摘要:三峡右岸地下电站进水口边坡支护工程总面积4万m2,支护混凝土1.6万m3。针对该工程质量要求高,施工工期紧,高边坡交叉作业干扰大等特点,葛洲坝集团七公司三峡建设公司经过反复研究和试验,在浇筑陡边坡混凝土中采用强制式滑模施工方案,有效保证了工程质量和进度,取得了较好的效果。
关键词:支护混凝土浇筑;强制式滑模;三峡工程
1 工程概况
三峡工程右岸地下电站进水口布置在白岩尖北坡与茅坪溪沟之间,其边坡支护采用混凝土面板结构,设计每幅面板宽度10 m,厚度40 cm,混凝土标号r28200,混凝土设计总量16 000 m3。在坡面上布置有系统锚杆及排水管,并有单层钢筋网与锚杆连接,钢筋保护层厚度10 cm。鉴于该工程分布范围广,支护总面积达到40 000 m2;高边坡施工,分别在 40 m~ 150 m、 150 m~ 165 m、 165~ 175 m、 175 m~ 185 m四个阶梯坡面(典型断面见图1)上进行混凝土浇筑;交
叉作业干扰大,现场不易布置大型施工设备;工程位于右岸坝头,对混凝土外观要求较高,在 175 m~ 185 m边坡上采用了配重式滑模施工方案,有效保证了工程质量和进度,取得了较好的效果。但是当坡度陡于1∶1.0时,配重式滑模施工过程中的提升模板的牵引力增大,而混凝土表面的施工所需的正压力变小,不能满足较陡坡面的滑模施工。通过参考有关规范和资料,结合 175~ 185滑模的成功经验,决定采用强制式滑模进行1∶0.7、1∶0.3和直立边坡的浇筑,在实践中取得了成功,保证了质量、工期,同时还节约了成本。
2 滑模设计
根据工程特点,滑模结构面模拟采用长11 m,宽1.2 m的整体模板。顺坡向用三组工字钢固定面模,面模与工字钢间用滚轮支撑,以减少摩擦。工字钢每隔一定的间距用拉条锚固在建基面上,侧模采用建筑钢模板。模板简图如图2。
图2
2.1 面模
面模(图3)长11 m,宽1.2 m, [12槽钢作围檩,﹂7.5角钢作肋板,δ5钢板作面板,制作成4小块,用镙栓连接拼装而成,总重量20 kn。为保证面模刚度,在其背后加三榀[16桁架。吊环用32钢筋制作,焊接于面模两端。对面模与侧模接触的上、下口倒角,以防止在升降过程中带动侧模。面模两端与侧模搭接长度各50 cm。
图3
2.3 侧模
侧模采用建筑钢模板,用钢管及u型卡等进行立模。
2.4 结构受力计算
2•4•1 浇筑时对面模作用力的计算(按直立边坡计算)
(1)施工时采用插入式振捣器,则振捣混凝土时产生的荷载对面模的作用力为f1=4 kn/m2?。
(2)混凝土采用溜槽入仓,则倾倒时对垂直面模产生的水平荷载为f2=2 kn/m2。
(3)新浇混凝土作用于模板的最大压力计算如下。采用滑模施工时,混凝土分4层浇筑,混凝土对模板压力沿三角形分布,故把模板中心点的压力f3作为平均压力,本设计中按下列两式计算,并取其中的较小值:
f3=0.22rt0β1β2v1/2
=0.22×24×(200/(25+15))×1.0×1.0×(0.6)1/2
=20.45 kn/m2
f3=rh=24×0.45=10.8 kn/m2
式中:r———混凝土的湿密度;t0———新浇混凝土初凝时间;
β1———外加剂修正系数;β2———混凝土塌落度修正系数;
v———混凝土浇筑速度;h———混凝土的有效压头高度。
选取f3=10.8 kn/m2
因只有最上面一层混凝土存在f1和f2的作用,按4层换算成面模平均应力为(f1+f2)/4,则新浇混凝土作用于模板的最大压力f=(f1+f2)/4+f3=12.3 kn/m2
2.4.2 面模受力计算
(1)抗弯计算
面模两侧受力结构为悬臂形式,变形最大,其结构形式在混凝土浇筑时受力弯矩为:mmax=ql2/2=(12.3×1.2×1.752×106)/2=22.6×106n•mm
式中:q———均布荷载 l———悬臂长度截面所需抵抗矩为:
wn=mmax/(rf)=22.6×106/(1.05×215)=100×103mm3
