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水利工程建設混凝土結構裝配式技術發展應用探討
 
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2019-12-24

江西廖坊水利樞紐灌區二期工程預制渡槽

  山川秀美關鍵在水,建設美麗中國關鍵也在水。2014年,習近平總書記在中央財經領導小組第五次會議上,就我國水安全問題發表重要講話,提出了“節水優先、空間均衡、系統治理、兩手發力”的新時期水利工作方針,為新時期水利改革發展實踐提供了科學的思想武器和行動指南。

  節約資源、保護環境,是實現人類社會可持續發展的基礎,在水利工程建設過程中,時刻貫徹綠色發展理念更為重要。近年來,水利科技創新步伐不斷加快,在重大問題研究、技術引進與推廣等方面取得顯著成績,為可持續發展提供了有力保障。目前,我國水利科技在混凝土結構裝配式技術方面取得了一批先進技術成果的研發和推廣應用經驗,解決了眾多技術難題,有力提升了水利行業發展水平。通過綠色建造的方式,打造“山水林田湖草”生命體,實現人與自然和諧共生。

  一、裝配式建造技術概況及我國發展現狀

  裝配式建造技術是通過工業化方法在工廠內制造標準化產品,在施工現場通過機械化、信息化的工程技術手段,按不同要求進行組合和安裝,建成特定建筑部品的建造方式。其特點是建筑設計標準化、構件生產工業化、現場施工機械化。與傳統現澆模式相比,裝配式建造是將施工現場大量的高強度的作業移向“工作環境可實現人為控制的廠房內”進行現代化生產。因其在可持續發展、綠色環保、節能減排、質量控制等方面的優勢被政府定為建筑業升級轉型的發展方向并大力推廣。

  2016年可以稱之為中國裝配式建筑元年,2016年李克強總理在《政府工作報告》中明確提出“大力發展裝配式建筑”。16年2月份發布的《中共中央國務院關于進一步加強城市規劃建設管理工作的若干意見》(中發〔2016〕6號)中明確了推廣裝配式建筑的時間表——力爭用10年左右時間,使裝配式建筑占新建建筑的比例達到30%。

  三年來,我國裝配式建筑經歷了快速的發展過程,工業建筑、民用建筑、軌道交通、公路等工程建設領域中裝配式技術研發、推廣、應用發展迅速,在諸多標桿重點工程項目中成功應用。與這些工程應用領域相比,水利工程建設領域裝配式技術的實際應用相對滯后。

  二、混凝土結構裝配式技術在水利工程建設中的優勢

  因裝配式技術涉及材料結構較多,本文主要探討混凝土結構裝配式技術在水利工程建設中的應用,其優勢主要包括:

  1)施工效率高。水利水運工程項目施工多數須趕在枯水季完成,汛期來臨前交付,這就決定了水利工程項目建設的工期要求高。裝配式技術減少了施工現場的模板安裝、混凝土濕作業等環節,能夠顯著提高施工效率,保證項目建造進程可控。

  2)施工受季節、天氣影響小。裝配式建造技術現場作業量少,預制構件在工廠預制,施工現場拼裝,應用于高寒地區時,能有效解決高寒地區冬歇期較長,適宜施工天數較短的弊病。

  3)質量可控,F澆結構有大量的施工現場建造及養護環節,缺乏統一的建造標準和監測體系,質量問題較多。預制構件在工廠內標準化生產,質量合格出廠,極大地保證了工程質量。

  4)符合綠色低碳、可持續發展的理念。相對于現有的以施工作業為主的建造方式,工業化建造是未來發展方向。施工現場揚塵、噪聲和廢棄物排放大大減少,有效減少污染,保護環境、提升綠色水平。

  5)有效改善工人作業條件,減輕勞動強度。工業化建造方式可以改善建造工人的工作環境,提高其幸福感,具有重要的社會價值。

  三、混凝土結構裝配式技術在水利工程建設中的推廣與應用

  2016年以來,水利部科技推廣中心組織技術推介會、培訓班、現場觀摩和技術研討會等多種形式的活動,開展水利新技術、新材料、新工藝的推廣應用工作,達成優化資源配置,調動產學研積極性,搭建創新交流平臺的目標。分別在廣東、吉林、廣西、湖北等區域舉辦水利行業預制混凝土產品技術創新與應用研討會,邀請專家學者分享預制混凝土制品在水利水運領域的先進技術及工程經驗,滿足各區域水利行業特別是基層水利單位的技術革新需求,推動預制混凝土技術在各區域水利工程建設中的應用。

  裝配式綠色生態框護岸、預制仿木樁生態護岸、預制裝配式L型擋土墻護岸和預制裝配式空箱護岸、快速裝配式波浪樁生態護岸、快速裝配式護壁樁護岸等多種裝配式生態護岸技術在國際水利先進技術(產品)推介會上亮相,并入選推介名單,為一流水利工程落地提供科技支撐,為相關規劃編制、工程建設、科技推廣提供技術參考。

  隨著研發推廣向縱深推進,一些標志性的工程項目落地見效。

  1)預制渡槽在江西廖坊水利樞紐灌區二期工程中的應用

  廖坊水利樞紐灌區二期工程是國家“十三五”期間172項重大水利工程項目之一,是廖坊水利樞紐工程的重要組成部分。設計單位江西省水利規劃設計研究院在設計之初便提出了預制渡槽的應用方案。由于現澆渡槽大方量混凝土澆筑會碰到諸如施工質量控制難,澆筑環節受天氣溫度影響大等問題。且渡槽作為輸水結構,長期承擔廖坊灌區的農業用水輸送責任,產品的完工質量要求非常高。設計單位聯合生產方逐步將設計思路優化,具體實施,解決了現澆渡槽大方量混凝土澆筑可能碰到的各種問題,全天候、全季節裝配化施工。同時在施工過程中,創新提出預埋套筒方案,優化生產工藝,加快了施工進度、提升了工程質量。

