渡槽工程施工（精选6篇）
渡槽工程施工 篇1
灌区渡槽开题报告
灌区一般是指有可靠水源和引、输、配水渠道系统和相应排水沟道的灌溉面积，是人类经济活动的产物，随社会经济的发展而发展。灌区渡槽开题报告，我们来看看下文。
1工程概况
佛岭水库灌区引水干渠控制灌区农田面积4330hm，经黄家沟时经比较采用渡槽方案，工程为III等工程，主要建筑物为3级。
1.1渡槽形式及尺寸
修筑的渡槽采用矩形梁式渡槽，槽底宽为2.0m，侧墙高1.71m，设有间距为2.0m，高为0.1m的拉杆，考虑到交通要求，还设有0.85m宽的人行板。
1.1.2地形
黄家沟顶宽约有120m，沟深约为8m，属狭长V形断面，无常流水，沟内有良田，可种植经济作物。耕作深度1.0m。
1.1.3构造要求
本设计布置等跨的间距为8m的单排架共13跨，与渐变段连接处采用浆砌石槽台。排架与地基的连接采用整体基础。槽身、排架以及基础采用预制吊装形式，为使预制时简单、方便，将排架分为三组。
2本工程设计的目的和意义
2.1渡槽的历史
世界上最早的渡槽诞生于中东和西亚地区。公元前 29 世纪前后,埃及在尼罗河上建考赛施干砌石坝,坝高15 m,坝长450m,是文献记载最早的坝,并建渠道和渡槽,向孟菲斯城供水。
公元前 700余年,亚美尼亚已有渡槽。公元前 7,亚述国王西拿基立(Sennacherib)下令建一条 483 km 长的渡槽引水到国都尼尼微。渡槽建在石墙
上 ,跨越泽温的山谷。石墙宽 21 m,高9 m,共用了200多万块石头。渡槽下有5个小桥拱,让溪水流过。
2.2渡槽在我的应用
渡槽在我国已有悠久的历史。古代,人们凿木为槽用以引水,即为最古老的渡槽。据 《水经·渭水注》:长安城故渠“上承泬水于章门西,飞渠引水入城 ,东为仓池,池在未央宫西。”“飞渠” 即为渡槽,建于西汉,距今约 年。或说公元前 246 年兴建的郑国渠“绝”诸水即利用了渡槽。这说明渡槽在中国已有2000 年以上的历史。我国古代比较著名的渡槽有:古代陕西关中地区大型引泾灌区 — 郑国渠 ,是中国古代最宏大的水利工程之一。公元前 246 年(秦始皇元年)由韩国水工郑国主持兴建,约十年后完工。它位于泾水和渭水的交会处,干渠西起泾阳,引泾水向东,下游入洛水,全长 150 余 km ,其间横穿了好几道天然河流,可能使用了“渡槽”技术。郑国渠的建成,使关中干旱平原成为沃野良田 ,粮食产量大增,直接支持了秦国统一六国的.战争。
我国从20世纪50年代开始建造渡槽,目前国内已建的各类渡槽有很多。其中单槽过流量最大的为 年新建的新疆乌伦古河渡槽,设计流量 120m3/ s ,为预应力混凝土矩形槽。单跨跨度最大的为广西玉林县万龙渡槽,拱跨长126 m。 年完成的广东东江——深圳供水改造工程在旗岭、樟洋、金湖的 3 座渡槽上采用了现浇预应力混凝土 U 型薄壳槽身,为国内首创。
2.3渡槽的形式
根据目前我国渡槽的发展状况，渡槽在横断面上,以 U型和矩形槽应用较为广泛,特别是随着施工方法的改进,如采用预制吊装的渡槽,越来越广泛的采用各种更轻、更强、更巧、更薄的结构,即槽身趋向采用U型、半椭圆型、环型、抛物线形等薄壳结构或薄壁肋箱等。
在支承型式上,除梁式渡槽和拱式渡槽外,又发展了一种拱梁组合式,拱梁式渡槽是从20世纪90年代逐步发展起来的,是在折线拱和桁架梁渡槽的基础上,经过研究改进发展起来的一种新型渡槽结构形式。它具有结构轻巧,受力状态良好,外形美观,便于施工,安全可靠,经济适用等特点。如湖南岳阳地区的凉清渡槽,槽身全长75.2 m,由一跨50.4 m的拱梁组合式结构与两端各一跨12.4 m的简支
结构组成。1990年建成后投入使用,运行状况良好。
在材料使用上,在使用一般钢筋混凝土的基础上,趋于使用钢丝网水泥、高标号预应力混凝土,钢材采用高强钢丝、低合金钢等。采用这种材料后一是降低混凝土槽身的壁厚,能使混凝土的壁厚由过去的几十厘米减为十几厘米;其次由于渡槽槽身构件采用预应力工艺处理后,使渡槽在结构上发生了质的变化,抗裂性、抗震性和刚度大大提高,克服了钢筋混凝土过早出现裂缝的弱点,充分发挥了高强钢材的潜力,渡槽的断面和变形也相对减少,而跨度却可显著地增大。
从施工方法角度出发,渡槽越来越趋于装配式,由于灌溉及用水事业的发展和地形的需要,大流量、大跨度的装配式渡槽逐年增多,并且这些大跨度、大流量的渡槽结构多采用预应力结构和拱架支承。小型壳槽则较多采用钢丝网水泥结构以有利于农村小型工地的运输和装配。
从施工工艺方面,预应力施工工艺逐渐广泛地被采用,槽身的张拉,小型壳槽则采用先张法,即在预制厂内固定的台座上成批张拉高强钢丝或钢绞线,大型槽身则采用后张法施工,以构件本身为台座。在采用装配式渡槽方面,由于吊装技术和设备的改进,构件的单元重量也逐渐增大,以适应大断面、大跨度结构的需要。如湖北省1973年修建的排子河装配式渡槽,采用钢桁架梁垂直吊升巨型的槽身构件,起重量达200 t ,提升高度达50多m。
2.4渡槽的发展趋势
目前,渡槽发展研究的总趋势是,适应各种流量、各种跨度特别是大跨度渡槽结构型式的研究;应用先进理论和先进手段进行结构型式优化设计;材料及施工技术的改进等。如斜拉式及悬吊式这类跨越能力最大的渡槽型式的研究;过水与承重相结合的合理结构型式的研究;利用电子计算技术及先进设计理论优选结构型式的研究;早强快干混凝土和钢纤维混凝土等材料以及新型止水材料的研制应用;构件预制工厂化及大型机械吊装等,有的已在逐步开展，有的在探索中,但是可以预见,渡槽工程在结构型式、设计理论、建筑材料以及施工技术等方面,将有一个新的发展。
2.5本课题研究的目的和意义
水利灌溉是农业的命脉，近年来随着人民生活水平的提高和工农业的快速发展，对供水的要求也大大提高，从水库（水源地）引水到灌区，其间的建筑物即
为渠系建筑物。本次设计的对象为渠系建筑物中的渡槽设计，注重整体规划统一协调的同时，综合考虑了整体工程的统一性。在设计过程中既充分运用了所学知识，又广泛参考了水工设计、施工方面的相关文献资料，体现了工程设计的科学性、规范性，又突出了创新性。通过本课题的毕业设计，能使学生掌握水利工程设计的程序和方法，能充分运用水利水电工程专业所学的水文地质、工程材料、力学、制图、设计和施工等诸多方面的知识，将其系统化，并得到巩固；既能培养学生利用所学的知识解决实际问题的能力，又能提高学生独立设计的能力；对提高毕业生的独立设计能力、适应今后的本行业工作具有积极的意义。
3设计的具体内容、步骤和成果
3.1设计具体内容及步骤
1）渡槽型式的选择、工程总体布置及主要尺寸的拟定；
2）渡槽的水力计算；
3）渡槽槽身的结构及配筋计算；
4）渡槽排架(拱圈)的结构及配筋计算；
5）渡槽的稳定计算；
3.2设计成果
1）设计说明书和计算书；
2）设计图纸，CAD出图。
4阅读的主要文献、资料名称
1.熊启钧编著. 灌区建筑物的水力计算与结构计算. 中国水利水电出版社.
