一种沉管中腔模板抗浮装置及抗浮系统
技术领域
本实用新型涉及沉管隧道施工技术领域，特别涉及一种沉管中腔模板抗浮装置及抗浮系统。
背景技术
沉管隧道施工过程中，通常采用在船台上制作或干坞中预先制作完成沉管，然后对水底基础进行处理，最后将沉管安装在处理好的基础上，从而建成水底隧道实现通行。如图1所示，现有的沉管结构中，多数采用单箱三室型结构，这种沉管结构包括底板1、顶板2、两侧侧墙3和中间的两面中墙4，所述中墙4与两侧侧墙3之间分别形成用于车辆通行的行车道廊道5，两面中墙4之间形成中腔，中腔作为中廊道6用于布置沉管附属设施。
在预制沉管隧道过程中，分为多个管节单独预制，然后进行浮运并安装在预先布置的水底隧道基础上，多个管节之间进行拼接形成完整的沉管隧道结构。预制沉管节段时，需要在行车道廊道、中廊道及沉管节段外侧分别布置浇筑模板，针对现有技术采用每个沉管节段的浇筑模板单独拼装、单独拆卸的方式发明了一种沉管隧道中腔模板体系，该中腔模板体系将中廊道内的浇筑模板划分为左模板和右模板两大块，并将左、右模板固定在排架上，左侧排架和右侧排架均连接在可伸缩式的支撑横梁上，通过布置在支撑横梁上的液压油缸使得左模板和右模板能完成就位和脱模动作，并且该支撑横梁布置在主桁架上，主桁架两端端部安装有带升降液压油缸的支腿，通过升降液压油缸实现中廊道浇筑模板的顶部脱模，从而解决了现有技术中需要反复安装、反复拆卸导致施工效率低下的问题，大幅减少了施工人员在中廊道内的工作量。
但是，随着上述技术问题的解决，带来了新的技术问题，由于中廊道的宽度较小，而在采用沉管全断面浇筑过程中，由于浇筑速度较快，在中墙浇筑过程中，中廊道内底部的返浆特别严重，不仅影响了中廊道的预制混凝土成型质量，而且对中廊道的结构尺寸精度也有较大影响，对此，技术人员试探性地采用布置在中腔浇筑模板底部可拆卸式地连接压浆模板的方式，分别在左模板和右模板底部连接压浆模板，该方法虽然解决了返浆问题，但是沉管中腔模板却存在上浮现象，从另一方面影响了沉管中廊道的成型质量和精度，因此，如何解决上述问题成为了施工技术人员所面临的难题。
此外，施工技术人员在考察现有技术如何解决中腔模板上浮的技术问题时发现，由于现有技术在预制沉管混凝土过程中，基本上是采用分层分段的浇筑方式，这种浇筑方式不论针对那种模板结构形式（一种是每段浇筑管段现场拼装模板，浇筑完成后全部拆除、转移，到下一段浇筑管段时再全部重新搭设；另一种是本申请前述介绍的整体式安装、拆卸和转移的结构形式，每次浇筑沉管管段时，不需要重新搭设，只需要控制伸缩系统使模板就位即可的方式），均不存在中腔模板的上浮问题（但是分层分段浇筑存在影响沉管抗渗性的分层裂缝的问题），另一方面，如果采用每段浇筑管段现场拼装模板，浇筑完成后全部拆除、转移，到下一段浇筑管段时再全部重新搭设的模板结构，并同时采用全断面浇筑时，由于中腔模板底部封闭，一方面不利于气泡排出影响质量，另一方面由于上浮力过大，所面临的解决方式也会完全不同。
因此，针对上述技术问题的方方面面，如何利弊权衡，找到既能防止中腔模板上浮，又能保证中腔模板体系的拆装方便，同时还要达到成本较低、施工效率高的效果，成为了技术人员头疼的问题。
实用新型内容
本实用新型的发明目的在于：针对在采用全断面浇筑工艺施工沉管隧道的过程中，由于采用整体式安装、拆卸和转移结构的中腔模板体系，进而需要在中腔模板底部布置压浆模板防止返浆时，存在中腔模板上浮的技术问题，提供一种沉管中腔模板抗浮装置及抗浮系统，该抗浮装置包括布置在中腔模板顶部的垫块，该垫块同时抵紧顶板钢筋笼，依靠钢筋笼的自重来固定中腔模板，达到抗浮目的，该抗浮装置结构简单，制作和安装都非常方便，具有较好的推广应用价值。