  2)預制PRC樁支護在引江濟淮工程中的應用

  引江濟淮工程是國務院要求加快建設的172項重大節水供水工程之一,也是安徽省基礎設施建設標志性“一號工程”,被譽為安徽省的南水北調工程。作為引江濟淮中新開河項目,既要滿足引水供水的要求,也要滿足維持岸坡的長期穩定的需求。在前期多次試樁方案無法滿足要求的困境下,業主單位邀請設勘單位和科研院所經過多次審查論證,決定采用新型PRC樁支護方案,并最終成功在項目中應用。

  3)裝配式仿木棧道在潛江國際馬拉松水上賽道中的應用

  潛江返灣湖濕地公園生態修復工程項目是潛江市為潛江國際馬拉松賽事而建,確認新建水上賽道結構時,離開賽時間已經非常緊迫,原定的現澆方案已無法滿足工期需求。設計單位果斷修改方案,嘗試采用預制樁、預制梁、預制板現場拼裝的方式,減少施工工期。同時聯合生產單位對預制板梁的連接方式進行了優化處理,最終順利完工,保證了賽事的順利進行。

  4)波浪樁生態護岸在山東豬籠河項目中的應用

  山東豬籠河項目屬于桓臺縣地下水漏斗區域綜合治理示范工程。該項目前期業主單位計劃使用擋墻作為支護,但現場水流較大、工期緊,方案可行度不高。在支護方案的選擇上,針對現場水流較大、工期緊,傳統擋墻護岸施工周期長、生態效果差、施工質量難以保障的問題,采用裝配式生態護岸方案可較好的解決。其施工快捷、綠色環保、費用可控的優勢得到了業主單位的認可。

  5)預制樁在獨流減河防潮閘閘下消能防沖設施加固處理工程中的應用

  獨流減河是海河流域重要行洪入海通道,也是天津市防洪的南部屏障,該項目處于入海通道口,根據原有方案需要進行分期導流、建設圍堰,施工過程復雜,施工量大,成本高,工期長。最終采用預制樁防沖方案,相對于傳統作業方式,該方案的減少了工期,縮減了成本,實現了經濟效益與社會效益雙贏。

  6)木紋樁與護壁樁在通揚運河高郵段整治工程中的應用

  通揚線航道西起蘇北運河高郵運東船閘,經興化、泰州、姜堰、海安、如皋、南通、通州、海門,東至啟東呂四港,全長約300km,橫貫蘇中地區揚州、泰州、南通三市,高郵段整治工程設計單位創新提出木紋樁及護壁樁組合方案,將航道支護、生態景觀融為一體,獲得業主與設計單位的認可。該項目也是木紋樁與護壁樁裝配式技術在重大航道建設工程中的首次應用。

  7)裝配式護岸在丹金溧漕河金壇段中的應用

  項目創新使用了預制空箱式擋土墻護岸,護岸總長逾1km。護岸墻身工廠預制完成后,通過水路運輸至現場直接進行浮吊安裝,減少了圍堰土方和施工臨時道路,同時施工現場廢水污水、建筑噪音、粉塵污染等也大幅度減少,將施工對交通和環境的影響降到最低。該項目獲得了2017年度中國水運建設行業協會科學技術獎三等獎。

  眾多項目的落地證明,合理施工的裝配式水利水運建筑的安全性是能夠保證的,這些研究為裝配式建筑在全國水利行業中的推廣應用起了積極示范作用。

  四、水利工程建設的生態化發展趨勢

  隨著水利工程建設自身產業結構的不斷升級,人們對河道景觀生態建設問題的關注度也逐步增加。城市河道整治基于確保原有河流形態的前提下,融入景觀生態設計,從而合理地構建生態河道景觀已經成為發展趨勢。

  河道設計除滿足航運、排澇、蓄水以及防洪等基本功能外,進一步加強其休閑、旅游、景觀以及生態等功能也成為設計單位考慮的重要因素。最終目標是讓城市居民感受自然河流的景觀美感,并通過打造親水建筑、水鄉、水城以及園林等人工建筑景觀為居民帶來更好的視覺享受。

  在此趨勢下,為了有效建設水利工程河道景觀,裝配式建造技術的優勢再次凸顯,

  裝配式綠色生態框護岸、預制裝配式L型擋土墻護岸和預制裝配式空箱護岸等多種裝配式生態護岸技術,能有效的實現恢復河道、固土種植、構建生態走廊,實現人與自然和諧相處。

  五、混凝土結構裝配式技術的發展建議

  當前,隨著裝配式建造技術在各工程建設領域的迅猛發展,憑借其優勢與潛力,水利工程建設大力發展預制裝配式技術大有可為。在推進裝配式技術發展過程中,成本核算方式的改變、技術工人熟練程度的提高、產品設計及項目管理模式的合理化、標準化程度的提升及政府的激勵性政策、推廣宣傳成為推動發展的重要因素。這就需要水利行業內更多的設計院、高校及企業共同關注預制裝配式技術,結合更多的工程進一步加快產品研發進程;編制相關規范、標準、圖集及定額;完善質量評價體系;提升施工的機械化程度,用創新升級為中國水利事業發展貢獻力量。

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