摘 要:洪家渡水电站引水洞检修闸门井衬砌混凝土施工时间紧,且具有井身长、体型复杂、钢筋绑扎量大等特点,故采用了滑模技术。实践表明,采用滑模一次浇筑成型、人工抹面技术,既消除了混凝土汽泡、麻面、错台等质量缺陷,又明显加快了施工进度、节约了投资。本文对洪家渡水电站引水洞检修井混凝土施工中滑模技术的应用情况作了系统的介绍。
关键词:水利工程施工;引水洞检修闸门井;混凝土施工;滑模技术;洪家渡水电站
0 前言
洪家渡水电站引水系统采用三洞三机单独供水方式,在引水洞的上平洞段布置有3个检修闸门井(以下简称竖井)。竖井的横断面形状为“凸”字形(见图1),下游侧为通气孔,井身高89•0m,其中标准段长为64m。竖井衬砌混凝土总方量约1•3万m3,配置有约2 200 t的钢筋。井身标准段从2003年5月1日开始施工,要求2003年8月31日全部结束,故具有时间紧、任务重、工作量大等特点。因此,如何保质保量按期完成竖井衬砌混凝土施工,模板的选择就显得异常重要。
由于采用滑模浇筑混凝土有许多优点: a.可连续施工、速度快(节省了分仓浇筑的间隔时间);b.及时脱模进行抹面,可确保成型良好、避免错台及麻面的产生; c.安全性好、总体效益好;同时,考虑到洪家渡水电站引水系统的3个检修闸门井加上泄洪洞的闸门井共有4条竖井,滑模的利用率高(引水洞竖井衬砌混凝土施工结束后稍加改装可用于泄洪洞竖井施工)。因此,最后决定采用滑模进行竖井衬砌混凝土的施工。
1 滑模设计及其结构
1•1 滑模设计
1•1•1 滑模样式
为了尽可能利用1套滑模来完成4条竖井混凝土的施工,而且滑模改造的工作量又要最少,根据以往竖井滑模设计及施工经验,将该套滑模设计成桁架式。即先按施工3条引水洞竖井进行设计,待引水洞竖井施工完成后换上短节,就可以再用来施工体型尺寸稍大的泄洪洞竖井。
1•1•2 滑模面板的选择
以往的滑模面板都是用6 mm厚钢板整体制作,这对减少滑模滑升阻力及提高衬砌混凝土外观
质量的作用比较明显。但设计时考虑到要节约成本、提高工效等实际因素,经反复研究改成选用p3015钢模板做滑模面板。
1•1•3 滑模施工提升设计
滑模施工提升设计所遵循的施工程序是:先一次绑扎完外层钢筋,然后边绑扎内层钢筋、边滑
升。据此,将爬杆位置设在距模板10 cm处并替代相应位置的分布筋;并考虑在距桁架3m高处设计一分料平台及钢筋绑扎操作平台。滑模滑升时的摩阻力f,根据现行的经验公式计算,即
f=km (p1+p2) s
式中: k为附加系数,取经验数值k=1•5; m为摩擦系数,金属模板m=0•4;p1为混凝土作用于模板的水平侧压力, p1=p(h+0•05),取p为2•45t/m3,取h为0•3m一层,为3层共0•9m(h为滑模浇筑高度);p2为混凝土入仓时作用于模板的水平荷载,因井身衬砌厚度大,可忽略; s为模板面积。按上式计算得滑模滑升时的摩阻力37•932 ,t加上滑模的自重11•4 t及浇筑时施工人员与各种器具对滑模的荷载约为2•5 ,t再考虑顶部操作平台要堆放5 t钢筋,则爬杆需承担的总荷载f总为56•832 t。设计采用14根φ48mm×3•5mm(管壁厚)钢管为爬杆,则爬杆的压应力为δ=f总/(a×14)=156•46 n/mm2,此值小于爬杆允许的抗压强度
[δ]=205 n/mm2;模板提升采用14个油压千斤顶,共计可提供出力63 ,t能满足施工要求。
1•2 滑模结构
1•2•1 模板系统
模板系统由以下几部分组成:
(1)模板:由组合钢模板(120 cm×30 cm)和特种钢模板组成,为减少滑模滑升时的摩阻力便于
模板滑升,模板安装时应上口小、下口大,使模板形成单面0•3% ~0•5%的倾斜度。
(2)围圈:围圈用于固定模板,承受模板传来的水平荷载和竖向荷载,并将其传递到提升架上。
围圈采用角钢桁架式结构,断面尺寸为75 cm×80 cm。
(3)提升架:由横梁和铺板组成,周围布置栏杆。
1•2•2 工作平台系统
工作平台系统主要包括以下几部分:
(1)上部受料平台:由立柱、梁和铺板组成,周围布置栏杆,供浇筑时下料用。
