液压滑模在深竖井混凝土衬砌中的应用
摘 要:滑模工艺以其施工进度快、施工效率高的特点,在混凝土重力坝、闸门井、调压井(塔)、闸墩、面板及斜洞混凝土浇筑中得到广泛应用。本文仅从液压滑模在闸门井混凝土浇筑中的应用,重点从施工布置、滑模设计、施工质量、安全等几个方面进行了总结。
1 前 言
水牛家电站导流(放空)洞工程竖井深103.6m,闸室底板高程2173.4m,井口高程2277m,为三孔闸门井,分别由工作门槽、检修门槽、封堵门槽组成,三个门槽呈“品”字形结构;外围尺寸1 210cm×950cm,三孔尺寸分别为235cm×370cm、260cm×370cm、230cm×450cm。经技术经济分析,采用了滑模施工工艺,一次完成三孔闸门井的混凝土衬砌。
2 工程特点
(1)竖井深度超过100m,钢筋的垂直运输、安装与混凝土浇筑在空间和工序上存在交叉作业,施工难度大,安全问题突出;
(2)三孔门槽成“品”字形分布,同时滑升,滑模工艺技术含量高;
(3)滑模施工过程除了要完成近万立方米的混凝土运输、大量结构钢筋的垂直运输、安装外,同时还要完成2根300排气钢管及三孔门槽二期混凝土结构中4 800根预埋筋的安装。
3 施工布置
因场地狭窄,施工布置相对简单、紧凑。在井口左、右侧各布置2台0.3m³的滚筒式搅拌机。混凝土无水平运输,垂直运输由左、右侧两套下料管完成。井口设一龙门吊,用于结构钢筋、施工器具、零星材料及施工人员的垂直运输。施工布置见图1。
3.1 水、电管线布置
施工用水、用电管线均从右坝肩引线沿井壁敷设至2 179m高程工作面,并随工作面上升。水管采用普通软管,主要用于施工缝处理和混凝土养护;电线采用动力电缆。
3.2 拌和系统
混凝土拌和采用4台0.3m³的滚筒式搅拌机,日生产能力为500m³,正常使用为2~3台,具有1~2台的备用能力。拌和机布置在井左、右两侧,通过溜槽接入井口。
3.3 混凝土下料系统
混凝土下料系统布置在井口左、右侧井壁上,由2根300壁厚2mm的钢管组成,每节钢管长6m,钢管间采用法兰通过螺丝连接牢固。钢管下部连接2~3m长串筒,通过下料管的摆动,确保两套下料管能覆盖整个作业面。下料管在2275m平台(井口)通过一个由方变圆的集料斗与溜槽连接,集料斗上部设有筛网,防止超径石堵塞下料管。混凝土最大垂直下落高度为101.6m。为了防止混凝土发生分离,在下料管下部距工作面约6m高的位置设一缓冲器。下料管随着工作平台的上升根据需要从顶部拆除,拆除时采用5t绳葫芦向上提升,然后将最上面一根6m长的钢管拆除。
3.4 起吊系统布置
在井口靠右侧布置一自行设计的龙门吊,龙门吊为一“门”形钢结构,左、右支撑及天梁由Ⅰ28工字钢焊接而成。设计起吊荷载为10t,通过5t卷扬机提升自制吊笼完成所有结构钢筋、施工器具、零星材料及施工人员的垂直运输。因井口以下15m范围内为覆盖层及强风化岩,为确保井口施工安全,前期开挖时已对井口以下15m范围井壁采用钢筋混凝土进行初期衬砌,衬砌混凝土厚度为50cm。龙门吊安装在衬砌混凝土上,确保起吊作业安全。
3.5 钢筋加工厂布置
因闸门井结构简单,结构钢筋规格和形式单一,多为直钢筋,仅需切割便可直接使用。为保证成品结构钢筋的供应,确保滑模连续滑升,钢筋加工厂就近布置在竖井右侧20m处一空地上。
4 滑模设计
竖井滑模采用液压整体滑升模板。滑模装置采用整体钢结构设计,由模板系统(包括面板、围圈、提升架)、操作平台系统(上、下操作平台)、液压提升系统(包括液压控制台、千斤顶、爬杆、油路)和辅助控制系统等部分组成。滑模设计见图2。
4.1 模板系统
模体面板采用厚6mm钢板制作而成,由L50×5的角钢作加劲肋,与桁架连接牢固。由于门槽二期混凝土需凿成毛面,阴角转角部位采用圆角处理,以减少滑升阻力;阳角转角处采用L60×6的角钢作为倒角模板。模板高1.24m,模板锥度按5mm控制,即在垂直方向上上口较设计尺寸大2.5mm,下口则较设计尺寸小2.5mm。围圈主要是控制模板的变形量,采用上下两道,间距75cm,转角处设计成钢结构,与板模角钢加劲肋、桁架梁上下边焊接在一起。滑模提升系统钢结构部分为提升架,提升架直接焊接在模体上,并通过安装在其顶部的千斤顶支撑在爬杆上。滑升荷载通过提升架传递给爬杆,爬杆选用48、3.5mm厚的钢管制成。根据闸门井尺寸,提升架采用“F”型、“开”型架两种。“F”型架用18号槽钢和16mm厚钢板焊接而成;“开”型架用18号槽钢焊接而成。还有一部分采用16mm厚钢板直接焊接在桁架梁上。全套模体自重11.5t,共布置20台10t千斤顶。
