配重式拉模在三峡船闸边坡施工中的应用
摘要:三峡船闸正向进水口边坡支护为梯级边坡,混凝土面板,支护总面积约3万m²,混凝土约1.4万m³,工程工作面场地小,施工道路狭窄。在借鉴国内外面板混凝土滑模施工工艺和方法的基础上,本工程对滑模结构及施工工艺进行了部分改进,采用配重式滑模施工,使其具有结构简单、节省材料、操作容易及施工速度快的特点,有效提高了边坡混凝土施工进度和质量。
1 概况
三峡船闸正向进水口边坡位于船闸右侧,与右挡水坝段相连,支护总面积约为3万m²,混凝土方量1.4万m³,坡比为1∶2和1∶1.5,护坡面板为素混凝土结构,面板厚度40 cm,面板下有30 cm砂石垫层,分幅尺寸为4 m×4 m,部分无垫层面板分幅尺寸为4 m×5 m。坡面水平间距2 m,垂直间距5 m设有排水管。
坡面地质基础分基岩面、弱风化区、强风化区和回填区4种,基岩区及弱风化区护坡不设垫层,直接浇筑混凝土,排水管采用基岩面打孔埋设PVC塑料管;强风化和回填区设有砂石垫层,排水管利用无砂混凝土预制块埋设安装PVC排水管。边坡形式为梯级边坡,高程从185~130 m,在高程145、160、175 m设有宽度3 m的马道(部分马道宽为5 m)。护坡周边地形小,没有足够的施工备料及回车场地,且工地可用做施工道路的马道宽度较窄,无法使用大中型等机械设备。因为坡面长且有一定的坡度而利用滑槽方式卸料入仓。结合本工程特点,在充分保证质量的前提下,采用配重式拉模工艺浇筑边坡混凝土。
2 滑模工艺比选与优化
当前,对于面板混凝土滑模施工,国内外主要有以下几种方式:
(1)以Cethana和Tortuan大坝为代表的施工方式,其特点有:①滑模由坝顶台车上的卷扬机或穿心千斤顶提升;②利用坝体填筑时预埋的混凝土锚着块锚固轨道及侧模;③侧模固定在轨道梁一侧,轨道架在轨道梁上,用螺栓调整,侧模、轨道全线架立到顶;④滑模采用压重式,无反扣轮,在轨道上行走,重量176.5~196.12 kg。
(2)巴西Foz Do Areia坝的施工方式:①在轨道安放位置浇筑混凝土条块并埋设锚筋,轨道靠锚筋锚固;②轨道安放在侧模上,侧模用硬木制作,全线架立到顶;③滑模采用压重式,无反扣轮,在轨道上行走,滑模上装有液压千斤顶和夹轨器,利用轨道自行,滑模重78 kg。
(3)泰国Khao Laem坝的施工方式:①滑模用坝顶台车上的卷扬机牵引,直接在型钢顶面行走,重量78 kg;②利用穿越纵缝的横筋固定侧模和轨道;③用薄壁型钢组成侧模兼做滑模轨道,侧模全线立到顶。
(4)西北口的无轨滑模施工技术:①取消轨道,滑模在新浇混凝土面上滑行;②滑模自重的法向分力主要依靠仓内新浇混凝土承受;③侧模只对新浇混凝土起侧向分力约束和准线作用,侧模分段在施工中翻转循环使用;④利用钢筋网做滑模安全保险根基。
经过对以上国内外护坡滑模施工方式的比较,并结合本工程的施工特点和场地等制约因素,对滑模结构和施工方式进行了优化,尽量减少对机械设备的投入和使用,采取配重式拉模施工方式,并使滑模具备了以下特点:①侧模和轨道合二为一,侧模利用30 cm宽普通钢模板和10号槽钢组装,槽钢兼做侧模并起轨道作用;②侧模不承担面模板及压重,面模及压重靠新浇混凝土承担,取消侧模、轨道的锚着块,侧模直接立在垫层和基础面上;③面模采用可拆卸结构,用槽钢拼装,便于人工转移安装;④取消钢模台车,面模靠卷扬机牵引在坡面上行走;⑤面模的配重根据不同边坡结构随时利用压块增减,便于保证质量及安全。
3 拉模结构及受力分析
3.1 面模
根据护坡不能利用起吊设备的特点,面模结构采用25号槽钢进行拼装,面模宽度按不小于1.20 m设计,实际施工中利用5根25号槽钢组装,槽钢之间钻孔后用螺杆连接,为保证面模的钢性和整体性,垂直面模加3根25号槽钢加固,与面模之间用螺栓连接,面模长度根据不同仓位宽度采用了5、6 m两种规格,保证面模在轨道上滑行时,两侧有足够的安全距离防止滑落。面模在前后两块槽钢两端焊接吊环,前面吊环用来挂卷扬机,后面吊环用来挂收光平台,面模配重利用预制混凝土块或自制水箱压重,面模后面焊接挡板防止配重掉落,在不同坡比下采用不同的配重满足受力要求。
3.2 侧模
