投入成本高、现场可加工性较差、单块重量大、拼装精度要求高、对支撑强度要求高，而竹胶木模除具备钢模工艺的优点外，弥补了钢模工艺上的诸多不足，可随现场变化灵活调整，能在模板上任意开设工艺孔，减轻了对底板支撑的承载能力。

由于弧形结构圆弧长，采用钢吊模，弧形结构底部质量不易保证，定制的大直径钢模不能周转利用，工艺上不经济，圆弧内设计有二期结构，混合加固难度大，经过工艺方案对比分析，通过对竹胶木模工艺进行技术改良，选择竹胶木模工艺更有利于弧形结构的施工，在保证弧形结构质量的条件下，实现工艺方案选择的经济合理性。

5 弧形结构圆弧工艺技术

5.1 弧形结构圆弧放样

在底板垫层上测放出弧形结构纵向中心线及圆弧边界线，在计算机上画出弧形结构圆弧及弦长，从弦长中心点向两侧每隔500mm绘制垂直与弦长的线连接于圆弧，根据每条垂弦长度在垫层上弹出圆弧线，以此作为控制圆弧上各点高程的依据，圆弧段角钢支撑立柱长度满足支撑高度要求，将弯曲成型的圆弧钢筋绑扎于支撑架上，采用现场定制的弧形模板样尺对弧形结构的圆弧曲率及保护层厚度进行套靠检验。

图1 弧形结构圆弧垫层放样

5.2 弧面模板设计与安装

选用2440*1220*14mm竹胶板对弧面进行技术设计，利用模板长边易于弯曲的性能,将模板长边垂直于弧面铺设，∟40*40等边角钢根据模板铺设位置进行安装，按照边距100mm、中距750mm设置五道角钢支撑模板，使模板在拉结紧固作用下紧贴于角钢之上，由于角钢外挑板弯曲弧度难以达到弧形结构的设计要求，应予以控制其长度，使弧形结构圆弧一次性成型。

5.3 结构保护层设计与控制

弧形结构混凝土保护层厚度为40mm,为了能准确控制弧形结构保护层厚度，减少与模板的接触面积，利用角钢宽度等于保护层厚度，安装热镀锌∟40*40等边角钢控制其厚度，解决预制垫块接触面积大、分布不均匀导致的弧面结构外观缺陷以及保护层厚度不足。

5.4 圆弧模板加固工艺优化

为使弧面模板加固成整体，提高弧形结构圆弧施工质量，次愣木方平行模板短边通长布置，先在木方上进行模板短边拼缝，再按照150~200mm间距摆放，木方长度方向重复搭接1000mm，通长木方之间沿模板长边拼缝处采用750mm短木方加密补强，以防止模板拼缝处产生错台；由于采用Φ48钢管加固弧形结构，预弯精准度很难与结构弧度一致，而钢筋在外力作用下能弯至预设弧度，故采用两根Φ22螺纹钢进行模板系统加固。

图2 弧形模板加固示意图

5.5 圆弧模板抗浮稳定措施

弧面模板面积大且呈凹形，随着混凝土液面与弧面模板接触面积增加，对模板产生的浮托力就越大，为提高弧形结构模板的抗浮能力，除采用合理的浇筑工艺降低对模板的浮托力外，应加大弧面模板加固拉杆直径，并与PHC管桩桩顶法兰盘焊接形成固定拉结点，模板侧采用双螺帽增大紧固长度，提高加固螺杆的抗拉拔能力。

6 弧形结构弧面施工质量控制

6.1 角钢安装与控制

在弧形结构内安装∟40*40等边角钢能精准控制保护层厚度、圆弧曲率，应根据角钢安装位置控制其安装方向，按1000mm间距在钢筋上焊接短钢筋支撑，根据每道角钢的高程采用短钢筋带线焊接角钢，角钢必须向弧平装，避免弱三角区的形成，纵向接长采用对接焊接，等边角钢的安装位置和高程采用弧形样尺检验与设计的符合性。

图3 弧形结构角钢安装实例图

6.2 弧面模板工艺优化

在弧形结构模板表面铺订2mm新型高透明PC板，能提高弧面光洁度，消除模板拼缝印记。PC板根据模板铺设位置于模板下错开拼缝预先铺设,不得相互压盖，铺设长度根据圆弧长度下料，由内向外、中间向两端将PC板赶平，采用钉枪按双向300mm间距梅花状钉固于模板表面，沿PC板纵向拼缝用透明胶带黏贴封缝，实现弧面无模板印记的观感质量。

6.3 弧面质量控制技术

弧形结构施工操作难度较大，为保证弧面的施工质量，根据浇筑工艺方案预先在弧面模板上开设150*150mm布料孔、100*100mm振捣孔，弧底中部布置振捣孔，布料孔与振捣孔错排布置，分别在弧底振捣孔两侧开布料孔，布料孔与振捣孔纵向间距为2m,布料孔可兼做振捣孔用，开孔切出的小块模板随手钉在工艺孔附近，以便复位取用，最后采用Φ6mm钻头在模板上钻排气孔以排除吸附在弧形模板上气泡。

6.4 浇筑工艺控制

通过制定合理的浇筑方法减小混凝土对弧形结构圆弧模板的浮托力，使弧形结构底部易于密实。当混凝土浇筑至距弧形结构底部小于300mm时停止浇筑，改在弧形模板布料孔下料，直至混凝土从弧形模板底部振捣孔溢出为宜，随手将钉固在工艺孔附近的小块模板复位，改变布料管的浇筑方向逐渐向外推进，避免在模板底部形成锅底状，对称浇筑，随浇筑方向由下而上进行振捣，以利气泡赶出，人工及时用皮锤沿弧面轻击模板判断模下密实程度。

7 圆弧模板的变形监测

为掌握圆弧模板在浇筑期间的变化，在弧形结构模板上设四个监测断面，每个监测断面安装三个监测点，使用水准仪测得各监测点的初始数据，当混凝土浇筑过程中的监测数据大于监测点的初始值并继续变化时，应停止浇筑作业，并采取下排上压措施紧固对拉螺栓使模板调整至安装位置，浇筑过程中应加强监测频率，直至模板变化趋于稳定。

8 弧形结构技术应用效果

弧形结构一次性成型控制技术工艺简单，通过多项技术设计，对弧形结构实体质量有显著的，使用后的材料利用率达90%，降低了施工成本，施工操作方便，准确的控制弧形结构的圆弧曲率和保护层厚度，通过技术优化消除了模板拼缝在弧形结构表面印记，无缝成型，弧形结构表面平整、光滑，有效预防了常规施工可能出现的蜂窝、麻面、表面裂缝等缺陷，减少了拆模后的修补处理工作，提高了弧形结构一次性成型质量。

9 结束语

弧形结构在水利工程结构设计中是非常常见的一种结构，具有弧形曲线长度大、阴阳角顺直度以及弧面圆滑度不易控制的特点，已成为弧形结构施工的控制重点与难点，弧形结构采用综合施工技术，通过工艺优化，改进弧形结构一次性成型控制技术，利用计算机设计辅助弧形模板放样和圆弧曲率的控制，能达到弧形结构的质量控制效果，并对弧形结构施工降本增效较为明显，有较高的推广与应用价值，为今后类似弧形结构的施工提供技术参考和经验借鉴。

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屈斌（1988.03- ），男，汉族，安徽合肥人，本科，工程师，上海市水利工程集团有限公司，研究方向：水利工程技术。

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1007-6344（2021）04-0226-02