2.竺慧珠, 陈德亮, 管枫年编著. 渡槽. 中国水利水电出版社.
3.胡明, 沈长松主编. 水利水电工程专业毕业设计指南／第2版．北京：中国水利水电出版社，
4.焦爱萍主编．水利水电工程专业毕业设计指南／郑州：黄河水利出版社，
5.索丽生,任旭华,胡明编著. 水利水电工程专业毕业设计指南.北京： 中国水利水电出版社，.1
6.龙驭球，包世华主编.结构力学I（第2版）.高等教育出版社.
7.河海大学，武汉大学，大连理工大学，郑州大学合编.水工钢筋混凝土 结构学（第4版）.中国水利水电出版社.
8.吴持恭主编.水力学（第4版）.高等教育出版社.2007
9.林继镛主编.水工建筑物（第5版）. 北京: 中国水利水电出版社，2006
5工作的主要阶段、进度
6现有条件及必需采取的措施
1.从学校图书馆阅读相关文献以获得需要的资料；
2.从网上搜索相关设计作为参考；
3.多向指导教室彭老师请教，以保证设计的质量；
4.多与同学交流探讨，减少失误。
渡槽工程施工 篇2
在南水北调中线上建造的渡槽, 其中综合流量、跨度、重量、总长度等综合指标都排于世界同类渡槽首位, 国际上尚无设计先例。
1 工程简介
沙河渡槽段工程第二标段桩号SH (3) 4+504.1~SH (3) 8+038.1, 长3 534 m, 起点接沙河梁式渡槽出口末端, 渡槽轴线沿沙河梁式渡槽轴线向北, 途经叶园村西, 至小詹营村南约350 m处转向东北, 其轴线弯道半径为1 000 m、圆心角47.2°、弧长823.8 m。渡槽在詹营村的东南穿过将相河, 后沿马庄村西到达大郎河右岸与大郎河梁式渡槽连接。渡槽在桩号SH (3) 6+695.6 处与将相河交叉, 采用河穿渠形式连接, 在桩号SH (3) 7+279.5 处与鲁平公路交叉, 采用路穿渠形式连接。
箱基渡槽一般每20 m一节, 槽身采用矩形双槽布置形式, 为C30 钢筋砼结构, 槽身净宽2×12.5 m, 槽身侧墙净高7.8 m, 槽身底板兼作涵洞顶板, 侧墙为变断面型式, 下部宽1.25 m, 上部宽0.5 m, 侧墙顶部设净宽1.5 m人行桥。下部支承结构为箱形涵洞, 洞身长与上部槽身对应, 单联长15.4 m, 顺槽向每三孔一联, 相应每节槽身每节长20 m (鲁平公路两侧个别槽节长度有变) ;涵洞孔宽5.5~5.8 m, 孔高为5.5~9.1 m。槽底比降1/5 900。
2 箱基渡槽工程
2.1 箱基渡槽施工主要程序
本标段渡槽为矩形并行双槽结构, 施工时双槽按左右槽单独分开作业, 且应错开2~3 节以减少施工干扰。
箱基渡槽混凝土按设计要求分块施工, 拟分为六层浇筑:箱基底板、箱基侧墙 (4 m以上分两仓浇注) 、顶板 (含部分箱基侧墙和槽身侧墙) 、渡槽侧墙 (分两仓浇注) 。垫层混凝土每块按一层浇筑;箱基底板浇注至倒角及以上30 cm侧墙处;箱基侧墙浇筑到顶板倒角以下80 cm侧墙处;顶板浇筑到槽身底板倒角以上30 cm侧墙处 (在并行槽中, 先浇槽槽身内侧浇筑至顶板倒角以上45 cm处) 。
2.2 箱基渡槽施工工艺流程
箱基渡槽施工工艺流程图见图1 所示。
2.3 模板工程主要施工方法
2.3.1 模板设计
根据结构物布置特点、工程量及施工工期要求, 箱基渡槽拟分6 个工区同时平行施工, 见表1 所示:
模板设计和配置按六个工区进行。
箱基涵洞部分模板主要采用以P6015 (面板4.0 mm厚) 为主, 配置部分P3015、P2015、P1015 国标模板以及部分异型模板 (面板4.0 mm厚, 55 系列) ;槽身部分主要采用大型钢模板 (面板6.0 mm厚, 86 系列) 和部分异型止水端模 (面板4.0 mm厚, 55 系列) 进行拼接。
分层配模具体方式如下:
(1) 箱基渡槽底板外侧采用侧模包端模形式, 通过散装国标钢模和部分异型模板进行拼装, 套筒螺栓拉条加固, 过流面采用钢管做样架控制;内侧八字模采用定型钢模板, 竖背肋为8# 槽钢, 横向为双排钢管, 拉条固定。
(2) 箱涵段边墙、中墙采用P6015 国标组合钢模, 局部区域用小型钢模拼接, 横、竖背肋为双8# 槽钢, Ф20 锥形螺母拉杆穿墙对拉加固。因本标段涵洞净高5.5~9.1 m, 现结合分层高度对模板配置如下:
一工区涵洞净高较大, 模板按3.6 m进行配置, 分两仓浇筑, 模板整体提升一次;
二工区涵洞净高差异性较大, 模板按4.2 m进行配置, 6.2 m以下 (含6.2 m) 净高涵洞侧墙仅需一仓浇筑即可, 其余净高侧墙分两仓浇筑;
三工区涵洞净高差异性差异性较大, 模板按4.6 m进行配置;
四工区涵洞模板按4.6 m进行配置;
五工区涵洞模板按4.6 m进行配置;
六工区为新划分的施工区, 涵洞侧墙整体高度差异性较大, 模板按4.2 m配置, 6.2 m以下 (含6.2 m) 净高涵洞侧墙仅需一仓浇筑即可, 其余净高侧墙分两仓浇筑。
(3) 箱涵顶板采用WDJ碗扣式钢管排架支撑 (详见《箱涵碗扣架支撑图》) , 小型钢模配组合钢模作底模;顶板外侧端模采用国标模板、异型模板及止水模板。在并行槽中, 先浇槽槽身内侧浇筑至顶板倒角以上45 cm处, 比后浇槽内侧底腋角高出约15 cm, 方便后行施工。
(4) 渡槽槽身侧墙采用大块钢模和端部止水异型模板, Ф20 锥形螺母拉杆穿墙对拉加固;此外, 并行槽的后浇槽内侧墙身模板背部桁架支撑, 上口及下口通过预埋螺栓套筒对拉。箱涵混凝土模板施工详见《箱基渡槽模板施工布置图》。
