上海市石洞口污水厂提标改造工程, 主要是对40万m³/d处理规模的石洞口污水厂进行提标改造, 提高到一级A标准, 以及对原厂污水处理设施的改造完善、调蓄溢流水 (见图1) 。本项目主要涉及切换闸门井的改造, 实现尾水区切换闸门井与现状箱涵连接, 通过切换中隔墙实施, 使出水流至新建深度处理区域 (见图2) 。

目前, 现状箱涵已建成二十多年, 其底部可能存有混凝土块和淤泥, 且无法确认内部尺寸与早年设计图纸是否完全一致, 因此对选用产品的强度和精度提出更高要求。基于UHPC模板具有高度致密及优异的耐冲刷、耐化学腐蚀等耐久性能, 适合于长期处于水下环境工作, 且可作为结构部分, 实现与建筑结构同寿命。为保证UHPC模板精度, 可在工厂一体化拼装加工完成, 确保安全质量得到有效控制。

根据原设计图纸显示现有箱涵净高2 700mm, 顶板厚度350mm, 上、下面均设置有200mm×300mm加腋角, 为确保设置模板能够满足混凝土浇筑施工条件以及通水后中隔墙自身隔水性, 模板尺寸选取3 250mm (高) ×2 650mm (宽) (竖向模板高度伸出顶板面标高以上200mm) , 模板底部设置倒角尺寸为250mm×350mm (为确保模板顺利安放, 设计时比原设计倒角略大) 。

基于UHPC常规生产工艺水平及大量试验数据, 通过力学计算, 确定本次UHPC模板厚度采用63mm, 其各项力学性能指标如表1所示。

为确保UHPC模板的整体稳定性, 经抗压、抗弯、抗剪等强度验算采取如下固定措施。

1) 下中部拉结, 在距离底部设置1道对拉螺杆 (6根) , 模板迎水面对拉螺杆处反打制作1块钢板, 预先留有孔洞用于穿高强丝杆, 并与钢板采用螺母连接固定, 如图3所示。

2) 上部拉结, 在模板顶部设置1道对拉螺杆 (6根) , 排列方式与中下部相同。在对拉螺杆外侧放置定型角钢, 角铁翼板处与对拉螺杆对应处各设6个条状孔洞, 方便现场模板吊入孔洞时进行上下调节。

3) 顶部固定, 顶部模板开口短边处上翻模板放置定型角钢, 角铁侧面翼板开设2个孔洞, 通过与UHPC模板预埋螺栓机械连接, 在确保组合模板稳定性的同时, 也提高了新老结构接缝部位的抗渗效果, 如图4所示。

基于UHPC模板、钢筋骨架、下中部反打钢板、长短边4块角铁以及各类辅件的总体拼装质量较大, 除顶部设置2组4个吊耳外, 在吊钩位置另设钢筋网片进行加固, 以确保运输及实施过程中安全整体起吊, 如图5所示。

1) 由于现状箱涵受到污水多年腐蚀, 以及开孔凿除过程中箱涵内部可能存有混凝土块及淤泥, 导致底部易出现凹凸不平状况, 使得模板不能完全与箱涵表面接触。为防止漏浆渗水并保证浇筑的密封性, 在模板左、右、下3边的内侧安装橡胶止水条, 利用橡胶止水条的柔性保证模板吊入孔洞时, 周边裸露钢筋混凝土对模板不产生碰撞及破坏, 其次可吸收模板与箱涵之间的误差, 使其接触面紧贴, 如图6所示。

2) 现状箱涵顶部与角铁板接触面设置橡胶垫板止水, 宽度与角铁尺寸相同, 组合模板整体吊入现状箱涵后采用快硬砂浆进行及时封堵, 以确保顶部压实密封, 如图7所示。

UHPC组合模板拼装全部由工厂加工完成, 首先, 因两侧模板间不仅需要放置钢筋骨架, 且上、下、中部均需穿过对拉螺杆, 现场拼装难以在短时间内实现高精准度的拼装工艺;其次, 工厂拼装对事先设计考虑均不合理的地方可及时改进, 同时也保证组合模板在拼装过程中的人员安全, 且产品质量得到有效控制;最后, 在工厂方便对整体拼装完成的模板上留出的金属件及孔洞进行封闭, 以及模板迎水面进行聚脲滚涂处理, 以提高组合模板的耐久性能。

模具底模采用移动式芬兰全进口钢模台, 采用角铁作为边模;底部拉结钢板采用反打浇筑成型工艺, 钢板预先打孔, 插入PVC管, 用于穿高强丝杆, 与钢板采用螺母连接固定, 且在三边预埋U形橡胶止水带安装螺母孔、顶部预埋吊耳及加固钢筋网片。

UHPC具有极低水灰比, 导致浆料黏稠, 为保证浇筑模板过程中下料均匀, 避免浆料溅出, 对布料机下料口采取布料包裹措施, 且利用手持式振动棒排除混凝土中气泡, 保证UHPC模板质量。

浇筑完后表面用铁铲抹平提浆进行收水, 成型后可根据实际情况选择养护方式。工厂采用自然养护, 养护48h后均达到预制构件脱模起吊强度, 且混凝土抗压强度已达到80MPa以上。

UHPC模板采用平稳起吊要求, 4点进行脱模起吊, 脱模起吊时, 同条件养护混凝土立方体试块抗压强度已满足设计要求。

1) 将一侧模板吊入钢支座, 使用水平尺调整模板的水平及垂直度。

2) 将钢筋网片吊入一侧已固定钢支座的模板, 并对下中部2排共12根对拉螺杆进行一侧安装。

3) 一侧模板与钢筋骨架固定后, 将另一侧模板吊入并一次穿过下中2排共12根对拉螺杆。

4) 对模板顶部位置角铁、橡胶垫板止水及上部的6根对拉螺杆进行固定, 完成模板整体拼装。

根据既定实施方案, 整体吊入UHPC组合模板后, 放置预先加工的钢筋网片、U型和L型钢筋, 现场采用快硬混凝土及时封堵空隙。

基于上海市石洞口污水厂切换中隔墙项目的特殊性, 最终采用UHPC组合模板, 实施过程中的创新点主要突出在以下3个方面。

1) 安全性 原箱涵已建有多年, 内部可能存有氯化氢等危险化学气体, 人员作业风险较高, 采用该方案无须进入箱涵内部作业, 提高了施工安全性。

2) 耐久性 利用UHPC组合模板的超高强度、抗渗、耐腐蚀性作为中隔墙外模板, 对永久结构起到保护作用, 延长使用寿命。

3) 快速性 采用工厂预制拼装、现场整体吊装, 能够在短时间内完成施工, 对运行影响较小。