为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为：
一种沉管中腔模板抗浮装置，包括安装在中腔模板顶部的多个顶部垫块，该顶部垫块的高度与所述中腔模板顶部到顶板钢筋笼的距离对应，使得所述顶部垫块的上部和下部分别与所述顶板钢筋笼和中腔模板顶部贴合。
通过在中腔模板顶部设置顶部垫块的方式作为沉管中腔模板的抗浮装置，从而依靠顶板钢筋笼的重量限制中腔模板向上移动，实现抗浮的目的，进而保证浇筑过程的稳定性。采用顶部垫块的方式，不仅结构形式简单，而且制作和安装都非常方便。
作为本实用新型的优选方案，所述沉管中腔模板抗浮装置还包括安装在中腔模板侧面的多个侧部垫块，多个所述侧部垫块的厚度与所述中腔模板侧面到中墙钢筋笼的距离对应，使得所述侧部垫块的两侧分别与所述中墙钢筋笼和中腔模板侧面贴合。
进一步地，多个所述侧部垫块分别布置在中腔模板两侧。
通过在中腔模板侧面设置侧部垫块，一方面依靠中墙钢筋笼的自重挤压，对侧部垫块产生一部分侧向力，进而使得侧部垫块与中腔模板之间产生摩擦力，另一方面，在浇筑混凝土过程中，侧部垫块受到混凝土的侧向压力和浇筑荷载，侧部垫块与也会与中腔模板产生较大的摩擦力，通过上述两方面的摩擦力来固定沉管中腔模板，进一步提升中腔模板的抗浮能力，减少中腔模板由于受到浮力作用上浮导致位移变化情况的发生；
另外，通过在中腔模板侧面设置侧部垫块，能对中腔模板进行左右方向的固定，有效减少混凝土浇筑过程中，由于中腔模板受到浮力而失稳，进而发生左右晃动的情况。
作为本实用新型的优选方案，所述顶部垫块和侧部垫块上均开设有用于扎丝穿过且绑扎在钢筋上的孔洞。
通过在顶部垫块和侧部垫块上布置孔洞，扎丝穿过孔洞后绑扎到钢筋笼上，使垫块固定在钢筋笼上，避免垫块安装后受到施工影响而发生掉落，确保顶部垫块和侧部垫块不移位。
作为本实用新型的优选方案，所述顶部垫块和侧部垫块为强度与混凝土保护层相当的混凝土垫块。
作为本实用新型的优选方案，所述顶部垫块与侧部垫块为长条形垫块，包括与钢筋笼侧接触的支撑面和与模板接触的模板面，所述模板面为波浪形。
将垫块的模板面设置为波浪形，在浇筑混凝土过程中，混凝土会流入到除波峰以外的其他凹陷部位，使得拆模后，安装有长方形模块的地方只看到波峰处的融合线，并不存在通向钢筋笼的直缝，既减小了对混凝土外观的影响，也增加了沉管混凝土的防渗透性。
作为本实用新型的优选方案，所述沉管中腔模板抗浮装置用于整体式拼装的中腔模板体系中，所述中腔模板体系包括连接在左侧排架上的左模板和连接在右侧排架上的右模板，所述左模板和右模板分别布置在中廊道两侧，两者通过连接在左侧排架和右侧排架上的可伸缩式支撑横梁拼装形成具有一定间隙的完整中腔模板，所述支撑横梁上安装有用于控制左模板和右模板之间间距的横向伸缩系统，该中腔模板体系还包括用于填补所述间隙的活动模板和位于左侧排架与右侧排架之间的主桁架，该主桁架用于放置所述支撑横梁，所述主桁架上还设置用于使所述支撑横梁沿该主桁架长度方向移动的滑移系统，在所述主桁架两端设有带升降机构的支腿，该支腿布置在中廊道两端端部外侧，该中腔模板体系还包括安装在左模板底部和右模板底部的压浆模板，该压浆模板包括分别与左模板和右模板可拆卸式连接的左压浆模板和右压浆模板。