(2)中间操作平台:用木板铺设在两侧围圈上构成,是浇筑混凝土施工人员的操作场地,该平台
上布置有液压系统控制台及其他操作设备。
(3)下部吊脚手架:主要供衬砌混凝土浇筑后抹面、找预埋钢锚板、衬砌混凝土养护及质量检查用,由吊杆、横梁、脚手板及护栏组成。脚手架吊于围圈桁架上,宽75 cm。
1•2•3 液压滑升系统
液压滑升系统是滑模滑升的动力装置,由支承杆(爬杆)、液压千斤顶、液压控制台和油路等组
成:
(1)爬杆:是千斤顶爬升的轨道,采用φ48mm×3•5mm钢管组成,单根长3~6m,要求同一高程上的接头应不超过25%,且相邻爬杆接头位置应错开。爬杆接头处用φ36mm钢筋丝牙连接。
(2)液压千斤顶:采用穿心式楔块千斤顶(qyd-60a),通过油压反复供油和停油来完成一
次循环,以此来带动模板滑升。
(3)液压控制台和油路系统:用于操作千斤顶的运转及供给千斤顶油压。液压控制台(hy-36)主要由电动机、油泵、换向阀、溢流阀、压力表、油筒等组成。油路系统是连接控制台至千斤顶使油液通行的管路,主要由油管、管接头、分液器、针阀等部件组成。
2 滑模施工技术
洪家渡水电站引水洞竖井滑模施工的示意图如图2
图2 洪家渡水电站引水洞竖井滑模施工示意图
2•1 滑模施工程序
滑模施工前应先完成1 075•1m高程以下非标准段衬砌混凝土施工。竖井滑模衬砌混凝土施工为连续施工,要求各工序间紧密配合,其施工程序为:测量放线、钢筋绑扎、溜管布设、仓面验收、衬砌混凝土浇筑、滑模滑升、抹面、混凝土养护等。
2•2 送料系统、衬砌混凝土配比及坍落度的选择
2•2•1 送料系统设计
在参照了三峡工程中的mybox缓冲器及鲁布革水电站使用的缓冲器效果后,本工程决定仍然用鲁布革水电站工程中使用的缓冲器。这并不意味着技术的倒退,而是因为mybox缓冲器制作要求很高,而且在使用中也有极其严格的要求,最关键的是mybox缓冲器极易受到混凝土骨料冲击而损坏,或易发生堵塞,处理人员必须到高空进行拆换或处理工作,极易诱发安全事故。而一般缓冲器因为体积大,顶盖是活动的(是为更换冲击筋块预留),不会继续往上堵。在近70m下料线上安装了4个缓冲器,第1个在溜管末端,下接溜筒入仓;中间2个为18m设计1个,第4个在第1根溜管末端。为安全起见,用两根φ25mm钢绳在左右两侧对称拉住溜管(第1根溜管靠法兰盘自行固定在一龙门架上)。经计算:整个系统自重2 ,t溜管全部装满混凝土时总重4•8 ,t单根φ25 mm钢绳承载力为31•4 ,t全部荷载传递到锁口衬砌混凝土和跨井钢梁上,可以保证施工安全。
2•2•2 衬砌混凝土配合比及坍落度的选择
(1)衬砌混凝土的配合比见表1。
表1 洪家渡水电站引水洞竖井衬砌混凝土配合比
(2)衬砌混凝土坍落度的选择。洪家渡水电站引水洞竖井衬砌混凝土的坍落度,设计提供了3~7 cm的参考坍落度,经过与同等高度及相同施工方法的三峡工程进行比较后,选用了(10±2) cm的坍落度, 12 cm最大坍落度主要用于浇筑通气孔及靠近闸室钢筋较密区(该处钢筋设计为4层,主筋间距为12•5 cm),以后逐渐减少衬砌混凝土坍落度。
2•3 衬砌混凝土入仓、振捣
(1)下料和平仓。混凝土在拌合楼拌好后,用8m3混凝土搅拌车运至现场,先用溜管溜到操作
平台的主溜槽上,再设分溜槽输入仓内。下料时要求混凝土入仓下落高度不大于2m,且不可直接冲击滑模。浇筑第一仓混凝土前应在老混凝土面上铺1层2~3 cm厚的水泥砂浆,入仓混凝土应均匀对称下料,高差不得超过30 cm,并按一定方向、次序分层、对称平仓(层厚30 cm),还要满足上层混凝土履盖前下层不出现初凝的要求。应随浇随平仓,不得堆积,若产生骨料堆积时,用人工将其铲到砂浆较多的部位,避免出现骨料集中现象。
(2)衬砌混凝土振捣。采用软轴振捣器对称振捣,每一位置的振捣时间,以混凝土不再显著下
沉、不出现气泡,并开始泛浆为准,通常以20~30 s为宜。由于钢筋间距较密,振捣器2次插入混凝土内的水平距离应以30 cm为宜;插入位置呈梅花型布置,并插入下层混凝土5 cm左右;振动棒距模板不少于20 cm,严禁触动钢筋、锚板和滑模;无法使用振捣器的部位辅以人工振捣。
2•4 滑模
