尼尔基尾水闸墩变断面滑模的设计与施工
摘要:尼尔基水利枢纽尾水闸墩及下游墙采用了滑模施工技术,因其具有滑模结构不对称,下游墙频繁收台,模体频繁安拆的特点,使得该次滑模施工突破了常规的固定断面施工。介绍了变断面滑模施工的原理、结构设计和施工方法,与常规施工方法对比表明,其在质量、进度、效益等方面均具有优越性。
1 工程概况
尼尔基水利枢纽位于嫩江干流中游,控制流域6万km²,具有防洪、工农业供水、发电等综合利用效益,是嫩江流域水资源开发利用、防治旱涝灾害的核心工程。厂房采用河床式,共装机4台,单机容量6.25万kW,总装机容量25万kW,年平均发电量6.4亿kW•h。
尼尔基水利枢纽尾水闸墩设计形式为8孔溢流,每个机组2孔,包括1个中间墩、2个边墩以及尾水副厂房下游墙(简称“下游墙”)。4、3、2号机设计长均为24.98 m、底部宽11.1 m,1号机组长27.48m(右侧边墩加宽2.5 m),底宽度不变。4个闸墩的下游墙是变化的,底部厚3 m,顶部收至1.5 m,共分3次收台,每次收0.5 m。可采用滑模施工高度为15.21 m,起滑高程172.55 m,第1次收台高程177.35 m,第2次收台高程182.15 m,第3次收台高程186.76 m,滑模结束高程187.76 m。尾水闸墩及尾水副厂房下游墙分层见图1。
尼尔基尾水闸墩滑模施工的显著特点是:滑模结构不对称,下游墙频繁收台,模体频繁安拆。在15.21 m高的滑升中要在不停盘情况下收台3次,整个模体需安拆4次,同时还要进行1次改装。
2 滑模设计
尾水闸墩滑模设计的关键是滑模操作盘设计和千斤顶的布置以及下游墙收台模板的设计。其他为常规设计。
2.1 滑模装置组成
尼尔基尾水闸墩采用液压整体滑升模板施工,滑模采用整体钢结构,滑升动力装置为ZYXT—36型自动调平液压控制台,滑模装置由以下几部分组成:
(1)模板。直墙段模板采用6 mm厚钢板制作而成,曲线段采用6 mm厚的钢板弯制而成,用L50mm×5 mm的角钢作为加筋肋同操作盘桁架梁焊接固定。围圈主要用来加固闸门槽模板,使其成为一个整体,围圈采用上下两道,选用[14槽钢,也同操作盘桁架梁焊接固定。
(2)提升系统。提升架是滑模与混凝土间的联系构件,主要用于支撑模板、围圈和滑模盘。并且通过安装在顶部的千斤顶支撑在爬杆上,整个滑升荷载将通过提升架传递给爬杆,爬杆由!48 mm的钢管制成,根据施工经验和常规设计,采用“7”形和“开”形提升架,“7”形提升架选用18号槽钢和16mm厚钢板焊制,固定在桁架梁上面。
(3)滑模盘。滑模盘分为操作盘和辅助盘。操作盘为施工的操作平台,承受工作、物料等荷载,操作盘框架结构既是操作平台,又是模板骨架。由于滑模尺寸大、结构不对称、下游墙收台、模体频繁安拆等因素,使得操作盘框架结构设计是本次滑模设计的核心。经过计算选用L100、L75角钢加工制作的1 200 mm×1 000 mm复式桁架梁。下游墙收台选用并列两个1 200 mm×800 mm复式桁架梁,外部桁架梁为固定梁,同整个模体相连,上部用4道上浮桁架梁同闸门槽桁架梁焊接固定;内部桁架梁为带模板的活动梁,利用圆钢吊架悬吊在上浮梁上,并与固定梁焊接固定。考虑滑模吊装和安拆方便,整个操作盘框架分6个相对独立分体,单件最大质量14 t。桁架梁结构上铺马道板形成操作平台。辅助盘为养护、修面、预埋处理的工作平台,采用钢木结构悬吊布置,沿混凝土面布置一周宽800 mm平台,上铺马道板,用!25 mm圆钢悬挂在桁架梁上。
