【摘 要】 根据白石工程溢流坝反弧面的结构特点,经过分析、论证,决定采用整体悬挂式双向滑模施工新技术.该技术工序简单,能充分保证反弧面混凝土质量及平整度的设计要求;便于安装、施工交替进行,确保施工进度;解决了#6、#17坝段的端部采用原纵向滑模时,不能施工到位的死角问题;可节省大量的钢材及木材,具有一定的经济效益.
【关键词】 整体悬挂 挑角 表孔 流态
1 概 述
白石水库大坝为混凝土重力坝,大坝全长513.0 m,最大坝高50.3 m.混凝土总量50.3万m3,
全坝由32个坝段组成,其中#6~#17为溢流坝段,共设11个溢流表孔,闸墩厚3.0 m.溢流坝按500年一遇洪水设计、5 000年一遇洪水校核.采用开敞式溢流面泄洪,挑流消能,最大泄量20 613 m3/s.溢流坝堰顶高程115.00 m,堰顶至102.363 m高程为曲线段,曲线段以下为反弧段.反弧段半径r=18.5 m,挑射角α=38°,反弧段底部高程96.00 m,挑流鼻坎高程100.00 m.
由于反弧面承受高速并挟带泥沙的水流冲刷,所以反弧段表面采用高强度、抗冲刷、耐磨蚀的混凝土,即混凝土设计指标为c9040、f90300,而且反弧面表面平整度的设计要求较高,其平行于水流方向的高差不得超过3 mm,垂直于水流方向的高差不得超过6 mm.对于反弧面平整度的设计要求之高,用传统的拼装模板难以达到设计要求.近些年来,国内大型水利工程溢流坝反弧面都采用纵向拉模施工.白石工程溢流坝反弧面采用纵向拉模施工能否满足设计及施工进度、质量要求,尚需研究、分析、论证;是否需要开发研制其它滑模结构形式,是白石水库溢流坝反弧面施工中提出的新的研究课题.
2 整体悬挂式双向滑模新技术的提出
为了满足溢流坝反弧面的施工质量,达到设计平整度的要求,辽宁省内乃至国内的溢流坝反弧面施工基本都采用纵向(平行于坝轴线方向)滑模技术,这项滑模技术基本上能满足溢流坝反弧面施工质量及设计要求.白石水库工程在ic/01标投标方案中也采用了纵向滑模施工技术.但进入实质性的施工阶段,发现有以下问题难以解决.反弧面底部高程为96.00 m,挑流鼻坎顶高程为100.00 m,高差4.00 m.其高差之大在水利工程上是少见的.从反弧中心至挑流鼻坎只有11.39 m,其反弧曲线的坡度(1∶1.28)较陡.如采用纵向滑模施工技术方案,必须采用燕尾型(v)滑模设计.这样在反弧面混凝土施工中,其混凝土振捣的稳定坡度按1∶4考虑,则滑模长度达16.0 m之多.另外滑模横向宽度约24.0 m,滑模高度也在5~6 m之间.这样就需要较大的钢架及大的型钢断面才能满足其整体钢架的稳定性,而且由于反弧曲线坡度较陡,混凝土工质量难以控制.由于#6和#17溢流坝段各有边墩,而且#17坝段的边墩已在1997年浇筑达到107.00 m高程.这样采用纵向滑模施工,两侧各有将近两个坝段共24 m长的反弧不能采用滑模施工(因滑模长16 m范围之内不能采用滑模施工).总共11个溢流坝段,只能有7个坝段采用纵向滑模施工,其余两端的4个坝段反弧面只能采用其它组合模板进行支立.对于反弧面的精度、质量的设计要求,采用组合模14板及木模板支立则很难达到其质量要求及设计精度.通过以上分析、论证,纵向滑模(拉模)施工方案在白石水库溢流坝反弧面施工中是不适宜的.
根据白石工程溢流坝反弧面的结构特点,经过几次专题会议研究,认为纵向拉模施工技术行不通.于是提出了横向滑模施工技术方案,即整体悬挂式双向滑模设计方案.通过分析、论证,认为横向滑模有以下优点:(1)施工工序简单,能充分保证反弧面混凝土质量及平整度的设计要求;(2)根据工期要求,制作两套滑模,便于安装、施工交替进行,能充分保证反弧面混凝土施工进度,同时也保证了1999年在反弧面上布置门机所需具备的条件;(3)采用横向滑模施工,解决了#6、#17坝段的端部采用原纵向滑模时,不能施工到位的死角问题;(4)采用横向滑模设计,结构简单,节省了大量的钢材及木材,具有一定的经济效益.通过以上论证,最后决定在白石溢流坝反弧面采用整体悬挂式双向滑模设计与施工.
3 滑模设计
3.1 滑模设计基本参数
混凝土浇筑厚度0.75 m;流态混凝土容重24 kn/m3;施工荷载(包括施工人员、临时堆放材料、工具等)1 kn/m2;振捣流态混凝土时产生的荷载1 kn/m2;滑模自重约26.1 kn;滑模与混凝土的磨擦阻力2 kn/m2;混凝土与模板磨擦系数f1=0.5;轮子与轨道磨擦系数f2=0.1;构件强度安全系数k=
1.5;牵引力安全系数k=1.5.