将本方案的沉管中腔模板抗浮装置用于整体式拼装的中腔模板体系中，一方面能解决在全断面浇筑过程中中腔模板上浮的问题，另一方面，采用整体式拼装的中腔模板体系，提高的中腔模板体系的拆卸、搭设效率，施工成本较低，再一方面，通过在底部设置压浆模板，既不会影响气泡排出，也会避免中腔模板上浮力过大的问题，本方案的沉管中腔模板抗浮装置非常适用于这种结构。
对应地，本申请还提供了一种沉管中腔模板抗浮系统，包括采用如上述所述的沉管中腔模板抗浮装置对中腔模板进行固定，还包括用于增加中腔模板自身抗浮力的第一布置结构及用于增加顶板钢筋笼重量的第二布置结构。
提高沉管中腔模板抗浮能力是项系统工程，不仅需要依靠外部装置实现对中腔模板的固定，从而达到抗浮的目的，提高浇筑过程的稳定性，同时采用本方案的抗浮系统，通过增加中腔模板自身的抗浮能力，以及提高顶板钢筋笼的重量，从外部抗浮装置、中腔模板自身和钢筋笼结构三个方面实现抗浮，大幅度提升了中腔模板的抗浮能力，进步增强浇筑过程的稳定性，保证沉管结构的结构尺寸精度。
作为本实用新型的优选方案，所述中腔模板安装在主桁架上，该主桁架两端端部分别设置有支腿，所述支腿下底部下方安装有预埋构件，所述第一布置结构包括将该支腿与所述预埋构件连接。
进一步地，所述支腿与预埋构件焊接或紧固件连接。
进一步地，所述支腿上还连接有固定底板，通过固定底板与预埋构件连接。采用该结构形式，保护支腿结构安全，不被破坏。
作为本实用新型的优选方案，所述第二布置结构包括将顶板钢筋笼和中墙钢筋笼连接成整体的第一连接钢筋组。
所述第一连接钢筋组分别与顶板钢筋笼和中墙钢筋笼焊接，从而使顶板钢筋笼和中墙钢筋笼形成整体结构，增大顶板钢筋笼的重量，进而通过顶部垫块限制中腔模板上浮。
作为本实用新型的优选方案，所述第二布置结构还包括将底板钢筋笼和中墙钢筋笼连接成整体的第二连接钢筋组。
所述第二连接钢筋组分别与底板钢筋笼和中墙钢筋笼焊接，从而使底板钢筋笼、中墙钢筋笼和顶板钢筋笼形成整体结构，增大顶板钢筋笼的重量，进而通过顶部垫块限制中腔模板上浮。
进一步地，所述中墙钢筋笼包括靠近顶板钢筋笼的顶部钢筋组，还包括靠近底板钢筋笼的底部钢筋组，所述顶部钢筋组延伸至顶板钢筋笼并与其焊接，所述底板钢筋组延伸至底板钢筋笼并与其焊接，进一步使底板钢筋笼、中墙钢筋笼和顶板钢筋笼形成整体结构。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本实用新型的有益效果是：
1、通过在中腔模板顶部设置顶部垫块的方式作为沉管中腔模板的抗浮装置，从而依靠顶板钢筋笼的重量限制中腔模板向上移动，实现抗浮的目的，进而保证浇筑过程的稳定性。采用顶部垫块的方式，不仅结构形式简单，而且制作和安装都非常方便；
2、通过在中腔模板侧面设置侧部垫块，一方面依靠中墙钢筋笼的自重挤压，对侧部垫块产生一部分侧向力，进而使得侧部垫块与中腔模板之间产生摩擦力，另一方面，在浇筑混凝土过程中，侧部垫块受到混凝土的侧向压力和浇筑荷载，侧部垫块与也会与中腔模板产生较大的摩擦力，通过上述两方面的摩擦力来固定沉管中腔模板，进一步提升中腔模板的抗浮能力，减少中腔模板由于受到浮力作用上浮导致位移变化情况的发生；
3、通过第一连接钢筋组将顶板钢筋笼和中墙钢筋笼连接起来，以及通过第二连接钢筋组将底板钢筋笼和中墙钢筋笼连接起来，从而使顶板钢筋笼、中墙钢筋笼和底板钢筋笼形成整体结构，增大顶板钢筋笼的重量，进而通过顶部垫块限制中腔模板上浮，增加抗浮性能。
附图说明：
图1为单箱三室型沉管结构示意图。
图2为实施例1中沉管中腔模板抗浮装置的结构示意图。
图3为实施例1中顶部垫块安装结构示意图。
图4为实施例1中另一实施方式的顶部垫块安装结构示意图。
图5为实施例1中侧部垫块的结构示意图。
