察汗乌苏水电站进水塔滑模设计与施工
摘要:察汗乌苏水电站引水洞进水塔结构较为复杂、作业高差大、工序繁多、施工干扰大、工期紧、质量要求高。传统模板施工作业周期长,不能满足施工进度要求。滑模施工工艺具有模板整体性强、不变形、施工速度快、表面光滑等优点,因此确定除底板及胸墙以下结构尺寸变化大的部位以外,主要使用滑模施工,并取得了速度快、质量优的良好效果。
1 工程概况
察汗乌苏水电站工程位于新疆维吾尔自治区巴音郭楞蒙古自治州和静县境内,是开都河中游河段水电规划中的第7个梯级电站。该工程规模为大(2)型工程,共安装3台103 MW的水轮发电机组。引水发电洞进水塔结构由拦污栅结构和事故闸井结构组成,以进水口中心线对称结构布置,全长35.5 m;结构高程1 601.00~1 654.00 m,进口底板高程为1 603.00 m。进水塔顶唇胸墙采用1/4椭圆曲线。进水口拦污栅分4孔,孔口尺寸为5 m×15 m;事故闸门孔口尺寸为8 m×9 m。结构两侧墙呈“八”字布置,侧墙厚2.5 m,在拦污栅墩后墙体与事故闸井间设有5道层间板,板厚1.00 m(见图1)。
2 施工方案
2.1 方案的选择
引水发电洞进水塔的结构体型在一定高程范围内变化较小,符合滑模施工要求。对滑模施工和常规模板施工两种方案进行了比较,结合本工程工期紧、任务重的特点,在充分考虑施工安全、质量、进度要求基础上,确定主要使用滑模施工,对于底板及胸墙以下结构尺寸变化大的部位采用常规模板施工。
2.2 方案的优化
由于进水塔结构占地面积较大,达823 m2,根据发电洞进水塔结构特点及荷载分析,如对进水塔使用整体滑模,使用千斤顶的数量多达107个,电动机的功率也显不足,其滑升同步问题很难解决,容易出现模体偏移及其它问题,因此,对进水塔结构采用分块滑模施工(见图2),即分为A块(拦污栅结构块)和B块(事故闸井结构块)两块。A块滑模滑升高程为1 618~1 649.50m,计31.5 m;B块滑模滑升高程1 603~1 646.25 m,计43.25 m。
3 滑模设计
进水塔(以事故闸井结构块为例)滑模采用1 000 mm×1 200mm矩形桁架梁作为模板的围囹,桁架梁主梁采用∠80×8角钢,腹杆采用∠63×6角钢,模板采用δ=6 mm普通钢模板,高度1.50 m,提升架采用“开”型及“F”型提升架。“开”型提升架主梁为[18槽钢或800 mm×600 mm的矩形桁架梁,高度为4.0 m,横梁采用[14槽钢,制作成格状结构,“F”型提升架主梁采用[18槽钢,高度为1.8 m,提升动力采用40台10 t穿心式千斤顶,支承杆(俗称爬杆)采用Φ48×3.5钢管。
在实际施工中,由于爬杆占用1根竖向钢筋的位置,因此每根爬杆代替相应位置的竖筋。为了便于混凝土脱模后进行混凝土养护及混凝土表面缺陷修补,在桁架梁下端吊挂一辅助平台,平台采用∠50×5角钢,辅助平台800 mm宽,铺δ=50 mm马道板,利用Φ16钢筋每隔1.5 m悬挂在桁架梁上,外侧焊接围栏并挂设安全防护网,以确保施工人员的安全。
为确保滑模施工的顺利进行,经设计同意,在施工过程中对进水塔的部分施工工艺进行了适当的调整:
(1)由于滑模体由刚性材料制成,受滑模滑升影响,二期门槽插筋不宜外露,因此将门槽插筋进行等强代换,即将Φ25二级钢换为Φ25一级钢,其纵向间距经计算后由50 cm调整为33.3cm。并将插筋弯成90°后紧帖模板,待滑模上升后,再将插筋人工掰直。
(2)发电洞进水塔拦污栅与事故闸井之间设有层间板,滑模施工部分有4层层间板。为满足滑模整体性要求,将层间板留作二期混凝土浇筑,并预留二期混凝土插筋,插筋采用螺纹套筒对接施工,接头交错布置。
4 滑模施工
4.1 混凝土配合比及滑升速度确定