模板制作采用优质材料, 以满足模板强度、刚度、平整度的要求。模板安装精度必须在设计允许偏差范围内, 模板支撑牢靠稳定, 做到不漏浆。模板拆除后及时清洗、清除固结的灰浆等脏物, 并在模板安装前涂刷脱模剂或新柴油。安装时应检查标高及轴线, 确保模板安装精度及稳定性。
2.3.2模板安装
(1) 涵洞模板
涵洞大块组合钢模板采用16 t或25 t汽车吊进行安拆, 根据测量放样控制模板高程和方向; PVC管套穿Ф20 对拉拉条, 需抽出重复使用。局部小块组合钢模板采用人工安拆, 背肋为双钢管, 拉杆固定。涵洞顶板采用国标模板 (面板4.0 mm厚) , 人工散支散拆, 吊车配合垂直运输。涵洞内“八”字角模安装完成后, 为防止“八”字角砼翻浆, 可在水平面铺设一块P3015 钢模压脚, 初凝前拆除抹面。
(2) 槽身模板
槽身侧墙模板利用底板“八”字角对拉螺栓作下部支撑点。外侧模板采用16 t或25 t汽车吊进行安拆;内侧模可采用仓面小型吊车或简易运模桁车进行安拆。
(3) 封头模板
涵洞及槽身端头, 采用小块钢模板现场拼装和加固。
2.3.3 模板拆除
当混凝土强度达到设计或规范规定的拆模强度时可进行模板拆除;大型模板采用吊车、小块模板人工拆除。涵洞顶板模板人工调松顶托、拆除模板, 在支架上部拆除部分支架形成通道, 在涵洞出口端用钢管搭设工作平台, 人工搬运模板至工作平台, 吊车吊下码放整齐。
3 结束语
该工程模具量迄今为止是全国乃至世界水利史上之最。在模板规划时, 主要考虑到工程质量要求高、模板工程量大, 为保证混凝土的外观质量和施工工期, 模板的标准化、机械化促使作业水平有了很大的提高。但是, 本工程施工单循环周期较长, 模板投入的材料量较大, 如何做到更加标准、通用和低施工成本, 是在以后的施工中还需解决的问题, 期望通过本工程案例给大型输水工程提供一定借鉴的经验。
参考文献
[1]DL/T 5144-2001.水工混凝土施工规范[S].北京:中国电力出版社, 2002.
[2]DL/T 5169-2002.水工混凝钢筋施工规范[S].北京:中国电力出版社, 2003.
[3]JTJ041-2000.公路桥涵施工技术规范[S].北京:人民交通出版社, 2000.
[4]SL176-2007.水利水电工程施工质量检验与评定规程[S].北京:中国水利水电出版社, 2007.
渡槽工程施工 篇3
摘要：本文主要阐述了黔中水利总干渠渡槽六连拱支架施工方案，该拱圈支架高，跨度大，在拱圈混凝土浇注过程中，支架变形会不断累加，不合理的施工工艺对拱圈结构会产生次应力等不利影响，故拱圈混凝土浇筑需经过反复验算，提出相应的预控措施，合理指导施工。
关键词：大跨度砼拱圈；钢管支架设计；贝雷梁；次应力；支架拆除
1.工程概况
黔中水利总干渠青年队渡槽全长848m，主槽为72节跨度11.5m的C30砼简支U型槽壳；槽壳支撑采用C25砼排架，1～6#排架及67～71#排架直接坐落于地面上，7～66#排架坐落于拱圈上，排架最高28米；拱圈采用6连拱布置，单跨108m，矢高27.15m，拱圈截面采用双箱式箱梁。
2.拱圈支架施工方案
2.1总体思路
（1）拱圈混凝土施工是一个对支架不断加载的过程，随着荷载的逐步施加，支架压缩变形逐步增加，大跨度拱圈施工过程中必须保证每节段拱圈在各施工期间对称加载，如产生变形需能够随着支架变形，不会产生次应力，以尽量减少拱圈混凝土的开裂情况。
（2）需综合考虑拱圈结构特点及拱圈弧线长度大，拱圈坡脚处坡度大，拱圈的高度较高，风荷载影响大等不利条件，结合桥位地质水文条件、支架变形、温度、砼收缩徐变等因素，另加考虑支架安装、模板拆除方便性问题。
综合以上因素拱圈支架选择贝雷梁+钢管立柱的结构形式，支架基础采用扩大基础。
2.2支架简介
拱圈支架主要有二部分组成，上部主梁采用15片标准贝雷梁形成的支撑架，贝雷梁横桥向布置900mm+2×225mm+2×900mm+450mm+2×225mm+450mm+2×900mm+2×225mm+900mm共15组，纵桥向按照拱圈分节分为5个节段，其中贝雷梁与拱座之间采用新制桁架进行铰接，两侧对称倾斜的两组贝雷梁之间通过新制桁架进行连接，增强整体性。为确保安全，贝雷梁在拱圈腹板位置都进行了加密，贝雷梁之间采用标准花架进行连接，将贝雷梁连接一个整体，并且间距6米采用75X75的角钢制作的新制连接器进行横向连接，以确保贝雷梁的横向稳定。贝雷梁和钢管立柱连接采用采用16锰钢加工的楔形块，楔形块通过螺栓与上部贝雷梁和下部分配梁连接。下部结构支墩采用螺旋钢管，立柱支墩通过砂筒和分配梁连接，砂筒在厂家统一定制。支墩系统采用壁厚16mm的φ609mm的钢管立柱，每孔支墩顺桥向一共10组，每组两排，横向一排设置5根钢管立柱，钢管立柱间距为4.0m+3.0m+3.0m+4.0m，中间3根立柱为主要受力立柱，两侧的立柱主要起到增加稳定的效果；拱脚两侧较矮的采用壁厚8mm的φ630mm的钢管立柱，每个基础设置两排，每排3根，间距3.0m。为了增加整体支架的稳定性，钢管立柱之间的横向连接体系，采用壁厚6mm的φ325mm的钢管做横向连接，横向连接钢管通过环形钢板焊接在支墩钢管上面。支架基础采用混凝土基础，钢管支墩和基础的预埋钢板采用焊接，并且在钢管立柱的四周加三角楔形块，加强钢管立柱根部的抗剪能力。
2.3施工工序
2.3.1施工顺序
拱圈支架基础施工→钢管支墩搭设→支墩之间横向连接安装→吊装柱顶砂箱→吊装分配梁及贝雷梁支撑的楔形块→吊装拱架贝雷梁→固定贝雷梁及安装新制横向连接器→安装拱圈与贝雷梁之间的三角方木支撑架→铺设横向方木→调整模板高度→支架预压→调整模板高度及设置预拱度→分段绑扎拱圈钢筋→分段安装拱圈模板→分段分环对称浇筑拱圈混凝土→ 分环合拢底板混凝土→养护等强度→由拱脚向拱顶对称施工拱上排架（同时进行拱圈支架拆除）→由拱脚向拱顶对称施工拱上槽壳。
