【摘 要】泡衣崂水坝是一座浆砌石重力坝,为WES型混凝土溢流面板坝。溢流面板施工设计采用卷扬机牵引滑动钢模板施工方法,较好地解决了大面积混凝土的浇筑。卷扬机牵引滑动钢模是以侧模为滑轨,滑模在滑轮上滑动,取消了轮架和行走装置。滑模长度以面板最大跨度控制,宽为15·4m,平均滑升速度0·7m /h~1m /h,达到了表面平整,无明显施工缝,质量优的目的。
【关键词】泡衣崂水坝 面板滑动模板 施工技术
1 工程概况
泡衣崂水坝位于佛得角共和国(CABOVEROE)圣地亚哥丝咯河上泡衣崂水文站附近,主要任务是发展农业灌溉和改善区域的生态环境。水坝总库容170万m3,正常蓄水库容120万m3,年供水量67·1万m3。
水坝主要建筑物由拦河坝、引水管及放水底管等组成。拦河坝轴线呈直线布置,由溢流坝和非溢流坝两部分组成,为混凝土心墙防渗浆砌石重力坝,坝顶总长153·00m,最大坝高28m。溢流坝位于河床中部,分3个坝段,分别长15·4m。坝顶设交通桥,桥墩将溢流堰分为5孔,单孔净宽8·52m,桥墩厚0·6m,总净宽42·60m,坝顶溢流前沿总宽度46·20m。溢流坝采用无闸控制WES型实用堰,堰顶与正常蓄水位齐平,高程为118·00m,建基高程最低为82·50m。溢流坝消能方式为挑流消能,挑流鼻坎顶高程102·50m,挑射角30°。非溢流坝位于河床两侧,坝顶总长106·80m,其中左岸坝段长57·50m,右岸坝段长49·30m。非溢流坝坝顶高程122·08m,坝顶宽度3·50m,上下游坡度分别为1∶0·2和1∶0·8。在左岸非溢流坝桩号0+046·00m、高程107·5m处设一根引水管,作为下游灌溉用水的取水管。桩号0+059·00m、高程100·60m处设一根放水底管。引水管和放水底管直径均为500mm,采用预埋钢管形式,出口设控制阀门。水坝右侧布置有一座中式仿古式纪念亭。
泡衣崂水坝为我国政府援建项目,也是佛得角共和国迄今为止最大的水利工程项目,施工质量要求十分严格。根据国内成功经验结合本工程实施情况,对该工程溢流面板采用了滑动模板的施工方法,在实践中取得了较好的效果,深受受援国政府及人民的好评。
2 滑动模板总体设计要求
2·1 设计思路
滑动模板是一种特定的施工方法,模板滑动和脱模受混凝土凝固速度控制。采用滑模施工必须在混凝土浇筑方案中统筹考虑,使混凝土拌和、运输和浇筑入仓同模板滑动、脱模等各道工作紧密地协调配合。滑模即是混凝土成型装置,又是作业的主要场所,因此滑动模板结构必须具有足够的整体稳定性和强度,以确保建筑物几何形状、尺寸的准确和施工安全。在设计计算滑模各组成部件时,应根据其构造和工作荷载组合,分别验算其强度和刚度。
2·2 滑模装置设计内容
滑模装置设计必须满足工程结构物成型的需要,应具有足够的强度、刚度及整体稳定性;运转灵活,安全可靠,便于运输、安装和拆除;并尽可能考虑其通用性。滑模装置设计,应包括以下内容:
(1)根据工程设计图纸,进行模板、操作平台、牵引或提升以及精度控制等系统的布置; (2)确定滑模装置结构型式及安装、拆除方法; (3)确定作用在滑模装置上的荷载,对模板和各种构件进行结构计算,得出加工及组装图,提出所需材料的材质、规格和数量; (4)进行牵引或提升计算,确定牵引或提升机具的型式、结构,提出规格、数量;(5)提出结构特殊部位的处理措施; (6)绘制总装配图。
2·3 滑模装置模板系统特点
滑模装置模板系统包括模板、围圈、提升收分车、操作平台系统:包括主梁、连接梁、吊脚手架、铺板等;液压提升系统:包括液压控制台、千斤顶、支承杆、油路等和精度控制系统等部分组成。
3 滑动模板结构设计
3·1 滑动模板各部件构造的一般要求
3·1·1 模板。宜用4mm~6mm厚的钢板焊接组成整体面板,高度为1000mm~1500mm,但最大不宜超过1500mm。模板宽度一般以200mm~600mm为宜。为便于滑动,模板必须具有一定的锥度,一般为模板高度的0·5%。
