CN115652868A - 轻量化航道渡槽及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种轻量化航道渡槽及制备方法，包括槽体，槽体的外壁设有多个沿纵向分布的环肋，还设有顶肋和纵肋，槽体材质采用超高性能混凝土，在槽体靠近底部的位置设有预应力钢索。在槽体靠近底部缓坡段的位置设有多根沿纵向的插筋，插筋在浇筑、振捣和排气后从端模开孔中插入到浇筑的混凝土中。本发明能够大幅减轻槽体自重，超高性能混凝土的组分经过精确配比，堆积效应显著，槽体内壁具有较高的表观和光滑度，也能够提升槽体强度。在槽体内壁缓坡段设置的插筋结构，采用后插法施工，能够对超高性能混凝土产生挤压效应，利用传递的压力使超高性能混凝土堆积更加紧密，气泡加速排出，大幅降低表面蜂窝麻面出现的几率。

Description

轻量化航道渡槽及制备方法

技术领域

本发明涉及渡槽工艺领域，特别是一种轻量化航道渡槽及制备方法。

背景技术

渡槽通常是用于在空中输送水的通道，在南水北调工程中，很多位置使用了渡槽结构输送水源，截至2022年5月13日，南水北调东线和中线工程累计调水量达到531亿立方米。在长江中下游的位置设有葛洲坝和三峡大坝两处水利工程，随着水库水位的升高，长江的航运能力大幅提升，但是葛洲坝和三峡大坝的船闸通航能力限制了长江航运能力的发展。目前采用的改进措施包括1是采用升船机结构，2是翻坝高速公路。但是升船机的过闸能力有限，而且升船机和翻坝高速公路转运的方案均能耗较高。未来拟采用的措施还包括增设新的船闸结构，但是新增的船闸通航会消耗大量的发电用水。因此目前尚无较好的解决方案。为此，发明人提出航道渡槽的解决方案，但是现有的渡槽通常采用长40米，宽7米，高9米一段的结构，单段重量约为1200T，这需要大型的起重设备来辅助安装，在某些地形不便的场合，例如山间峡谷的位置为大型起重设备修建施工便道需要更高的成本，甚至有些地形大型起重设备无法进入。因此，需要尽量减轻航道渡槽的重量。进一步的，与输送水的渡槽相比，航道渡槽至少其内壁需要更高的强度，一是避免因碰撞造成的损伤，二是减缓水冲蚀造成的损伤。要实现该目标施工难度极高。发明人也计划以超高性能混凝土浇筑航道渡槽以减轻重量，并提高强度、耐腐蚀性和耐久性，但是超高性能混凝土还具有粘度较高，流动性较差，且排气困难的问题。如图9的试样中，可见在槽体内壁的缓坡段，具有大量的气泡蜂窝缺陷，这影响了槽体的质量。背景技术中的记载仅是用于介绍涉及的技术的发展状况和存在的难题，并不是对于现有技术的承认，例如本专利中提出的解决方案，以及发明人发现的技术问题，均是发明人长期研究的结果，需要付出创造性的劳动。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种轻量化航道渡槽，重量相比现有技术大幅降低，能够承载货物的运输，并且在成本许可的前提下，拥有足够的强度和耐久性。

本发明所要解决的另一技术问题是提供一种轻量化航道渡槽的制备方法，能够制备具有高强度的航道渡槽，并且能够提高槽体内壁的质量，避免出现蜂窝、麻面等质量缺陷。

为解决上述的技术问题，本发明的技术方案是：一种轻量化航道渡槽，包括槽体，槽体的外壁设有多个沿纵向分布的环肋，还设有顶肋和纵肋，槽体材质采用超高性能混凝土，在槽体靠近底部的位置设有预应力钢索。

优选的方案中，所述槽体的抗压强度为150MPa以上，抗拉强度11MPa以上，抗折强度20MPa以上。

优选的方案中，所述的超高性能混凝土中掺有固态组分重量比3%~10%的钢纤维，钢纤维长度为14mm±10％，直径为0.2mm±10％，抗拉强度2800MPa，钢纤维表面镀铜。