2.3.2支架基础施工
支架基础采用C30明挖基础承台，底层布置一层间距20cm的Φ16钢筋网片，基础开挖完毕后，采用动力触探检测其地基承载力不小于180KPa后，开始绑扎底层钢筋网片，并按照钢管立柱的位置预埋好1cm厚的钢板，再浇筑混凝土。支架基础做好排水处理，避免因雨水浸泡影响地基承载力。靠近水母河的支架基础均挖到基岩，并且在承台迎水面堆码沙袋，做好围堰。
2.3.3钢管立柱制作与安装
拱圈支架的支墩采用厚8mm的φ630mm和厚16mm的φ609mm的两种钢管立柱，支墩顺桥向一共6组，每组两排，横向一排设置5根厚16mm的φ609mm钢管立柱，立柱间距为4.0m+3.0m+3.0m+4.0m，其中只有中间3根钢管立柱为主要受力立柱，两侧的立柱主要起到增加支架稳定的效果，每组钢管立柱之间的连接采用壁厚6mm的φ325mm的钢管的横向连接，将每组支墩连接成格构柱，横向连接钢管通过环形钢板焊接在支墩钢管上面。钢管立柱安装时，首先将第一节钢管立柱直接焊接在基础预埋的钢板上面，钢管立柱接长采用法兰盘连接，采用塔吊每根吊装，每节钢管立柱的安装均采用铅垂仪进行检查垂直度，并且由现场技术员上去检查钢管立柱的法兰连接及焊接是否满足要求。
2.3.4横向连接
由于支架的高度较高，同时本地区的风荷载较大，而且拱圈浇筑时的水平推力较大，为了确保支架的稳定性，需采用壁厚6mm的φ325mm的钢管将其连接成一个整体。横向连接首先根据拱圈支墩的跨度，制定好长度，然后采用塔吊吊装到设计高度，通过环形钢板焊接在支墩的立柱上。
2.3.5分配梁及楔块支撑
分配梁采用2根12m长的I56b的工字钢通过坡口焊接成整体，在靠近两侧拱脚的位置分配梁采用2根9m长的2HN700×300的H型钢通过坡口焊接成整体。为保证分配梁的顺桥向的稳定性，分配梁两侧通过焊接三角擋块与砂箱顶部焊接在一起，使支架体系由下到上连接为一个整体。分配梁上部的楔块采用和贝雷梁同样材质16Mn锰钢，根据所在位置尺寸在贝雷梁厂家订做而成。制作好的楔块与上部贝雷梁之间通过加强轩杆螺丝进行连接，下部与分配梁进行焊接。
拱架贝雷梁与分配梁间楔块详图
2.3.6贝雷梁的制作和安装
拱圈的支撑主梁采用贝雷梁，横桥向间距为900mm+2×225mm+2×900mm+450mm+2×225mm+450mm+2×900mm+2×225mm+900mm共15片，在拱圈腹板位置进行了加密。贝雷梁主要分为两种结果，两侧贝雷梁为拱式结构，跨中的贝雷梁为梁式结构。贝雷梁吊装前，首选在地面上将贝雷梁拼装成使用长度，拼装完成后，安装相对应的楔形块。吊装采用塔吊安装，首先将贝雷梁的位置在分配梁上放好样，然后将第一榀贝雷梁吊装到设计位置后，将楔形块和分配梁进行焊接固定，接着开始吊装第二榀贝雷梁，待第二榀吊装到位后通过花架将其与第一榀贝雷梁连接成整体。以此类推，贝雷片全部吊装完成后，在通过由[10的槽钢制作的新制连接器，按照纵向每3m一道的间距，将贝雷梁上下横向连接成一个整体，以增加贝雷梁的横向稳定性。由于拱圈两侧拱角处坡度较大，导致水平推力较大，贝雷片和墩帽预埋的锚梁连接，将贝雷梁和墩身连接成整体，以增加稳定性。
2.3.7拱圈底模支撑架
由于贝雷梁是直线形的不能直接形成拱圈的弧度，为实现拱圈的形状，现场采用15cmX15cm和10cmX10cm采用两侧打抓钉连接制作成三角架，根据拱圈的弧度，每3米一种型号，逐一拼装成弧形。三角方木下部采用10#的铁丝与贝雷梁连接。为增加三角方木支体系的稳定性，除三角方木架之间的横向连接，还在三角方木下部每隔4米增加一道橫向10cmX10cm方木，再将横向方木在采用10#铁丝和下部贝雷梁进行连接。三角方木顶部按净宽25cm铺设横向10cm×10cm的方木，做底模的带木，由于拱圈坡度较大，横向方木上下均采用抓钉和三角方木固定。
2.4拱圈支架拆除
主拱圈拱脚混凝土强度达到设计的100%后，且砼养护龄期达到28天后才能卸架，落架时间不宜过晚，落架必须对称拆除。为了保证拱圈逐渐均匀地降落，以便使拱架所支承的结构重量逐渐转移给拱圈自身来承担，因此拱架不能突然拆除，而应按照一定的卸架程序进行。
2.4.1拆除前的验算
由于拱圈支架为六连拱支架，拆除方案只有两种。
方案一：支架由0#、6#墩身向3#墩身拆除，单孔内也由两侧向中间落模。
方案二：支架由3#墩身向0#、6#墩身拆除，单孔内也由中间向两侧落模。
两种方案采用平面杆系单元建立结构纵向计算模型。模型共538个节点，537个单元。模型边界条件，主墩采用固结，拱圈支架采用竖向约束，考虑到拱圈支架竖向压缩量的影响，在计算中考虑拱圈支架的竖向刚度为236880kN/m。拱圈自重及隔板自重采用均布荷载施加在只计刚度的拱圈上，为准确模拟支架拆除过程，荷载施加与支架的拆除保持一一对应。
经过计算结果如下：
方案一：拱圈在荷载作用下在拱顶和拱脚处均有较大弯矩，从而导致该处应力较大。计算得到箱梁上缘名义压应力最大值5.91MPa，名义拉应力最大值1.08MPa；下缘名义压应力最大值4.68MPa，名义拉应力最大值2.4MPa。
方案二：拱圈在荷载作用下在拱顶和拱脚处均有较大弯矩，从而导致该处应力较大。计算得到箱梁上缘名义压应力最大值5.99MPa，名义拉应力最大值1.01MPa；下缘名义压应力最大值4.48MPa，名义拉应力最大值2.26MPa。