滑模施工中,混凝土固身初凝时间至关重要。不同配合比、不同施工环境都会影响固身初凝时间,混凝土固身初凝时间过长影响滑模进度,混凝土固身初凝时间过短容易造成死模事故。根据混凝土配合比及施工条件,经试验可得混凝土固身初凝时间为8~10 h(约0.1 MPa),因此,在模板高度1.5 m内,可暂定每2 h滑升约30 cm左右,每天滑升3.5 m。
4.2 液压系统调试
液压系统调试包括对千斤顶、高压油管、分支、控制台等各部分的耐压测试。千斤顶油管5台(根)为1组,加压力15 MPa,5 min不渗油,其行程调至3 cm正负误差小于1 mm。
4.3 模体安装
当1 618 m高程以下部位的散模施工结束后,即可进行A块滑模体的安装,B块在1 603~1 612 m高程采用滑模和常规模板相结合施工,在1 620 m高程重新改装滑模。
模体安装之前,在结构外侧同一水平面上用Φ32钢筋焊接临时支承架,其宽度不小于1.2 m。
桁架梁在地面加工好之后,利用布置在进水塔前的塔机吊至已安装好的临时支承平台上,准确对中,找平,依次安装模板,提升架及千斤顶。
4.4 钢筋绑扎
滑模施工中,钢筋的绑扎采用边滑升边绑扎钢筋、平行作业方式,而且钢筋的绑扎始终超前混凝土30 cm左右,钢筋的垂直运输利用塔机吊至滑模工作盘上。
4.5 混凝土入仓方式
混凝土水平运输采用混凝土罐车,垂直运输则采用混凝土泵,利用滑模架上的溜槽分别向两侧均匀对称入仓,混凝土泵管随着模体的上升而加长,为了保证混凝土顺利入仓,要求混凝土和易性好,坍落度控制在15~17 cm。
4.6 滑模滑升
滑模施工应遵循“少提、勤提”的原则,提升间隔时间大于0.5 h,对称下料,每次下料厚度为30 cm。混凝土初次浇筑和模板初次滑升应严格按以下6个步骤进行:第1次浇筑10 cm厚半骨料的混凝土或砂浆;接着按分层30 cm浇筑第2层,厚度达到70 cm时,开始滑升3~6 cm;第3次检查脱模混凝土凝固是否合适;第4层浇筑后滑升6 cm;第5层又滑升12~15 cm;第6层浇筑后滑升20 cm,若无异常现象,便可进行正常浇筑、滑升。
滑模的初次滑升要缓慢进行,并在此过程中对液压装置,模板结构以及有关设施在负载情况下作全面检查,发现问题及时处理,待一切正常后方可进行正常滑升。
确定合适的滑升时间,可根据以下几点进行鉴别:滑升过程能听到“沙沙”的声音;出模的混凝土无流淌和拉裂现象;手按有硬的感觉;并能留出1 mm左右的指印,能用抹子抹平。
混凝土表面修整是关系到结构外表的工序,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用原浆压平或修补,如表面平整亦可不做修整。
4.7 测量控制
滑模在滑升过程中,受各种不均匀动力影响,模体可能会发生偏移,为方便及时地观察模体偏移,在闸门门槽两端中心线位置上悬挂两根(或4个角各设1根)重垂线,同时在模体的上游侧下放两根重垂线,每滑升30 cm时检查重垂线相对于初始混凝土的位移,发现偏差及时纠偏。
4.8 混凝土的养护
混凝土的潮湿养护是保证其质量的重要环节,由于脱模后混凝土表面暴露,为避免出现裂缝,在辅助盘上沿混凝土壁设喷水管进行养护。
5 结语
引水发电洞进水塔应用滑模施工带来的效果十分明显:
(1)滑模施工连续性好,滑升速度快,日滑升高度约3.5 m;
(2)滑模体一次形成,施工过程中立模工作量少,重复工作量小及辅助性材料消耗少;
(3)工作盘一次形成后,人员高空作业安全、方便;
(4)混凝土表面平整度高、外观质量好,混凝土表面缺陷处理工作量小;
(5)滑模体一次性安装就位并加固后不易变形,混凝土结构形体偏差较小。
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