优选的方案中，固态组分包括以重量记的硅酸盐水泥700~900份、粉煤灰150~280份、硅灰100~180份、石英砂700~1000份、聚羧酸减水剂30~35份、氧化镁5~10份；

重量水灰比为0.15~0.23。

优选的方案中，所述的硅酸盐水泥为C50以上水泥，硅酸盐水泥的平均粒径为0.16μm；

粉煤灰为炉渣细粉；

石英砂为D50为0.0075mm~5.0mm粒度的级配石英砂，级配石英砂满足堆积级配函数，即石英砂的级配使堆积最紧密；

所述的槽体长度为20~50米，壁厚20~35cm，肋厚15~20cm，内空5~10米，高度4.5~10米。

优选的方案中，在槽体靠近底部缓坡段的位置设有多根沿纵向的插筋，插筋在浇筑、振捣和排气后从端模开孔中插入到浇筑的混凝土中。

优选的方案中，在槽体的两端设有沿环向的端面止水板，端面止水板上至少设有一个密封环槽和密封斜面，密封斜面朝向槽体内壁开放；

密封环槽与槽体内壁之间的距离为等距离；

密封环槽和密封斜面内用于放置止水件，止水件设有止水翼，止水翼为向两侧延展的斜面体，止水翼与止水体连接，止水体位于密封环槽内，止水翼位于密封斜面，止水翼的内侧与密封斜面贴合，在止水体还设有沿环向的填充孔。

优选的方案中，还设有临时密封环槽，在密封环槽内设有临时止水件，临时止水件的外表面设有弧形凸起部，弧形凸起部位于两个槽体之间的接头缝，在临时止水件上设有沿环向的临时填充孔；

临时止水件用于在更换止水件时，临时封堵槽体之间的接头缝。

一种制备上述的轻量化航道渡槽的制备方法，包括以下步骤：

S1、设置外模、内模和端模，在端模上设置端面止水板，在外模靠近底部的位置内预埋多根预应力钢索；

S2、在端模之外设置固定台座，采用张拉机具从固定台座以先张法张拉预应力钢索；

S3、超高性能混凝土浇筑施工，振捣、排气；

S4、养护超高性能混凝土；

S5、超高性能混凝土达到设计强度后，放松预应力钢索，建立预应力；

通过以上步骤实现轻量化航道渡槽的制备。

优选的方案中，在端模靠近槽体内壁的位置预留插筋孔，插筋孔沿着槽体底部的缓坡段周向布置为多个；

在步骤S3中,开启端模位置的插筋孔，依次沿槽体的纵向将插筋插入超高性能混凝土中，以实现挤压排气，并增加超高性能混凝土的强度。

本发明提供了一种轻量化航道渡槽及制备方法，与现有技术相比，具有以下的有益效果：

1、本发明的轻量化航道渡槽通过采用超高性能混凝土，能够大幅减轻槽体自重，在非极限测试下，实现减重37%，试样测试实测安全系数为2.32，而要求安全系数为1.2。试样测试抗压强度185MPa，抗拉强度13MPa，抗折强度25MPa，跨度25米简支T梁，开裂荷载1300KN，破坏荷载2900 KN，加载时间8h，在开裂前跨中变形超出250mm，在变形失效前有足够时间检测和处置。

2、超高性能混凝土的组分经过精确配比，堆积效应显著，槽体内壁具有较高的表观和光滑度，也能够提升槽体强度。

3、在槽体内壁缓坡段设置的插筋结构，采用后插法施工，能够对超高性能混凝土产生挤压效应，利用传递的压力使超高性能混凝土堆积更加紧密，气泡加速排出，大幅降低表面蜂窝麻面出现的几率。

4、设置的端面止水板结构便于实现密封，止水件的安装也方便可靠。即便止水件因为使用时间长而老化，设置的临时密封环槽也能够辅助方便的更换止水件。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