总结以上计算结果支架由中间向两边拆除方案，拱圈及墩身应力较小。推荐渡槽拱圈施工完成后，支架采用由中间向两边拆除方案。
2.4.2落架步骤
由3#孔和4#孔向两侧进行对称落模，3#孔和4#孔首先对中间两排沙箱进行落模，然后也是由中间向两侧对称落模。
2.4.3落模程序
由于每孔拱圈支架内有10排沙箱，每排3个，拱圈支架落模的第一步需同时落3#和4#中间两排沙箱，需要配备1人指挥12人进行对沙箱进行放砂，对拱圈支架进行落模。每孔内的6人必须尽量保持同步进行对沙箱放砂，保持两侧同步下降
3.结束语
为确保成品拱圈的外观线型符合设计要求和施工过程的安全，在浇筑混凝土之前，还要通过预压来检验现浇支架刚度、强度和稳定性。通过模拟浇筑混凝土的施工，对支架进行加载，分析观测结果来计算现浇支架的弹性变形和非弹性变形值，根据弹性变形值计算出底模的预拱度，为后续施工模板的拱度设置提供依据。本项目在渡槽拱圈支架方案方面进行了积极的探索，并取得了很好的效果，也为类似结构施工提供了经验借鉴。
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渡槽工程施工 篇4
漕河渡槽是南水北调中线总干渠上的一座大型交叉建筑物, 位于河北省满城县西北约9 km处, 距保定市30 km。漕河渡槽建筑物全长2 300 m, 建筑物级别1级。渡槽槽身段又分为20 m跨架空段和30 m跨架空段两部分, 槽身均按3槽布置, 横向宽度为22 m, 单槽段面尺寸为6.0 m×5.4 m。槽身底板厚0.5 m, 边墙厚0.6 m, 中墙厚0.7 m, 上部设人行道板和拉杆, 边墙外侧竖向设侧肋, 底板下横向设底肋, 纵向设4根纵梁, 槽身在纵向、横向以及边墙的竖向3个方向分别设置了预应力钢绞线, 槽身混凝土等级为C50W6F200。
据以往同类工程的经验[1,2], 渡槽主梁和上部墙体等结构部分容易在早期温升和温降阶段产生温度和收缩裂缝, 特别是高温季节, 浇筑温度和环境温度都比较高, 温控问题更加突出, 这是目前工程建设和管理人员重点关注的问题。因此, 在工程施工前, 有必要对工程施工过程进行施工过程模拟, 从而得到合理的温控防裂方案。
2 计算参数
当地多年月平均气温如表1所示。
混凝土的热学性能计算值见表2。
绝热温升:θ (τ) =50.055 (1-e-0.251 τ1.98)
混凝土泊松比μ:0.167
徐变度:C (t, τ) =6.12× (1+9.20 τ-0.45) [1-e-0.30 (t-τ) ]+13.83× (1+1.70τ-0.45) [1-e-0.005 (t-τ) ]
混凝土抗拉强度的拟合关系式为:R=4.5×[1-e-0.586 τ0.576]
混凝土弹模的拟合值为:E=43.1 (1-e-0.588 τ0.552)
混凝土自生体积变形为:εV=186.66× (1-e-0.02 τ1.04)
3 计算模型及计算方法
漕河渡槽采用矩形3槽互联、上口带拉杆、底板加横梁的三向预应力混凝土结构, 简支支撑于重力墩上。槽身分两层浇筑, 第一层浇筑纵梁、底肋及底板至墙体底“八”字以上垂直段25 cm处, 高度325 cm, 方量约766 m3;第二层浇筑上部结构, 包括墙体、走道板及安装预制拉杆梁, 高度465 cm, 方量约458 m3。第一层和第二层浇筑间歇15～20 d左右。槽身第一层浇筑时间19～21 h、第二层浇筑时间13～15 h。
对于大体积混凝土, 由于分层浇筑, 各层浇筑时间和浇筑温度一般都不同, 边界形状和边界温度都比较复杂, 仿真计算采用理论求解非常困难, 有限元法则是解决这种问题有效成熟的方法[3,4,5]。
混凝土的温度与时间、空间的关系由混凝土热传导方程确定:
上述方程的初始条件和边界条件按下述情况设定:计算域重力墩基础底面及四周、计算域对称面均为绝热边界, 其他面为热量交换边界。其中,
绝热边界条件为:
热量交换边界条件 (考虑了阳光照射) 为:
式中:T=T (x, y, z, t) 为混凝土温度场函数;α为导温系数, α =λ/ cρ, m2/h ;θ为混凝土的绝热温升, ℃;λ为导热系数, kJ / (m·h·℃) ;ρ为密度, kg/m3;β为表面放热系数, kJ/ (m2·h·℃) 。
数学上已经证明, 满足温度场基本方程与边界条件的温度场函数T=T (x, y, z, t) , 也是下述泛函的变分:
求温度场T, 也就是求泛函J的极小值。
从而可以求得各单元的温度场变化方程:
对所有的单元进行合成, 进而可得考虑了内部热源、对流边界的瞬态温度场在t时刻的热平衡方程:
式中:[H]为传导矩阵;[R]为热容矩阵;[P]是与边界条件和内部热源有关的列向量。
由于混凝土弹性模量Ec (τ) 是随着混凝土龄期 而变化的, 温度应力需采用增量法计算, 把时间τ划分为一系列时段Δτi (i=1-→n) , 在第i个时段Δτi内, 温度应力增量为ΔTi, 平均弹性模量为E (τi) , 弹性应力增量为Δσi, 根据弹性徐变理论叠加原理, 将弹性应力增量累加后得到t时刻的弹性应力为:
式中:Δσi在三维空间内进行计算;K (t, τ) 为应力松驰系数;τ为混凝土龄期;t为导致温度应力的温差产生时刻距混凝土浇筑时刻的时段长度。
Δσi的求解, 是常规的外荷载作用下的结构应力与变形问题, 按常规算法求解。此处的荷载是温度差。
根据工程结构的对称性以, 建模时取一半结构参与计算, 有限元模型及有关特征点见图1。