3·1·2 围圈。上下围圈间距通常为500mm~750mm,上围圈距模板上口不超过250mm,下围圈距模板下口不超过300mm,在设计荷载作用下的变形量,不应大于计算跨度的1/1000。
3·1·3 提升架。提升架至模板上口的高度,钢筋混凝土结构应不小于450mm,素混凝土应不小于1500mm。提升架的间距一般为1500mm~2000mm,若大于3000mm或围圈上有较大荷载时,宜制成桁架式围圈。
3·1·4 操作平台和吊架。操作平台宽度一般为800mm,平台铺40mm厚的木板,并与模板上口平齐。在操作平台之下,每隔1200mm悬挂一个吊架,上铺木板,外设安全栏杆。
3·1·5 爬杆。爬杆一般采用25mm圆钢(A3),经冷拉调直,其延伸率控制在2% ~3%以内;每节长度以4m为宜。为使在同一截面上接头不超过25%,第一节爬杆至少要用四种不同长度。爬杆的接头以丝扣连接,方便可靠。
3·2 滑动模板组装
滑动模板组装之前,宜选用普通模板浇筑建筑物基础混凝土,并将爬杆下端埋入混凝土内。混凝土表面经过凿毛处理和测量放线后,先搭设组装滑模的脚手架,然后依照下列顺序进行组装:绑扎结构钢筋→组装模板→操作平台大梁(或桁架)→提升架→围圈→液压系统(包括千斤顶和液压操作机及管路)→爬杆→内、外吊架。
3·3 混凝土浇筑和模板滑动
3·3·1 混凝土浇筑。利用滑动模板浇筑混凝土,必须将整个建筑物分为若干浇筑段,确保各段在同一时间内的浇筑厚度基本相同,每层浇筑
层厚以25cm~30cm为宜。模板第一次试提升前,初始浇筑混凝土的总厚度,应满足混凝土自重超过模板与混凝土之间摩擦阻力的要求,一般约为60cm~70cm(分2~3层浇筑)。浇筑后约隔3h~5h(具体时间取决于当时气温),混凝土强度达到0·1MPa~0·3MPa后,即可提升3~5个千斤顶行程。试提升的速度应尽量缓慢均衡,并对模板结构和液压系统进行一次全面检查,待一切正常后,方可继续浇筑。每浇筑25cm~30cm高度,提升3~5个行程,直到混凝土表面距模板上口5cm~10cm左右,即转入正常滑动。而后,便可继续绑扎钢筋、浇筑混凝土、提升模板。如此循环操作,昼夜不停地连续作
业,直到完成建筑物混凝土浇筑为止。
3·3·2 模板滑动。模板的滑动速度主要取
决于混凝土凝固时间和脱模强度、施工时气温及其变化、施工劳动力配备和机械配置情况以及混凝土拌和、运输和浇筑入仓能力等。在正常情况下,一般每昼夜可滑动2·4m~7·2m。
3·4 滑模装置设计荷载
(1)操作平台上的荷载。包括施工人员、工具和堆放材料:设计平台铺板及檩条时为2·5kN/m3,设计平台梁或桁架时为1·5kN/m2;设计围圈、提升收分车或提升架时为1·05kN/m2;计算支承杆数量时为1·0kN/m2。平台上放置手推车、储料斗、液压控制台、电焊设备、安设随升井架时,应按实际重量计算。
(2)混凝土对模板的侧压力,按《水工混凝土施工规范》附录一计算。(3)模板调坡收分时的附加压力,建议按(~6)kN/m2计算。
(4)模板与混凝土的摩阻力。钢模板: (1·~3·0)kN/m2;调坡时: (2·0~4·0)kN/m2。
4 面板设计
4·1 模体的设计荷载
设计荷载包括: (1)模体自重; (2)施工荷载。机具、设备按实际重量计;施工人员按1·0kN/m2计; (3)钢模板与混凝土的粘结力。一般按0·5kN/m2计; (4)新浇混凝土对模板的上托力。模板倾角小于45°时,取(3~5)kN/m2,大于45°时,取(5~15)kN/m2,对曲线坡面取大值。
4·2 部件挠度
溢流面滑模体主梁的最大变形量,应小于1800计算跨度;其他面板滑模模体主梁的最大变形量,应小于1/500计算跨度;面板最大变形量应小于2mm。
4·3 滑模牵引力计算