(4)液压系统。液压系统选用HQ-100型千斤顶,设计承载能力为10 000 kg,计算承载能力为5 000 kg,爬升行程30 mm,液压控制台为ZYXT—36型自动调平液压控制台,并通过高压油管与千斤顶相连,形成液压系统。根据常规荷载对滑模进行分析计算的结果是,需滑模千斤顶35台,考虑滑模体不对称,受力不均衡等因素,又实际选用40台。
(5)辅助系统。辅助系统包括洒水养护、中心测量、水平测量等装置。洒水管用胶!50 mm质软管制成,固定在辅助盘上。中心测量用重垂线,观察模体的水平位移,在模体的3个不同位置设3根重垂线。水平测量采用水准仪,主要用来观察滑模盘的水平度。
2.2 下游墙收台和模体安拆
2.2.1 下游墙收台
下游墙收台是该次滑模的一个重要环节,也是该次滑模设计的核心。如果没有收台,滑模施工也就是一般的常规施工。同尾水闸墩相连的尾水副厂房下游墙是一变化的墙体,在滑模施工的15 m高范围内,共收台3次,每次0.5 m。在设计中采用了平行梁、上浮梁悬吊活动模板、液压自动收缩等措施。采用平行梁和上浮梁既保证了模体的整体性和模体与活动模板的整体强度和刚度,又给活动模板提供了轨道。利用上浮梁底座对称布置4台滑模专用千斤顶牵引活动模板,利用固定梁均匀布置3台千斤顶推动完成液压自动收缩,使收台工作快捷准确。
在滑模荷载计算中,模体总重和静态施工荷载约占总荷载的1/2,因此当活动模板上千斤顶爬杆切除后对整个模体稳定不会产生影响,活动模板整体收缩是可行的。
2.2.2 模体安拆
由于滑模施工共分4个机组,需要进行多次安装和拆除,除第1次安装外,其余安拆分6组进行。拆除顺序为:上游墙固定梁→上游墙活动梁→右边梁→右侧框架梁→左边梁→左侧框架梁。安装顺序为:上游墙活动梁→右边梁→上游墙固定梁→右侧框架梁→左侧框架梁→左边梁。单件最大质量14 t,门机吊重能力为20 t。
3 滑模施工
3.1 正常滑升
滑模正常施工的顺序为:下料—平仓振捣—滑升—钢筋绑扎—下料。
3.1.1 混凝土浇筑
滑模浇筑混凝土按300 mm一层下料施工,采用70插入式振捣器振捣。根据现场施工情况确定合理的滑升速度,正常滑升每次间隔3 h,控制滑升高度30 cm,日滑升高度控制在2.4 m左右。
混凝土初次浇筑和模板初次滑升分6层进行:第1层浇筑100 mm厚砂浆,接着按300 mm一层浇筑2层,当厚度达到700 mm时,滑升30～50 mm检查脱模的混凝土凝固是否合适,第4层浇筑后滑升150 mm,继续浇筑第5层,滑升150～200 mm,第6层浇筑后滑升200 mm,如均无异常情况,则可进行正常浇筑和滑升。
施工进入正常浇筑和滑升后,必须保证混凝土浇筑强度、钢筋焊接强度和焊接质量满足要求。为此,在滑模开盘前将竖向主筋分为5种以上规格,每班接立筋量不超过总量的1/3,同时专业电焊工分片包干负责,以保证钢筋焊接强度和焊接质量。根据现场条件确定合理的滑升速度和分层浇筑高度,以确保浇筑质量。滑升过程中要有专人检查千斤顶的情况,观察爬杆上的压痕和受力状态是否正常,检查滑模中心线及操作盘的水平度。
3.1.2 表面修整及养护
闸墩混凝土表面修整关系到结构外表和保护层质量,当混凝土脱模后,须立即进行此项工作。一般用抹子在混凝土表面做原浆压平或修补,如表面平整亦可不做修整。为使已浇筑的混凝土具有适宜的硬化条件,减少裂缝,在辅助盘上设洒水管对混凝土进行喷水养护。
3.1.3 止水、预埋件及预留处理