图6为整体式拼装的中腔模板体系的结构示意图。
图7为沉管中墙模板抗浮系统的布置结构示意图。
图8为用于安装沉管中腔模板的主桁架的结构示意图。
图9为图8中主桁架的端部结构示意图。
图中标记：1-底板，2-顶板，3-侧墙，4-中墙，5-行车道廊道，6-中廊道，7-中腔模板，71-左模板，72-右模板，8-顶部垫块，9-顶板钢筋笼，9a-横向钢筋，9b-纵向钢筋，10-侧部垫块，11-中墙钢筋笼，11a-顶部钢筋组，11b-底部钢筋组，12-孔洞，13-支撑面，14-模板面，15-左侧排架，16-右侧排架,17-支撑横梁，18-横向伸缩系统，19-活动模板，20-主桁架，21-滑移系统，211-滑轨，212-导向轮，22-支腿，23-第一布置结构，24-第二布置结构，24a-第一连接钢筋组，24b-第二连接钢筋组，25-预埋构件，26-底板钢筋笼，27-机械连接杆，28-升降机构，29-压浆模板，29a-左压浆模板，29b-右压浆模板。
具体实施方式
下面结合附图，对本实用新型作详细的说明。
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
实施例1
本实施例提供了一种在沉管预制混凝土浇筑过程中用于控制沉管中腔模板上浮的装置，如图2所示，该沉管中腔模板抗浮装置包括安装在中腔模板7顶部的多个顶部垫块8，该顶部垫块8的高度与所述中腔模板7顶部到顶板钢筋笼9的距离对应，使得所述顶部垫块8的上部和下部分别与所述顶板钢筋笼9和中腔模板7顶部贴合。
优选的实施方式为：沉管中腔模板抗浮装置还包括安装在中腔模板7侧面的多个侧部垫块10，多个所述侧部垫块10的厚度与所述中腔模板7侧面到中墙钢筋笼11的距离对应，使得所述侧部垫块10的两侧分别与所述中墙钢筋笼11和中腔模板7侧面贴合。
进一步地，多个所述侧部垫块10分别布置在中腔模板7两侧。
如图3-5所示，在混凝土浇筑过程中，钢筋笼（包括顶板钢筋笼9和中墙钢筋笼11）受到浇筑混凝土的冲击力后可能会发送轻微晃动，导致所述顶部垫块8和侧部垫块10均可能发生轻微移动，因此，优选在顶部顶块8和侧部垫块10上开设孔洞12，将垫块绑扎在钢筋笼上进行固定。
作为其中一种优选的实施方式，顶部垫块8和侧部垫块10采用形状相同的垫块，且两者均为强度与混凝土保护层相当的混凝土垫块。沉管预制混凝土包括内层的钢筋混凝土和外层的素混凝土，素混凝土层也就是钢筋笼表面到模板这段长度内的混凝土，素混凝土层通常作为混凝土保护层,所述顶板钢筋笼和中墙钢筋笼均包括横向钢筋9a和纵向钢筋9b，所述顶部垫块8和侧部垫块10与横向钢筋9a或纵向钢筋9b贴合，并采用扎丝穿过孔洞12将其与横向钢筋9a和/或纵向钢筋9b拴牢。
在实际使用时，所述顶部垫块8与侧部垫块10优选采用长条形垫块，包括与钢筋笼侧接触的支撑面13和与中腔模板7接触的模板面14，所述模板面14为波浪形。如图4所示，顶部垫块8也可采用长度和宽度大致相当的方形垫块，因为顶部垫块8受力较大，采用方形垫块存在受力更好的优点。
本实施例的沉管中腔模板抗浮装置优选用于整体式拼装的中腔模板体系中，如图6所示，所述中腔模板体系包括连接在左侧排架15上的左模板71和连接在右侧排架16上的右模板72，所述左模板71和右模板72分别布置在中廊道6两侧，两者通过连接在左侧排架15和右侧排架16上的可伸缩式支撑横梁17拼装形成具有一定间隙的完整中腔模板7，所述支撑横梁17上安装有用于控制左模板71和右模板72之间间距的横向伸缩系统18，该中腔模板体系还包括用于填补所述间隙的活动模板19和位于左侧排架15与右侧排架16之间的主桁架20，该主桁架20用于放置所述支撑横梁17，所述主桁架20上还设置用于使所述支撑横梁17沿该主桁架20长度方向移动的滑移系统21，在所述主桁架20两端设有带升降机构28的支腿22，该支腿22布置在中廊道6两端端部外侧，该中腔模板体系还包括安装在左模板71底部和右模板72底部的压浆模板29，该压浆模板29包括分别与左模板71和右模板72可拆卸式连接的左压浆模板29a和右压浆模板29b。