本工程滑模牵引力T按照下式计算:T=[τA+Gsin+|Gcos-p|f1+Gcosf2]·K式中:A———模体与混凝土的接触面积,本工程为16·2m2;
τ———模体与混凝土的粘结力,本工程设计为钢模板,按0·5kN/m2计;
———模体倾角,本工程为49°45′;
G———模体系统自重(包括配重、施工荷载),本工程为74kN;
p———混凝土的上托力,本工程模板的倾角大于45°,取15kN/m2;
f1———钢模与混凝土的摩擦系数,本工程取0·45;
f2———滚轮或滑块与轨道的摩擦系数,本工程设计为滑轮,取0·05;
K———牵引力安全系数,本工程取2·0。计算结果,滑模牵引力T为173·2kN。
滑模牵引机具的选择,本工程设计采用慢速卷扬机牵引机具。
4·4 设计轨道
本工程采用工字钢作为轨道,在设计荷载作用下,支点间轨道的变形量均控制在2mm之内。在溢流面安装轨道时,先浇块,在基座面上放样钻孔,埋设插筋固定轨道支架,最后在支架上架设轨道。
4·5 泡衣崂水坝溢流滑动模板设计成果
溢流面混凝土浇筑采用滑动模板,工效高、省材料,且混凝土入仓、平仓、振捣也较方便。滑模主要由支撑模板的钢梁、导轨和作为牵引模板滑
动的卷扬机等组成。该工程设计采用的滑动模板,为板梁结构,全长16·94m,面板部分长15·4m,宽1m,面板用6mm厚钢板焊在钢桁架下弦,总重量约74kN。在陡坡段滑动时,最大牵引力为173·2kN,采用承重35kN~40kN的HQ-35型。
5 面板施工
5·1 滑模的安装程序依次为轨道支承架、轨道、模体、牵引机具、操作平台及辅助设施。在安装时其主要部件,必须满足以下要求:
(1)轨道支承架按设计图纸安装,其位置应准确,安装完毕后进行测量检查; (2)轨道的安装精度,应满足规定要求; (3)接头处轨道中心,宜与支承
架顶板中心基本一致,接头必须平顺无突变; (4)爬轨器下卡块与轨道翼缘的间隙宜为2mm ~3mm; (5)卷扬机牵引机具的安装应按有关规程或规定执行; (6)模体在工厂必须试组装,并经检查验收合格后,方可运至现场。吊装就位时严禁碰撞轨道。
5·2 滑模装置的制作、组装的允许偏差及部件制作的偏差应符合规范要求。
轨道支承架预埋螺栓的安装与埋设,应符合设计要求,牢固可靠;预埋套筒螺栓时,其顶部应低于混凝土面2cm。振捣混凝土时应防止模板上浮,浇筑混凝土过程中应防止泌水下流。混凝土的脱模强度,应通过试验确定,可按以下参考值取用: (1)模板倾角小于45°时,可取0·05MPa~0·10MPa; (2)模板倾角大于45°时,取0·10MPa~0·30MPa,或贯入阻力为0·5MPa~3·5MPa。陡坡上的滑模施工,必须有足够的安全保证:牵引机具为卷扬机钢丝绳时,地锚要安全可靠;牵引机具为液压千斤顶时,应整根试验检查千斤顶的配套拉杆,并应设有钢丝绳、卡钳、倒链等保险措施。
滑升至设计高程,应执行停滑措施。拆下模体后应进行清理,并垫平放稳。
6 施工管理
滑模的施工管理主要是技术交底和现场管理。技术交底工作是根据滑模结构设计的特点、施工条件等具体情况编制操作规程,即有针对性地引用一些规范,标准中的要求(称为通用条文);再根据实际情况确定关键性的指标(作为专用条文),包括混凝土的级配、坍落度、外加剂型号掺量、混凝土浇筑层厚、间歇时间、滑升速度、日进度、松模时间、允许偏差、出模强度等。这些指标与结构特点和施工条件应相适应。如佛得角水
坝项目滑动模施工,浇筑面积大,结构复杂,采取掺缓凝剂延长初凝时间及薄层浇筑适时松模等措施,保证了施工质量。大于规范中的(6~7)m/d,采取了低坍落度混凝土入仓和提前拌制待时入仓等措施,保证了滑升时混凝土不崩塌,表面光滑。滑模施工现场管理,就是对各工序的组织协调管理和控制。
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