在应力场仿真计算时, 假定计算域重力墩基底面为铰支座, 四周为连杆支撑, 计算域对称面也为连杆支撑。同时考虑到施工过程中, 漕身混凝土底面采用碗扣式 (扣件架) 落地满堂支撑, 因此, 渡槽混凝土结构底面采用连杆支撑。
计算过程中考虑的荷载除了包括混凝土结构的温度荷载外, 还有混凝土自重、体积变形和徐变变形引起的荷载等。在整个计算过程中, 对混凝土的施工过程、养护方式、环境条件、拆模时间等均进行模拟, 以提高仿真计算的可靠度。
在应力场仿真计算时, 假定计算域重力墩基底面为铰支座, 四周为连杆支撑, 计算域对称面也为连杆支撑。同时考虑到施工过程中, 漕身混凝土底面采用碗扣式 (扣件架) 落地满堂支撑, 因此, 渡槽混凝土结构底面采用连杆支撑。
计算过程中考虑的荷载除了包括混凝土结构的温度荷载外, 还有混凝土自重、体积变形和徐变变形引起的荷载等。在整个计算过程中, 对混凝土的施工过程、养护方式、环境条件、拆模时间等均进行模拟, 以提高仿真计算的可靠度。
4 计算结果分析
经过多个工况的优化计算分析, 可以逐步得到最优化计算工况, 限于篇幅, 这里只给出最优工况的结果分析。最优工况中, 不同的龄期采用不同的水管冷却措施, 早期给大流量低温水, 温度峰值后逐渐减小流量, 提高水温。具体计算结果分析如下。
取主梁上表面点1、内部点2、墩墙上表面点3、内部点4为特征点观察温度和应力的变化趋势。从温度历时曲线 (图2、3) 可以看出, 主梁1号点最高温为47 ℃, 内部点2号最高温为52 ℃。由于水管冷却的作用, 内外温差较小。在温降阶段减小流量和提高水温, 可以控制此时的混凝土降温速率减小;墙体特征点3点和4点 (图4、5) 温度峰值分别为45 ℃和30 ℃, 降温阶段的温降速率也受到冷却过程变化而减小。次梁表面和内部的温度变化规律和主梁混凝土温度变化规律一样。在槽身底板部位, 由于没有布置冷却水管, 冷却水温和流速的变化对其影响不大。
相应于温度场的时空变化, 应力场也发生了相应的变化。由于主梁混凝土温降速率减小, 混凝土表面和内部收缩产生的拉应力有所减小, 后期应力略有增大但不是很明显。对上部墙体而言, 由于水管冷却的作用, 内部最高温度的降低, 结构的内外温差和基础温差均相应减小, 早期和后期应力都有所减小, 其中内部4号点应力减小明显。就次梁而言, 应力变化规律同主梁, 应力趋向变小。
总之, 由于峰值前冷却水温较低, 使得混凝土温升幅度减小;峰值过后冷却水温升高, 使得混凝土降温速率减小, 冷缩应力变小。基础温差和内外温差的减小对混凝土施工期的温控防裂甚是有利。
5 防裂方案
经上述计算结果的分析与比较, 拟定如下高温季节施工防裂方案。
(1) 水管通水冷却方式。主梁:开仓浇筑期间, 流速为1.20 m/s, 流量为5.43 m3/h, 水温8 ℃;收仓至2.5 d内, 流速为1.20 m/s, 流量为5.43 m3/h, 水温12 ℃;2.5～4.0 d, 水温22 ℃, 流速和流量分别为0.60 m/s和2.72 m3/h;4.0～6.0 d, 流速和流量分别为0.30 m/s和1.36 m3/h, 水温25～30 ℃。
次梁:早期温升阶段, 次梁水管流速和流量分别取1.50 m/s和6.79 m3/h, 当次梁内部温度达到峰值后, 即可减小次梁水管流量, 流速和流量可分别降为原来的1/3, 即为0.50 m/s和2.26 m3/h。待这样通水2.0 d后, 将流速和流量再减为0.20 m/s和0.91 m3/h。
上部墙体:开仓浇筑期间, 流速为1.20 m/s, 流量为5.43 m3/h, 水温8 ℃;收仓至1.25 d内, 流速为1.20 m/s, 流量为5.43 m3/h, 水温12 ℃;内部温度达到峰值后, 控制流速和流量分别为0.60 m/s和2.72 m3/h, 水温在20 ℃左右。当墙体内部的温度降低至当天最高气温加2 ℃时, 水管冷却停止。
(2) 在主梁、次梁和底板钢模板外贴0.5 cm厚泡沫保温板进行表面的保温, 上层墙体高度3.30 m以下的钢模表面外贴1.0 cm泡沫保温板。
(3) 高温季节应严格控制混凝土的浇筑温度, 浇筑温度愈低愈好, 尽可能降低骨料温度, 同时严格控制泵送混凝土管道运输过程中的温升。此外还需特别注意混凝土水灰比的控制。
(4) 因上下层混凝土的实际浇筑时间很短, 分别约21 h和13 h, 混凝土浇筑所占施工时间很短, 因此混凝土的浇筑时间应尽可能选在阴天和晚上低温时段内, 应密切注意当地的气象预报。
6 结 语
南水北调中线漕河渡槽是目前国内最大的输水渡槽。通过混凝土温度场和应力场的有限元温度防裂仿真计算, 给出了施工期在高温季节的温控方案建议, 现场运用后, 没有出现早期的表面裂缝和后期的贯穿性裂缝, 工程质量得以保证。该大型渡槽高温季节施工温控仿真成果的成功实施, 对丰富我国乃至国际类似工程施工期裂缝控制经验、提高渡槽混凝土施工质量十分有意义。
参考文献
[1]刘勇军.水工混凝土温度与防裂技术研究[D].南京:河海大学, 2002.
[2]曹为民.水工立交地涵工程混凝土施工期温控防裂研究[D].南京:河海大学, 2003.
[3]朱伯芳.大体积混凝土温度应力与温度控制[M].北京:中国电力出版社, 1999.
[4]朱岳明, 徐之青, 贺金仁, 等.混凝土水管冷却温度场的计算方法[J].长江科学院院报, 2003, 20 (2) :19-22.
[5]马跃峰, 朱岳明, 曹为民, 等.闸墩内部水管冷却和表面保温措施的抗裂作用研究[J].水利学报, 2006, 37 (8) :963-968.