因为护坡混凝土面板厚度为0.4 m,面板下部为砂卵石垫层,考虑到模板只能靠人工搬运、安装,所以,侧模结构采用普通钢模板立模30 cm,在上边用6 m的10号槽钢连接,保证侧模的整体性,10号槽钢兼做侧模和拉模轨道的作用。侧模斜撑与埋入基础的插筋连接固定,斜撑间距2 m。由于在施工中面模的重量基本由混凝土承受,所以面模不用担心承重问题,只需要考虑混凝土的侧压力对斜撑进行加固。混凝土平均侧压力F侧=0.5×9.8ρh2/cosθ,实际中经过计算F侧=2.15 kN/m。
3.3 牵引系统
取消钢模台车,改为卷扬机在马道上打桩固定作为牵引系统。面模采用两台50 kN卷扬机进行牵引,卷扬机远离浇筑仓面固定在坡顶或坡脚,减少卷扬机的移动挪位,在坡顶或坡脚安装定滑轮将钢丝绳转向,两台卷扬机采用一个总开关、两个倒顺开关控制,可以实现同步和异步运行。不同边坡下的最大总牵引力F牵= (9.8GbL+P)sinθ+fGbLcosθ,b为面模宽度;L为面模长度;P为收光平台等外加荷载;f为面模与混凝土之间的摩擦系数。施工中G=1 679.45 kg/m²,b=1.2 m,L=6 m,P取5 kN,f取0.5,则F牵=73 kN,选用两台50 kN的卷扬机提升拉模可以满足要求。
4 施工工艺
拉模施工工艺主要包括:坡面及砂石垫层验收→立模验仓→面模卷扬机安装→混凝土入仓振捣(包括埋设分缝沥青砂板及排水管)→抹光、收面→养护保温。
(1)分缝。护坡拉模浇筑施工过程中,水平施工缝采用1.5cm厚沥青砂板现埋隔缝,减少施工分缝造成的停仓和处理,一次拉模施工到顶。
(2)入仓。采用溜槽入仓,在坡顶架设集料斗,仓内摆动滑槽和人工撒锹使混凝土均匀入仓。
(3)振捣。采用插入式硬轴振捣棒结合软轴振捣棒振捣的方式进行平仓振捣。
(4)抹面收光。在面模后拖挂收光平台,跟随面模一同提升。收光平台在必要时也可以单独固定和提升。收光平台与面模用钢丝绳连接,根据不同气温下混凝土的初凝时间不同,调整钢丝绳的长短以控制收光抹面时间。收光后及时进行洒水养护和保温覆盖。
(5)面板施工。可以采用跳仓浇筑、挨仓浇筑和夹仓浇筑,在安装后侧模坡脚直接将面模拼装完毕,同时在坡顶打锚杆架悬挂转向滑轮,卷扬机就位后安装钢丝绳。浇筑过程中通过控制两个卷扬机同步运行使面模上行或下行,当两侧模板上升速度不同时,改为卷扬机异步运行进行调整,拉模一般按照每20~30 cm上行1次,在浇筑间歇时每隔30 min提升1次,防止模板与混凝土粘结。混凝土浇筑完后,将面模拆卸清理后转入下一仓浇筑。施工中立模放样要求准确,同时对侧模支撑结构要有足够的强度,支撑点必须稳固,施工中采用打孔埋插筋固定。
(6)三角块和边角不规则块混凝土施工。对于三角块及边角不规则块混凝土浇筑,在浇筑过程中采用旋转法进行施工,通过控制卷扬机的提升先后次序,先提起面模一端,另一端相对固定进行浇筑。
5 效果分析
通过对配重式拉模的改进和应用,在施工中取得了良好的效果。
(1)提高了施工质量,在混凝土浇筑中,面模没有出现浮起现象,面板平整度好,而且没有出现蜂窝麻面现象。
(2)采用拉模连续施工,提高了混凝土浇筑速度,同时用沥青砂板隔缝分块,拉模浇筑过程中不停,大大加快了施工进度。在不同气温下浇筑混凝土时,通过调整混凝土的塌落度和初凝时间,加快了拉模的提升速度。在1∶1.5边坡上平均拉模速度为1.36 m/h,最大拉模速度达到了2.69 m/h;1∶2边坡平均拉模速度为1.74 m/h,最大拉模速度达到了3.56 m/h。
(3)结构简单,施工方便,采用可拆卸装置和活动配重,方便了人工操作。
(4)节约了成本,该拉模结构采用普通槽钢和钢模板,增加了拉模设施的周转次数,其次由于提高了效率和进度,节约了施工成本。
6 结语
配重式拉模在施工中有很好的应用前景,但在使用中应注意以下几个方面的问题:
(1)配重式拉模适宜在较缓的坡度使用,一般在1∶1.5~1∶3的坡度使用,陡坡面容易出现上浮。
(2)施工中应控制拉模上行速度,避免滑行过快引起混凝土板面的“隆起”现象。
(3)不同温度条件下,在保证满足混凝土质量的前提下,可以调整混凝土性能,提高拉模速度。
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