所述横向伸缩系统18包括安装在支撑横梁17上的伸缩式液压油缸，沿主桁架20的长度方向上布置有多个支撑横梁17，每个支撑横梁17上均左右分别布置伸缩式液压油缸，伸缩式液压油缸的两端分别连接在排架和支撑横梁17上，具体地，左、右伸缩式液压油缸的活塞杆端分别与左侧排架和右侧排架铰接，套筒端与支撑横梁17铰接。
所述滑移系统21包括滑轨211和用于驱动中腔模板体系沿主桁架20长度方向滑动的驱动电机，滑移系统21还包括布置在支撑横梁17上的导向轮212，混凝土浇筑完成且达到拆模状态时，通过横向伸缩系统18将中腔模板7抵紧在中墙混凝土上，主桁架20可通过驱动电机沿导向轮29移动。
实施例2
本实施例提供了一种沉管中腔模板抗浮系统，用于系统性地固定沉管中腔模板，控制其在混凝土浇筑过程中上浮。
如图2、图7、图8和图9所示，该抗浮系统包括采用实施例1中的沉管中腔模板抗浮装置对中腔模板7进行固定，还包括用于增加中腔模板7自身抗浮力的第一布置结构23及用于增加顶板钢筋笼9重量的第二布置结构24。
作为其中一种优选的实施方式，所述中腔模板（含左侧排架15、右侧排架16及支撑横梁17等相关附属结构）安装在主桁架20上，该主桁架20两端端部分别设置有支腿22，所述支腿22下底部下方安装有预埋构件25，所述第一布置结构23包括将该支腿22与所述预埋构件25的连接结构。
进一步地，所述预埋构件25采用用钢丝绳、钢管、钢筋混凝土预制件或圆木等做成的地锚，所述支腿22与预埋构件25锚固连接，预埋构件25也可以采用预埋钢结构，所述支腿22与预埋钢结构25焊接或紧固件连接，本实施例采用预埋基础钢板，支腿与基础钢板螺栓连接形成第一布置结构。还可以先在支腿上连接固定底板，再与预埋构件连接。
所述支腿22上方通常设置有用于升降主桁架20的升降机构28，为了保护该升降机构28，所述支腿22与主桁架20之间还设置有机械连接杆27，该机械连接杆27与支腿22可拆卸式连接，升降机构28将主桁架20上升到位后，通过机械连接杆27固定连接，使得中腔模板在受到浮力时，通过机械连接杆27传力受力。
第二布置结构24包括将顶板钢筋笼9和中墙钢筋笼11连接成整体的第一连接钢筋组24a，所述第一连接钢筋组24a分别与顶板钢筋笼9和中墙钢筋笼11焊接，使顶板钢筋笼9和中墙钢筋笼11形成整体结构。
第二布置结构24还包括将底板钢筋笼26和中墙钢筋笼11连接成整体的第二连接钢筋组24b，第二连接钢筋组24b分别与底板钢筋笼26和中墙钢筋笼11焊接，进一步使底板钢筋笼26、中墙钢筋笼11和顶板钢筋笼9形成整体结构，增大顶板钢筋笼9的重量。
作为其中一种优选的实施方式，中墙钢筋笼11包括靠近顶板钢筋笼9的顶部钢筋组11a，还包括靠近底板钢筋笼26的底部钢筋组11b，所述顶部钢筋组11a延伸至顶板钢筋笼9并与其焊接，所述底部钢筋组11b延伸至底板钢筋笼26并与其焊接，进一步使底板钢筋笼26、中墙钢筋笼11和顶板钢筋笼9形成整体结构。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