渡槽工程施工 篇5
1 工程概况
宁夏引黄灌渠——唐徕渠设计流量80 m3/s,其下一条新建60 m宽景观河道与之交叉,需在此修建一座渡槽跨越景观河道,设计时必须考虑景观河道有3 m净空的通航(旅游船通行)要求。鉴于此,设计考虑1跨拱形方案和3跨简支预应力矩形槽方案。受宁夏渠道灌溉时间的影响,渡槽施工工期只有5个半月,中间还有1个月冬灌期不能在渠道内作业,渡槽施工方案经多次论证,排除其他方案,最终确定采用施工期最短的3跨预应力矩形槽方案。为满足进度要求,渡槽侧墙采用预制吊装,底板及拉杆现场吊模浇筑,最后形成整体。
2 槽位布置及水力计算
考虑到渡槽下景观河道有3 m净空的通航要求,渡槽处唐徕渠原渠底距景观河道设计水面高差仅为3.29 m,若不抬高渡槽,渡槽底板厚度仅剩0.29 m,在80～90 m3/s的流量下,渡槽设计非常困难。必须在渡槽水力计算与上游渠道整治统一考虑下,将渡槽提高,底板结构加高到满足结构要求的程度。逐渐加大渡槽比降,根据水力学计算公式编制试算程序,经过多次试算调整,使渡槽及上游渠道内水面基本平顺,不致产生壅堵而降低过流能力。
在不抬高上游渠道情况下,经过试算,在两槽过水,渡槽比降为1/1 500,上下游渠道比降为1/8 000,设计流量80 m3/s和加大流量90 m3/s情况下,渡槽水深、水面宽、平均流速计算结果分列于表1。
其中原渠道在渡槽进出口之间的沿程水头损失为 Z4=0.012 m,而下游壅水高度C2=h2-a1-h0-Z4,C2>Z3时,说明渡槽出口会出现壅水,需将渡槽抬高0.35 m,另外为满足通航净空不小于3.0 m的要求,还须将渡槽再抬高,但将渡槽提高会对上游水位产生一定影响。
在渠道上游1.3 km处有一处跌水,水面跌落高度约0.23 m,设计利用此跌水结合上游渠道防护改造工程,将上游渠道及渡槽整体抬高,由此渡槽下净空将增加至3.0 m以上,渡槽结构底板厚度也将接近0.8 m。渡槽水力计算各要素基本不变,出口壅水高度很小,这样渡槽出口水位基本为平缓过渡,既可保证渡槽净空的要求,又不会对渠道上游各断面产生壅堵。但渡槽进口高于上游渠道0.35 m,需在渡槽进口渐变段设置倒坡,槽前断面在冬季停灌后会出现积水,因此需要设置放空管将积水引排到景观河道排除。
3 渡槽结构设计
渡槽采用3×21 m跨简支双向预应力墙式双矩形并联槽结构,纵向两道边墙及1道中墙采用后张预应力结构,为保证施工进度,墙身采用预制吊装,渡槽底板及拉杆为以侧墙为承重支架吊模后浇。
3.1 上部结构
渡槽分两槽过水,过水断面净宽2×7.5 m,底板横向跨度较大,为减轻结构自重,渡槽底板采用肋板结构,底板厚0.2 m,板下肋条净高0.55 m,宽0.6 m,间隔2.0 m设置1道。肋板采用后张横向预应力结构,以解决底板限裂问题;侧墙作为主受力构件,既要承受由底板传递的纵向荷载还要承受横向水压力和温度等荷载,纵向配筋采用1860级钢绞线,另外,根据边墙与中墙受力荷载分配不同,分别配置不同数量的钢绞线。在边墙外侧间隔2.0 m设置1道钢筋混凝土竖向加劲肋,肋宽0.6 m,净高0.25 m。竖向由于渡槽水面较低,仅配置普通钢筋,以承担横向弯矩和纵向抗剪作用。横向在边墙顶与中墙顶之间间隔2.0 m设置1道0.4 m×0.4 m钢筋混凝土拉杆,在边墙顶设检修便道,外侧设置栏杆,渡槽跨中横断面布置见图1。
渡槽侧墙按简支结构计算,断面均为“I”形式,边墙、中墙腹板厚度分别为0.4 m和0.45 m,跨中高度为3.94 m,在支点部位高度向下增加0.16 m。渡槽边墙和中墙设计为预制吊装,吊装重量一道中墙130 t,一道边墙140 t,安装就位后再现浇底板和拉杆,最后张拉设在底板及底板肋中的横向预应力钢绞线,使渡槽形成整体结构。渡槽横向按整体框架设计。渡槽墙身和底板混凝土采用C40 F300 W6,为提高混凝土的抗裂性和防渗性,在渡槽混凝土内掺入聚丙烯腈纤维(掺量0.9 kg/m3)。在渡槽应力较为集中的墙、板二次浇筑混凝土连接处采用齿坎结构,增大施工缝的渗径,并在混凝土表面涂刷水泥基渗透结晶型防水材料,以确保渡槽不出现渗漏。
每跨渡槽之间设3 cm宽伸缩缝(安装温度5～10 ℃),在伸缩缝两侧槽壳迎水面预留宽 9 cm,深1 cm的止水带安装槽,伸缩缝止水采用环氧树脂胶粘结V形橡皮止水带结构,渡槽之间的空隙采用闭孔泡沫板填充,在缝外侧灌密封胶封闭。
3.2 下部结构
由于渡槽下地基土的允许承载力较低,渡槽基础采用钻孔灌注桩,桩径为1.2 m,桩顶设钢筋混凝土承台支撑槽墩及槽台。由于地下水及湖水对混凝土具有弱腐蚀性,尤其在水位变动区,需要提高基础混凝土的抗腐蚀性、抗渗性以及抗冻融性。在混凝土施工时加入相应外加剂,桩和承台混凝土采用抗硫酸盐硅酸盐水泥。
为减少地震荷载对上部渡槽结构的影响,渡槽采用工厂定型板式橡胶支座,并采用抗寒型天然橡胶制作。
4 渡槽结构分析
4.1 设计工况组合
根据渡槽的施工程序,按照我国现行水工技术标准及设计规范,对渡槽形成和使用各阶段的内力和应力按正常使用极限状态和承载能力极限状态分别进行设计。
4.2 正常使用极限状态设计
长期组合:自重+收缩徐变+预应力+加大水深+人群荷载+温度影响力(持久状况)。
短期组合:自重+收缩徐变+预应力+满槽水深(短暂状况)。
纵向预应力配筋按长期组合加大水深下持久状况设计,墙身各断面上下缘均未出现拉应力,最大主压应力均未超过C40混凝土允许压应力0.60 fck。
短期组合设计由满槽水深荷载控制,边墙、中墙各断面上、下缘均未出现拉应力,混凝土压应力满足规范要求。
4.3 承载能力极限状态设计
承载能力极限状态设计分别由加大水深组合的持久状况、满槽水深组合的短暂状况以及地震组合的偶然状况分别计算,边墙、中墙荷载组合及对应抗力见表2,结构抗力均大于荷载产生的内力,结构安全。
4.4 施工阶段验算
在制作、运输及安装等过程进行的施工阶段应力验算,设计荷载组合:自重(吊装时计入动力系数1.5或0.85)+收缩徐变+预应力(短暂状况)。
设计按不出现裂缝控制,钢束张拉顺序先下再上向中间逐排张拉,边墙、中墙上下缘应力均满足规范允许值σct≤0.7γftk(拉应力);σcc≤0.9 fck(压应力)。
4.5 横向结构验算
横向计算取2.0 m长一段渡槽槽壳由结构计算程序按框架计算,侧墙和拉杆按钢筋混凝土构件计算,底板及底板肋按部分预应力混凝土构件计算,上下缘均须满足规范抗裂验算要求,裂缝控制等级为二级,长期组合σ≤0.3γftk(拉应力),短期组合σ≤0.5γftk(拉应力)。底板跨中最大正弯矩为282 kN·m,中墙下中支点最大负弯矩为484 kN·m,侧墙根部弯矩为-354 kN·m和150 kN·m,并根据裂缝宽度小于0.2 mm来进行配筋设计。
4.6 整体结构验算
采用国际通用大型结构计算软件《ANSYS》对槽体结构和基础进行整体三维进行有限元弹、塑性应力计算分析。计算单元采用八结点三维实体单元、接触单元,计算结果用于验算结构安全性,结果可以满足规范要求,鉴于篇幅所限,不再详述。