3.2 滑模结构型式
滑模结构采取整体桁架、定型导轨、悬挂双向滑模的结构型式,如附图所示.
3.2.1 主桁架
每套滑模共设两片主桁架.每片桁架为26.06 m长,顶面为平直线,下面为圆弧形.桁架由角钢、槽钢等钢材焊接制作.每片桁架宽1.2 m,最大高度4.31 m,两端高度0.6 m.每片桁架由预置的钢支墩支承并精确定位.两桁架中间设有一条横向拉杆固定,以防止移位.桁架两顶面为工作平台,安设液压牵引装置及液压控制台.
3.2.2 滑模导轨
滑模导轨采用工字钢i20a,焊接固定在主桁架下面中心线处,其半径为r=17.71 m,总长度l=
25.00 m.
3.2.3 滑 模
滑模为钢桁架结构,主要由角钢( 63×6)焊接而成,其断面高0.6 m,宽0.8 m,长14.96 m.桁架前面焊接4 mm厚钢板拦挡混凝土,底面焊接6 mm厚的钢板作为混凝土滑动底模板.
3.2.4 滑模悬挂装置
导轨下翼缘板悬挂两个行走装置.滑模以法兰盘形式与悬挂行走装置相连接,即滑模悬挂在导轨上,并通过牵引装置向上、下游方向滑动.
3.2.5 牵引系统
牵引系统由液压控制台、液压千斤顶和25钢筋拉杆等组成.经计算每条滑模最大牵引力59.6 kn.每条滑模设有4个钢筋拉杆.每个拉杆串联2只千斤顶.每个钢筋拉杆可承受83 kn拉力.选gya-35型滚珠式千斤顶,其工作起重量为15 kn,最大起重量为35 kn,完全满足牵引力的需要.在主桁架顶平面上安装两台yhj-36型液压控制台.工作压力8~10 mpa,满足两条滑模共8个液压千斤顶的同时运作.
4 滑模混凝土施工
4.1 滑模安装
滑模安装程序如下:(1)安装滑模主桁架支座,在浇筑过程中,预先在设计高程上预埋支座预埋铁,利用预埋铁焊接滑模桁架支座;(2)将两条滑模吊放在滑弧中心部位,并在该处预先安装临时支架支承滑模;(3)安装主桁架,要精确控制桁架中心线和顶高程,然后用螺栓固定在支座上,最后再安装控制两桁架之间间距的横向支撑,并用螺栓固定(横向支撑设计为3组,后期施工中改为一组);(4)通过法兰盘将滑模和行走滑轮用螺栓联接好;(5)装拉杆,串装千斤顶,接电源,接通供油管;(6)最后空滑试验运行.
4.2 滑模施工
4.2.1 混凝土入仓
混凝土采用自卸汽车运输,卸入现场的卧罐,经md540型门机吊卧罐直接入仓.
4.2.2 混凝土振捣
为保证混凝土振捣密实,采用插入式振捣器振捣,并分层下料,每层振捣厚度为30~40 cm.滑模前堆积的混凝土比滑模底板略高,以保证滑模底部的混凝土饱满、密实.
4.2.3 防止滑模偏移措施
反弧段中心部位比较平缓.滑模由低处向高处滑开.为确保滑模同步升程,防止偏移,首先得用红铅油在两条轨道上划出刻度尺,准确到5 cm.以便发现偏移,通过液压千斤顶和手动葫芦及时调整.
附图 溢流坝段反弧段滑模结构示意(高程单位:m,尺寸单位:mm)
①—桁架;②—滑模;③—拉杆;④—千斤顶;⑤—爬杆
4.2.4 混凝土脱模时间控制
滑模施工的混凝土,在脱模时混凝土必须达到但不超过一定的强度,即确定混凝土最优的脱模强度.混凝土脱模强度应满足以下三个条件:(1)能支持混凝土自重,不致流淌、塌落或变形;(2)模板滑升时阻力最小,避免滑升中拉裂混凝土;(3)脱模后混凝土表面易于压实、抹光、养护.水工混凝土施工规范规定,脱模时混凝土强度为0.5~1.5 kg/cm2.另外根据一些工程滑模施工的各方面资料,滑模混凝土脱模时间以混凝土初凝或接近初凝为准.但是在施工中,施工人员无法测定混凝土的初凝时间,同时对掌握0.5~2.5 kg/cm2的混凝土抗压强度指标比较困难.实际施工中凭操作人员的经验进行观察和确定,即以滑出的混凝土表面滑润,手指下压有硬感、不粘手为准.