式中:r———钢抗弯强度增加系数
f———钢的设计抗弯强度
设计中选取3根[16作为桁架,组合后的抵抗矩为:
wz=279×103mm3。因为wz>wn,则选取的槽钢满足
抗弯要求。
(2)挠度计算:
fmax=ql48ei=12.3×1.2×1.754×10128×2.1×105×7496×104×3=0.37 mm式中:e———钢材的弹性模量;i———钢材惯性矩,i=3i′i′———桁架梁惯性矩,计算得7496×104此挠度表示浇筑过程中面模与侧模间缝隙满足规范要求。
2.4.3 工字钢受力计算
固定工字钢的拉条间距l=3 m。受力按最不利荷载考虑,则单根工字钢受力计算简图如4。
图4
mmax=ql1l2/4=(12.3×1.2)×3.25×3×106/4=35.98×106n•m
式中:l1———工字钢跨距 l2———工字钢锚固间距截面所需抵抗矩为
wn=mmax/(rf)=35.98×106/(1.05×215)=159×103mm3
选i20工字钢进行挠度fmax计算:
fmax=5ql1l2384ei=5×12.3×1.2×3.25×33×1012384×2.1×105×2500×104=3 mm此挠度表示混凝土表面平整度。因此选i20钢,其抵抗矩wz=250×103mm3>wn,平整度为3 mm,均满足要求。
3 提升系统
根据规范(sl32-92)的公式,直立边坡时按下式计算牵引力:t=[g+g+ra]k
取g=20 g=10 r=3.0 a=12 k=1.5计算得t=99 kn式中:g———滑模装置自重 g———施工荷载 r———模板与混凝土之间的摩阻力 a———混凝土与模板接触面积
k———牵引力安全系数在1∶0.3、1∶0.7边坡上按下式计算牵引力:
t=[τa+gsinθ+ gcosθ-p f1+gcosθf2]k
取τ=0.5 kn/m2 a=12 m2 g=30 kn p=10.8 kn
f1=0.5 f2=0.05 k=1.5式中:τ—模体与混凝土的粘结力 p—混凝土上托力
f1—钢模体与混凝土摩擦系数 f2—滚轮与轨道之间的摩擦系数 θ—模体倾角
经计算,1∶0.3、1∶0.7边坡上所需牵引力为54.38 kn和51.96 kn,均小于直立边坡。
选用两台30 kn慢速卷扬机提升模体,定滑轮换向,动滑轮牵引,实际的牵引力达到ts=2×2×30 kn=120 kn,因ts>t,故牵引力满足要求。用两个倒顺开关分别控制两台卷
扬机,一个总开关控制两个倒顺开关,可实现两台卷扬机的同步或异步运行。
4 收光作业平台
在滑模下面设置一个作业平台,挂在面模上,浇筑时随模板一起上升。收光人员必须系安全带,模板顶部外侧加防护栏杆,并挂安全网,防止飞石伤及作业人员。
5 滑模施工程序
(1)清基
(2)架立侧模
(3)锚杆处理
(4)钢筋制安
(5)滑模系统安装 将面板用卷扬机就位在起坡处,然后将工字钢分别拼装至坡顶,水平方向每4 m用d50钢管对工字钢进行连接,垂直坡面方向用钢管支撑,以使工字钢平行与坡面,加强整体性,工字钢外侧用拉条和丝杆进行加固。
(6)混凝土浇筑 混凝土通过溜槽或溜筒入仓,75插入式振捣棒振捣。脱模强度控制在0.2 mpa左右,滑升最大间隔时间不超过1.5小时,滑升速度控制在0.5~1.2 m/h。
(7)收光、养护
6 应用效果评价
(1)由于滑模施工能够连续浇筑,减少了常规模板施工时各层面之间的重复工作量,有效降低了施工成本。
(2)提高了施工质量。由于滑模施工的连续性,减少了施工缝面,解决了常规模板施工易出现的错台、挂帘、混凝土表面气泡等质量问题。
(3)加快了施工进度,根据现场施工表明,气温在20℃以上时,1∶0.75、1∶0.3、直立边坡上混凝土浇筑速度分别可以达到1.0 m/h、0.8 m/h、0.7 m/h。
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