由于尾水闸墩闸门槽有二期混凝土工程,需凿毛和埋件处理;边墩止水带、分缝闭孔板随浇随埋;下游墙预留板槽、梁窝、金属结构埋件等,设专人处理。
3.2 下游墙收台
下游墙收台是本次滑模施工的关键,为实现在不停盘的情况下收台,在施工中,采取控制分层浇筑厚度等措施实现软脱模技术。
(1)浇筑厚度控制。在下游墙浇筑中,采取了分薄层分台阶浇筑法,在收台前的浇筑过程中,下游墙分层厚度为20 cm,其他部位为35 cm,同时在下游墙分2～3个台阶。
(2)收台准备。收台准备工作包括滑模提空、爬杆加固、千斤顶安装、并行梁间连接拆除、模板清洗、下料准备、加固准备等。采取统一协调、专人负责方式,使各项准备工作有序进行。
(3)收台。收台部位模板滑空后,继续空滑2个行程,切除爬杆及内部桁架梁与固定梁连接部位,同时将提升千斤顶关闭,打开收台千斤顶,采用限位器控制行程进行内部桁架梁收缩,从而带动模板收缩。收台完毕立即加固爬杆、并将内部桁架梁和固定梁连为一体、模板下口封堵,在加固过程中开始混凝土下料工作。由于提前做好了各项准备工作,收台比较顺利,混凝土停料时间一般不超过1.5 h。
3.3 模体安拆
由于模体设计时,充分考虑了安拆问题,对模体进行了合理分块,使安拆工作得以顺利进行,各部分利用门机悬吊一步到位,上部拆除和下部安装同时进行,两个班时间就完成了安拆工作。
4 小结
2003年4月19日,左侧4号机尾水闸墩滑模开盘,至6月3日右侧1号机尾水闸墩滑模结束,历时46 d,完成了4个机组滑模施工,共浇筑混凝土8 140 m³,钢筋制安264 t。其中,滑模浇筑混凝土27 d,平均滑升速度2.25 m/d。总体看,尼尔基厂房尾水闸墩滑模施工,在质量、进度、效益上比其他支模方式优越,在水电工程施工中有广阔的应用前景。
(1)质量分析。与常规钢木模板施工相比,尼尔基工程滑模施工具有以下优点:①外观质量好。出模后的混凝土无接缝痕迹及涨模、收模引起的缺陷;且施工中无拉条,避免了后期混凝土腐蚀孔洞的产生。②整体性强。由于滑模施工一次浇筑成型,因而整体性强,防渗性能高。③混凝土振捣相对密实。因每次浇筑高度受到限制,且必须均匀连续上升,对混凝土的振捣非常有利,完全可避免由于混凝土一次浇筑较高而引起的漏振、振捣不能深入下层混凝土的弊病。
(2)进度分析。由于滑模施工具有连续浇筑的特点,与常规施工相比,减少了分层工序,相应地减少了层与层间的支模、凿毛、养护、拆模、技术间隔时间;同时由于滑模具有自身滑升的性能,因此在施工中不受辅助支撑架的限制,在施工中建筑物的高度越高,滑模的优越性越明显。
(3)效益分析。由于滑模施工比常规施工快,在同等工程量情况下,人工消耗相对比定额的要少,工程量越大、建筑物施工高度越高,差别越大。在材料消耗上,板枋材、卡扣件、铁件、预埋铁件、铁钉、仓面混凝土的耗用量基本为0,而组合钢模板、型钢的耗用在混凝土施工工程量较大时,可与整个模体用量持平。在施工机械上,可不用风水枪,塔式起重机的台班用量也相对比定额要小。不考虑施工进度提前产生的效益情况下,浇筑8 140 m³混凝土组合钢模板施工与滑模施工所需费用比较见表1。
5 结论
在结构断面发生单向整体性收缩变化的高大建筑物施工中,利用滑模施工要比钢木模板、组合钢模板、多卡模板施工安全、优质、高效。尤其在高度20 m以上的建筑物体现的更明显。
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