滑模组装后应首先检查其牵引系统、爬杆等的可靠性,排除一切阻碍模板滑升的因素,且保持上下指挥通讯和信号的畅通。用φ48mm钢管及调节丝杆将上口滑模与岩壁间撑牢,间距1m;内孔大井采用钢管加密支撑方案,间距2m,以避免衬砌混凝土刚浇筑上升时使滑模出现倾斜。内撑随衬砌混凝土浇筑上升逐渐拆除。
2•4•1 滑模滑升
(1)初始滑升。首批入仓的混凝土分层连续浇筑至60~70 cm高后,当混凝土达到一定强度(0•2
~0•3mpa,即用手按新浇混凝土面能留有1mm左右的痕迹)时便开始试滑升。试滑升是为了观察混凝土的实际凝结情况,以及底部混凝土是否达到脱模强度。因此时全部荷载已由爬杆承受,故应特别注意检查爬杆有无弯曲迹象,以及千斤顶、油管接头有无漏油现象,模板倾斜度是否正常等。
(2)正常滑升。滑模经试滑升并检查调整后,即可进行正常滑升。正常滑升的速率应控制为10
~20 cm/h,每次滑升5~10 cm,控制日滑升高度为2•5~3m。滑模滑升时,若脱模混凝土有流淌、
坍塌或表面呈波纹状,说明脱模时混凝土强度还低,应放慢滑升速度;若脱模混凝土表面不湿润,手按有硬感或伴有混凝土表面被拉裂现象,则说明脱模时混凝土强度已较高,宜加快滑升速度。滑模滑升至距标准段顶部1m时,应放慢滑升速度准确找平,使最后浇筑混凝土的标高、位置正确;浇筑结束后,模板继续上滑,直到混凝土与模板完全脱开为止。
2•4•2 滑模纠偏
滑升过程中,会由于千斤顶不同步或受载不均衡而使模体产生倾斜。因此,在滑升过程中,应根
据测量队所提供的垂吊点及时纠偏。纠偏是采用渐变恢复方式或通过关闭部分千斤顶进行。纠偏时一次的纠偏量不能过大,否则会造成模板变形过大、模板及平台过分倾斜或使爬杆弯曲变形,并导致滑升阻力过大,所以当偏移量较大时应进行多次纠偏校正。纠偏时还应注意以下事项:
(1)应准备1根水准管,千斤顶爬杆每上升50cm时用水准管进行1次监测,随时掌握千斤顶高
差情况并及时进行调整。
(2)正常下料时应对称下料,但当模板发生偏差时,需有意改变布料方式,以保证模板不继续偏
离设计线。
(3)应设专人对模板、千斤顶、爬杆、液压系统进行维护,以便较好地完成滑升及纠偏工作。
2•4•3 滑模停滑
滑模停滑包括正常停滑及特殊情况下的停滑。正常停滑是指滑模滑升至预定高程时的停滑,特殊情况下的停滑包括雨天停滑、电源及其他意外因素引起的停滑等。停滑后,要在混凝土达到脱模强度时将模板全部脱离混凝土面,以防止模体与混凝土黏结在一起,并清理好模体上的混凝土和涂刷脱模剂。对特殊情况下的停滑,工作面按施工缝进行处理。
3 施工中出现的问题及改进措施
3•1 牛腿、爬杆与钢筋绑扎问题
牛腿伸入竖井内层钢筋有一定长度,常规所采用的方案为边滑模边从牛腿下绑扎竖井的内层横向筋,有工序交叉太多、耗费大量人力物力的问题。经认真分析,将牛腿进行缩短改造至竖井所有的内层钢筋外部,竖井的内层横向筋绑扎于竖向筋内侧,同时将爬杆移至离混凝土面3 cm左右。这样一来,可一次性绑扎完所有钢筋,使滑模滑升减少了中间环节,提高了滑升速度(见图3)
3•2 通气孔内滑模滑升问题
通气孔最初采用滑模方案浇筑,因滑升作业与钢筋绑扎环节多、难度大,且滑升摩阻力大。经技术研究后,将通气孔滑模取消,采用p3015钢模做模板的小翻模技术方案进行浇筑,通气孔的小模板随竖井滑模的上滑进行翻模。改造后滑升顺利,通气孔衬砌体型较好。
图3 牛腿、爬杆调整示意图(单位: cm)
4 结束语
洪家渡水电站引水洞检修井衬砌混凝土施工是控制整个引水系统工期的关键线路,采用滑模
施工技术后,从2003年5月1日正式进行标准段施工,其中2号竖井标准段仅用23 d便滑升结束,平均日滑升2•7m(混凝土量140 m3),最大日滑升3•5m。4个竖井已于2003年12月初全部施工结束。
滑模以其经济实用、速度快、操作方便、结构简单、能及时抹面等优点,能有效地消除汽泡、麻面及错台等缺陷,使混凝土表面光洁、平整。采用滑模方案较立模分层浇筑方法具有明显的优点,值得推广应用
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