5 施工工艺及流程
受宁夏渠道灌溉时间的影响,渡槽施工工期只有5个半月,中间第2个月为冬灌期在渠道内不能作业。渡槽施工方案经多次论证最终采用侧墙预制吊装,底板及拉杆现场吊模浇筑,槽壳最后形成整体。施工流程与结构分析应相互对应,本着节约工期、合理安排施工步骤、按时完成渡槽通水任务的原则,所以在结构设计时应结合施工考虑。
渡槽施工流程分以下6个主要步骤完成。
(1)秋末停灌期在渠道内施工部分桩基,同时在两侧平整场地进行侧墙预制施工。
(2)冬灌结束后开挖渠道,进行其余桩基施工。
(3)槽墩、槽台现浇。
(4)侧墙用两台汽车吊进行吊运,就位后现浇底板,张拉底板预应力筋。
(5)立模现浇拉杆,形成整体结构。
(6)渡槽连接段、渐变段、下游护砌渠段施工。
由于渡槽大部分时间是在冬季施工,需要采取冬季施工措施,在实际施工中,采用了搭设暖棚的方法,为保证施工质量,加快施工进度,采用了工厂拌制的商品混凝土,并在混凝土中掺入早强防冻剂、引气减水剂等外加剂,施工期间室外最低气温曾达到-20℃,但由于采取搭设暖棚浇筑混凝土施工,总体来说施工效果较好。在吊运侧墙时采用2台200 t吊车,将预制场地共9根长约21 m质量达130～140 t的侧墙,通过多次挪移,成功吊装到槽墩、台支座上。
6结语
渡槽工程施工 篇6
关键词：大截面矩形渡槽,施工期间,温度场分布特性,非线性
0前言
混凝土材料在重大结构工程中发挥着极其重要的作用, 而混凝土渡槽是发挥至关重要作用的典型水工结构。混凝土渡槽的开裂问题是现阶段国内外研究的热点, 针对渡槽混凝土温度、收缩等间接作用荷载引起开裂的问题, 其研究成果主要集中在渡槽运行期温度及温度应力方面, 对施工期渡槽裂缝产生与控制问题的研究则较少[1,2,3,4]。实际工程表明, 大型渡槽施工期拆模时已有不少裂缝出现[5], 本文采用试验方式研究施工期间混凝土渡槽温度场的分布规律, 进而为揭示其开裂机理奠定基础。
1 试验
1.1 试验目的
利用大型人工气候室模拟现实环境, 浇筑大型渡槽缩尺寸模型, 并在渡槽内部和内、外表面埋置混凝土温度传感器和混凝土变形传感器, 研究渡槽模型在施工期温度变化的规律及特性。
1.2 试验布置
本试验的模型尺寸如图1、图2所示 (单位:mm) 。它是根据矩形箱型渡槽现场原型的设计资料、综合考虑模型成型的可行性、测试结果的精确性、试验场地大小并兼顾试验设备能力等各方面因素确定的。
渡槽试验模型内部预埋的温度传感器总共159个。具体分布情况为:在中间部位断面3预埋75个, 其中左右侧墙各为6行5列累计60个, 底板为3行5列累计15个;而其余4个断面各预埋21个:其中包括左右侧墙3行3列共9个, 底板1行3列共3个。预埋温度传感器布置如图3~图5所示 (单位:mm) 。
渡槽试验模型表面预埋的温度传感器总共89个, 在断面3布置29个, 左右侧墙各12个, 底板5个。由于浇筑后底板底模不拆除使得布线困难, 因此, 在其余4个断面各布置15个:左右侧墙各6个, 底板上表面3个, 其位置与内部预埋的温度传感器一一对应, 表面温度传感器布置如图6~图8 (单位:mm) 所示。
1.3 试验内容
为模拟大型矩形渡槽在分层浇筑施工环境下内部水化作用的情况, 渡槽模型确定为两次浇筑, 第一次浇筑高度为500mm, 如图9所示, 第一次浇筑的底板上表面不设顶模, 底板底模后期不拆除, 浇筑间隔17d, 之后浇筑完成上部墙体结构, 自每次浇筑开始至28d养护期间, 对混凝土温度进行全程监测, 渡槽模型第一、二批浇筑混凝土配合比如表1和表2所示。
kg/m3
kg/m3
2 试验结果及分析
施工期大截面矩形渡槽底板、侧墙底部混凝土温度试验结果如图10~图13所示。
由图10可知, 第一批浇筑渡槽模型底板、侧墙底部混凝土温度变化大致经历4个阶段: (1) 降温阶段, 由于混凝土浇筑时正值夏季高温, 混凝土入仓温度高于人工气候试验室室温, 且混凝土在入模后前几个小时水化热较小, 因此, 在混凝土入模8h前处于降温阶段; (2) 升温阶段, 混凝土浇筑8h左右, 水化热明显增大, 混凝土产生的热量大于散失的热量, 混凝土温度迅速上升, 各部位在浇筑20h左右达到峰值; (3) 降温阶段, 各部位混凝土温度达到峰值后, 由于生热量小于散热量, 温度迅速下降, 约在3d后温度基本达到室温; (4) 稳定阶段, 3~5d后混凝土达到稳定温度并随室温波动, 从各典型点温度变化过程看, 各测点试验结果符合一般规律[6,7], 验证了试验结果的正确性和可靠性。
由图11可知, 不同断面测点温度变化过程基本相同, 仅断面1温度峰值相对较小, 其原因在于断面1位于试验室门口附近, 该处空气流通条件较好, 室温偏低。
由图12可知, 底板施工期由于底板底模不拆除, 而上表面未设模板, 且底板厚度较薄。因此, 底板内部温度梯度较小, 只是早期在上表面与空气接触浅层中存在较明显的温度梯度。
由图13可知, 底板横向方向浇筑早期底板温度分布非线性较为明显, 原因在于侧墙底部混凝土体积较大、水化热量较多。
施工期大截面矩形渡槽侧墙混凝土温度试验结果如图14~图15所示。
由图14可知, 侧墙混凝土早期温度随龄期变化规律同第一批浇筑底板混凝土相同, 都需经历降温、升温、降温、稳定四个阶段, 同时还可以看出, 测点273113和273143峰值温度较测点273123、273133低8.0℃左右, 原因在于测点273113距离顶部较近, 散热条件较好, 而测点273143靠近第一批、第二批浇筑界面, 热量向第一批“老混凝土”传递的结果, 各测点试验结果符合一般规律, 说明试验结果正确性和可靠性[8,9]。
由图15可知, 渡槽试验模型侧墙早期沿壁厚方向温度梯度不大, 原因在于侧墙厚度不大, 且木模板具有一定的保温作用。
此外, 由其它试验结果可知, 在侧墙高度方向, 第二批新浇筑混凝土早期温度梯度较大, 如1d时, 距离侧墙上表面0.28m范围内, 温度相差14.57℃;在新老混凝土交界面上下0.585m范围内, 温度相差16.3℃, 温度梯度达到27.86℃/m, 3d后温度梯度变得很小。
3 结论
(1) 所浇筑的渡槽模型底板、侧墙底部以及侧墙混凝土温度变化大致经历4个阶段, 即降温、升温、降温和稳定。
(2) 不同断面测点温度变化过程基本相同, 断面1温度峰值较小在于其断面位于试验室门口附近, 该位置空气流通条件较好, 室温偏低所致;底板内部温度梯度很小, 只在上表面与空气接触浅层早期存在一定的温度梯度。
(3) 底板横向方向浇筑早期底板温度分布非线性较为明显, 原因在于侧墙底部混凝土体积较大、水化热量较多。
(4) 渡槽试验模型侧墙早期沿壁厚方向温度梯度不大, 主要原因是侧墙厚度不大, 且木模板具有一定保温作用缘故。
参考文献
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