图1为本发明轻量化航道渡槽的主视图。

图2为本发明的轻量化航道渡槽在施工时的主视图。

图3为本发明的轻量化航道渡槽在施工时的横截面视图。

图4为本发明的轻量化航道渡槽的侧视图。

图5为图4的A-A局部放大示意图。

图6为本发明的止水件横截面的结构示意图。

图7为本发明的环筋和插筋导向筒的结构示意图。

图8为本发明的环筋和插筋导向筒的侧视结构示意图。

图9为渡槽试样的局部图。

图中：槽体1，浇注体101，强化内壁102，顶肋10，环肋2，纵肋3，接头缝4，承台5，外模6，临时支墩7，扁担梁8，内模9，可拆模91，凸起部92，底板段93，侧墙段94，顶肋段95，防护棚10，端面止水板11，密封环槽111，密封斜面112，临时密封环槽113，止水件12，止水翼121，填充孔122，止水块123，止水体124，临时止水件13，弧形凸起部131，临时填充孔132，模板支架14，插筋15，预应力钢索16，环筋17，插筋导向筒18，固定台座19。

具体实施方式

实施例1：

如图1~4中，一种轻量化航道渡槽，包括槽体1，槽体1的外壁设有多个沿纵向分布的环肋2，还设有顶肋10和纵肋3，槽体1材质采用超高性能混凝土，在槽体1靠近底部的位置设有预应力钢索16。由此方案，能够大幅提高槽体的强度，减轻槽体的重量。

优选的方案中，所述槽体1的抗压强度为150MPa以上，抗拉强度11MPa以上，抗折强度20MPa以上。在非极限测试下，实现槽体减重37%，试样测试实测安全系数为2.32，设计要求安全系数为1.2。试样测试抗压强度185MPa，抗拉强度13MPa，抗折强度25MPa，跨度25米简支T梁，开裂荷载1300KN，破坏荷载2900 KN，加载时间8h，在开裂前跨中变形超出250mm，在变形失效前有足够时间检测和处置。

优选的方案中，所述的超高性能混凝土中掺有固态组分重量比3%~10%的钢纤维，钢纤维长度为14mm±10％，直径为0.2mm±10％，抗拉强度2800MPa，钢纤维表面镀铜。

优选的方案中，固态组分包括以重量记的硅酸盐水泥700~900份、粉煤灰150~280份、硅灰100~180份、石英砂700~1000份、聚羧酸减水剂30~35份、氧化镁5~10份；

重量水灰比为0.15~0.23。

优选的方案中，所述的硅酸盐水泥为C50以上水泥，硅酸盐水泥的平均粒径为0.16μm；粉煤灰为炉渣细粉；石英砂为D50为0.0075mm~5.0mm粒度的级配石英砂，级配石英砂满足堆积级配函数，即石英砂的级配使堆积最紧密；

所述的槽体1长度为20~50米，壁厚20~35cm，肋厚15~20cm，内空5~10米，高度4.5~10米。本例中优选为：槽体1长度为40米，壁厚25cm，环肋2厚15cm，纵肋厚度20 cm，槽体内空为7米，槽体高度为9米。

优选的方案如图4中，在槽体靠近底部缓坡段13的位置设有多根沿纵向的插筋15，插筋15在浇筑、振捣和排气后从端模开孔中插入到浇筑的混凝土中。设置的插筋15，采用后插法施工，能够提升槽体靠近底部缓坡段13的密实度和强度，还能够强制排气，提高缓坡段13的光滑度，减少缺陷。