4.2.5 滑升速度
滑模滑升速度除与混凝土脱模时间有关之外,还与滑模施工条件有关:如混凝土配合比、混凝土运输条件、浇筑强度、浇筑条件及气温等,特别是气温是直接影响混凝土凝结时间的因素.气温高,混凝土初凝时间16提前;气温低,则混凝土初凝时间延长.白石水库溢流坝反弧面滑模施工自1998年9月22日开始至10月25日施工结束.这段时间的平均气温约在12℃左右,混凝土初凝时间控制在2~3 h左右,是滑模施工的好季节.原滑模施工的滑升速度设计为:圆弧中心部位滑升速度为70 cm/h,上、下游圆心角大,即坡度陡的部位滑模滑升速度为38 cm/h.实际滑模施工中,滑模滑升平均速度为50~65 cm/h左右.而且每隔10~15 min滑动一次.每次可滑升几个冲程,做到勤滑少滑,以满足施工质量要求.
4.2.6 混凝土表面压实抹光与养护
抹面修饰是滑模施工中的重要环节,直接关系到施工质量的好坏.脱模后应立即进行多次压实抹光,一般要3~4次,并特别注意滑块间的接头处理.待混凝土终凝后,应及时铺上麻片或草垫,洒水养护.
5 滑模施工技术效果
白石水库溢流坝反弧面施工证明,采用整体悬挂式双向滑模是成功的.它一改溢流坝反弧面一贯采用传统的纵向滑模(拉模)的施工方法,并且采取整体桁架结构及滑模吊挂在桁架上进行运作.滑模结构设计新颖,国内水利工程施工中尚无先例;该滑模为高流速泄水建筑物表面混凝土施工提供了一种能够保证质量要求的有效施工方法.采用整体悬挂式双向滑模施工有以下优点.
5.1 工程质量提高
高流速泄水建筑物表面破坏的主要原因,大都由气蚀所致.为抗御高速水流引起的气蚀破坏,设计要求混凝土泄水建筑物施工应造型准确、表面光滑、平整、密实.采用整体悬挂式双向滑模施工技术达到了上述质量要求.一次造型,一次完工,连续浇筑混凝土,增强了建筑物的整体性.横向滑模完全克服了反弧挑角大、坡度陡、混凝土振捣不易密实的缺点,而且为提高混凝土表面压实抹面的质量创造了条件,使混凝土面的曲线精度达到外光内实的质量设计标准.
采用横向滑模施工,克服了溢流坝反弧的两个端部,即#6、#7、#16、#17这4个坝段采用纵向滑模时不能施工到位造成死角的缺点.
5.2 工程进度加快
白石工程反弧段混凝土4 100 m3.因工期进度要求,共制作两套滑模.由于滑模结构简单,便于拆卸安装,而且又是两套滑模交替安装及施工,加快了施工进度.溢流坝共11个坝段.每个反弧段混凝土的施工,从模板支立、钢筋绑扎、止水和隔缝板的安装、滑模安装及混凝土浇筑,共需工期2~3 d.从1998年9月23日开始进行反弧段滑模施工,至10月23日的一个月工期内全部施工结束.满足了10月末上冻以前将反弧段滑模混凝土全部施工结束的工程形象进度要求,同时又为施工单位1998年冬在反弧段布置门机创造了条件,为完成1999年溢流坝高部位混凝土浇筑提供了保障.
6 经济效益分析
白石水库工程溢流坝反弧面混凝土施工采用整体悬挂式双向滑模施工技术,不仅确保反弧面混凝土施工质量,而且改善了施工条件,节省了大量的施工材料,取得了可观的经济效益,节省费用总计105.37万元.
6.1 材料费
采用整体悬挂式双向滑模与纵向拉模比较,共节约钢材40.4 t,镀锌铁板840 m2,木模板制安840 m2.按1996年投标书预算单价计算,节省费用共计543 283.00元.
6.2 左导墙混凝土浇筑节省费用
如采用纵向拉模施工,溢流坝左导墙混凝土就不能随坝体一起施工升程,待反弧面二期混凝土施工结束后,再浇筑左导墙混凝土.这样将增加左导墙混凝土浇筑费用.混凝土单价从152.55元/m3(投标书价格)增加为272.55元/m3(投标书价格).左导墙混凝土方量计算从45.00 m高程至109.00 m高程(1998年底左导墙混凝土浇筑至设计高程109.00 m),共计混凝土方量1 338 m3,故将增加费用160 828.00元,所以采用横向滑模施工节省了160 828.00元.
6.3 提前工期经济效益
6.3.1 反弧面施工提前工期节省费用
采用横向滑模施工技术,反弧面混凝土施工提前工期20 d.每天施工人员按56人考虑(包括各种工种),机械设备540型门机一台,滑模设备一套,共节约费用71 894元.
6.3.2 #6坝段边墩提前工期节省费用
如采用纵向滑模施工,#6坝段边墩混凝土浇筑必须等反弧面混凝土施工结束后,再进行#6边墩从95.00 m高程至109.00 m高程的混凝土施工.实际反弧面滑模施工结束时间约1998年10月末,这个季节气温低,不能再进行#6边墩(高差140 m)混凝土施工.
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