优选的方案中，在槽体1的两端设有沿环向的端面止水板11，端面止水板11上至少设有一个密封环槽111和密封斜面112，密封斜面112朝向槽体1内壁开放；

密封环槽111与槽体1内壁之间的距离为等距离；优选的，端面止水板11采用不锈钢，以一体化冲压成型，或者以分段冲压成型后焊接成型。

密封环槽111和密封斜面112内用于放置止水件12，止水件12设有止水翼121，止水翼121为向两侧延展的斜面体，当受到水的压力，止水翼121被压紧在密封斜面112上，形成密封。本发明的优点在于可靠的安装后，无需采用螺钉固定，安装效率高，也能够延长止水件12的使用寿命。止水翼121与止水体124连接，止水体124位于密封环槽111内，优选的止水体124为扁的带状结构。止水翼121位于密封斜面112，止水翼121的内侧与密封斜面112贴合，在止水体124还设有沿环向的填充孔122。优选的，填充孔122至少设置4个，其中两个位于密封环槽111内，至少一个位于两个槽体1之间的位置。填充孔122用于填充压力液体，例如聚氨酯或环氧树脂，使填充孔122膨胀变形，并在固化后确保密封效果。优选的方案如图5、6中，在止水翼121与止水体124之间设有缩窄的连接结构，用于和端面止水板11上凸起的位置接触。进一步优选的如图6中，在缩窄的连接结构外壁还设有多个止水块123，止水块123朝向止水翼121的一侧设有开口，当有水渗入并具有压力的情形下，止水块123的开口会张开形成密封。在缩窄的连接结构也设有填充孔122，用于充入聚氨酯或环氧树脂使该处膨胀并固化。在安装止水件12时，在密封环槽111和密封斜面112也涂覆有聚氨酯或环氧树脂。

优选的方案如图5中，还设有临时密封环槽113，在密封环槽113内设有临时止水件13，临时止水件13的外表面设有弧形凸起部131，弧形凸起部131位于两个槽体1之间的接头缝4，在临时止水件13上设有沿环向的临时填充孔132；

临时止水件13用于在更换止水件12时，临时封堵槽体1之间的接头缝4。

本例中的止水件12和临时止水件13均采用挤压成型制备工艺。优选的方案中，在挤压过程中，位于弧形段14的止水件12和临时止水件13，在挤出后，即以“U”型或弧形模具成型止水件12和临时止水件13，以使止水翼81提前变形，避免在安装过程中出现荷叶边现象。

实施例2：

如图2、3中，一种制备上述的轻量化航道渡槽的制备方法，包括以下步骤：

S1、设置外模6、内模9和端模，端模在图中未示出，外模6和内模9通过外模支架提供支撑，在端模上设置端面止水板11，端面止水板11采用双面胶带粘接在端模上，在外模6靠近底部的位置内预埋多根预应力钢索16；

优选的方案中，在端模靠近槽体内壁的位置预留插筋孔，插筋孔沿着槽体1底部的缓坡段13周向布置为多个；

S2、在端模之外设置固定台座19，采用张拉机具从固定台座以先张法张拉预应力钢索16；采用超张法施工，预应力钢索16的张拉应力为设计应力的1.05倍。

S3、超高性能混凝土浇筑施工，振捣、排气；，布料时，采用泵送布料，布料管端头沿着槽体1的纵向运动布料。采用该方案是因为布料管在泵送超高性能混凝土时，容易使部分的钢纤维沿着布料管顺向，因此在布料时，沿着槽体1的纵向布料能够使较多的钢纤维的长度方向与槽体1的纵向一致，从而提高槽体1的抗弯性能。

在本步骤中,开启端模位置的插筋孔，依次沿槽体的纵向将插筋15插入超高性能混凝土中，以实现挤压排气，并增加超高性能混凝土的强度。

在固定台座19的位置设置穿心液压缸，穿心液压缸的中心孔与插筋孔对齐，穿心液压缸上的夹具将插筋15固定，插筋15的直径采用10~13mm钢筋，端头磨尖。利用穿心液压缸的交替伸缩，以及夹具的松放，将插筋15缓慢插入。优选的方案中，以从缓坡段13底部到顶部的顺序插入插筋15。

优选的方案中，还设有环筋17，环筋17上设有多个插筋导向筒18，每个插筋导向筒18与插筋孔相对应，插筋导向筒18设有喇叭口，用于给插筋15导向。

S4、按规范以蒸汽养护超高性能混凝土；

S5、超高性能混凝土达到设计强度后，放松预应力钢索16，建立预应力；

通过以上步骤实现轻量化航道渡槽的制备。

上述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本申请中的实施例及实施例中的特征在不冲突的情况下，可以相互任意组合。本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种轻量化航道渡槽，包括槽体（1），槽体（1）的外壁设有多个沿纵向分布的环肋（2），还设有顶肋（10）和纵肋（3），其特征是：槽体（1）材质采用超高性能混凝土，在槽体（1）靠近底部的位置设有预应力钢索（16）。

2.根据权利要求1所述的轻量化航道渡槽，其特征是：所述槽体（1）的抗压强度为150MPa以上，抗拉强度11MPa以上，抗折强度20MPa以上。

3.根据权利要求2所述的轻量化航道渡槽，其特征是：所述的超高性能混凝土中掺有固态组分重量比3%~10%的钢纤维，钢纤维长度为14mm±10％，直径为0.2mm±10％，抗拉强度2800MPa，钢纤维表面镀铜。

4.根据权利要求3所述的轻量化航道渡槽，其特征是：固态组分包括以重量记的硅酸盐水泥700~900份、粉煤灰150~280份、硅灰100~180份、石英砂700~1000份、聚羧酸减水剂30~35份、氧化镁5~10份；

重量水灰比为0.15~0.23。

5.根据权利要求4所述的轻量化航道渡槽，其特征是：所述的硅酸盐水泥为C50以上水泥，硅酸盐水泥的平均粒径为0.16μm；

粉煤灰为炉渣细粉；

石英砂为D50为0.0075mm~5.0mm粒度的级配石英砂，级配石英砂满足堆积级配函数，即石英砂的级配使堆积最紧密；

所述的槽体（1）长度为20~50米，壁厚20~35cm，肋厚15~20cm，内空5~10米，高度4.5~10米。

6.根据权利要求1所述的轻量化航道渡槽，其特征是：在槽体靠近底部缓坡段（13）的位置设有多根沿纵向的插筋（15），插筋（15）在浇筑、振捣和排气后从端模开孔中插入到浇筑的混凝土中。

7.根据权利要求1所述的轻量化航道渡槽，其特征是：在槽体（1）的两端设有沿环向的端面止水板（11），端面止水板（11）上至少设有一个密封环槽（111）和密封斜面（112），密封斜面（112）朝向槽体（1）内壁开放；

密封环槽（111）与槽体（1）内壁之间的距离为等距离；

密封环槽（111）和密封斜面（112）内用于放置止水件（12），止水件（12）设有止水翼（121），止水翼（121）为向两侧延展的斜面体，止水翼（121）与止水体（124）连接，止水体（124）位于密封环槽（111）内，止水翼（121）位于密封斜面（112），止水翼（121）的内侧与密封斜面（112）贴合，在止水体（124）还设有沿环向的填充孔（122）。

8.根据权利要求7所述的轻量化航道渡槽，其特征是：还设有临时密封环槽（113），在密封环槽（113）内设有临时止水件（13），临时止水件（13）的外表面设有弧形凸起部（131），弧形凸起部（131）位于两个槽体（1）之间的接头缝（4），在临时止水件（13）上设有沿环向的临时填充孔（132）；

临时止水件（13）用于在更换止水件（12）时，临时封堵槽体（1）之间的接头缝（4）。

9.一种制备权利要求1~8任一项所述的轻量化航道渡槽的制备方法，其特征是包括以下步骤：

S1、设置外模（6）、内模（9）和端模，在端模上设置端面止水板（11），在外模（6）靠近底部的位置内预埋多根预应力钢索（16）；

S2、在端模之外设置固定台座（19），采用张拉机具从固定台座以先张法张拉预应力钢索（16）；

S3、超高性能混凝土浇筑施工，振捣、排气；

S4、养护超高性能混凝土；

S5、超高性能混凝土达到设计强度后，放松预应力钢索（16），建立预应力；

通过以上步骤实现轻量化航道渡槽的制备。

10.根据权利要求9所述的轻量化航道渡槽的制备方法，其特征是：在端模靠近槽体内壁的位置预留插筋孔，插筋孔沿着槽体（1）底部的缓坡段（13）周向布置为多个；

在步骤S3中,开启端模位置的插筋孔，依次沿槽体的纵向将插筋（15）插入超高性能混凝土中，以实现挤压排气，并增加超高性能混凝土的强度。

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