4.2 操作平台系统
操作平台由上、下操作平台两部分组成:上操作平台距离模体上边缘25cm,采用L100、L75角钢加工成复式桁架,主要承受各种施工机具设备、作业人员及钢筋等荷载。同时也是模体的主要支撑构件,是滑模的重要结构,利用“开”型架将三组模体连成一体,桁架梁上铺设网纹钢板作为上操作平台。下操作平台距模体下边缘100cm,为养护、收面、预埋件处理、凿毛工作平台,采用钢结构布置。每个门槽内均布置一套下操作平台,用L75×7、L50×5角钢焊接而成,并在其上铺3cm厚木板,用25圆钢悬挂在桁架上。上、下操作平台之间布置简易爬梯作为人行通道。
4.3 液压系统
液压系统选用HY-100型千斤顶,设计承载力为10t,爬升行程为30cm,液压控制台为ZYXT-36型自动调平液压控制台。通过高压油管、六通接头与千斤顶分组相连,全部千斤顶共分6组与控制台形成液压系统。
4.4 辅助控制系统
辅助控制系统包括混凝土洒水养护系统和精度控制系统。混凝土洒水养护系统在施工系统布置中已作叙述。施工精度控制分为水平测量、中心测量。中心测量利用固定在井口的铅垂线观测模体偏差;水平测量利用水准管原理在模体上布置透明胶管,充水后固定在模板上进行水平观测。
5 滑模的制作、安装和调试
依据滑模设计图纸对滑模各组成构件以面板为单元焊接成小块,利用提升吊笼分块运至2179m高程平台组装。模体组装偏差及焊接质量应满足金属结构制作安装要求,确保滑模正常滑升。滑模组装完成后,安装千斤顶、液压系统、爬杆。待整个结构及液压部分安装完成并经检查确认无误后,对整个滑模系统试滑行3~5个行程,每个行程30cm,滑升过程中对模体变形量和滑升液压系统进行检查。对发现的问题及时处理,确保运行正常。
6 滑模施工
6.1 基础面的处理
基础面处理包括一期混凝土施工缝凿毛和井壁部分未喷护基岩面的清理。施工缝严格按照规范要求凿除表层乳皮,凿毛面要求小石外露;基岩面要求清除表层松动石渣,最后用清水冲洗干净并排除积水。混凝土入仓前先在基础面上铺一层结合砂浆。
6.2 钢筋制安
竖井结构钢筋经优化设计后形式较简单,钢筋分内外侧两层,外侧钢筋(邻近井壁)可一次安装2~3m,满足混凝土滑升速度即可。受提升架及千斤顶影响,内侧水平钢筋需随混凝土面上升逐步安装,并保证每个浇筑面上最少需外露一道绑扎好的水平钢筋。内侧竖向钢筋首先保证下端的位置准确,上端用限位支架固定,长度应保证钢筋稳定不变形。每根爬杆代替一根竖向受力钢筋,其接头通过千斤顶时进行焊接。第一批插入千斤顶的爬杆加工成四种长度,交错排列,使其在同一段断面处的接头不超过总数的25%。
6.3 混凝土拌和
混凝土垂直下料高度接近100m,易发生离析。因此对混凝土拌和物的质量要求较高。混凝土应具有较好的和易性,应做到称量准确,拌和均匀,拌和循环时间以180s控制。
6.4 混凝土浇筑
(1)混凝土分层浇筑,大面均衡上升,浇筑速度控制在15~20cm/h;
(2)分层下料厚度不超过30cm,下料过程中应经常摆动下料口,防止因混凝土局部下料超厚使模体受力不均而变形;
(3)混凝土振捣有效深度在30cm,振捣严禁接触钢筋、模板,大面振捣采用100型振捣棒,模体附近采用50型软轴插入式振捣棒。
6.5 模板滑升
混凝土的脱模强度应控制在0.2~0.5MPa。脱模标准:用手指按刚脱模的混凝土面,留有印痕,但表面不被按坏;用指甲画过留有痕迹,滑开时有“沙沙”的摩擦声,每次滑开高度为10~30cm,2h左右做一次滑开。应防止一次滑开过高,模体脱空或因混凝土面强度太低发生流塑变形。
6.6 混凝土面修整
刚滑开过的混凝土面应采用抹子反复压光,排除表层气泡、泌水,局部掉块部位采用高标号砂浆补平。门槽二期混凝土面凿毛及预埋筋处理同步进行。
6.7 混凝土养护
混凝土初凝后即需洒水养护。养护水由井口接入,水管沿三个孔壁内侧周边布置,洒水管上布置花眼,自流式喷水,喷水点距模体下边缘1.5~2m。
7 质量控制
(1)当班施工员应随时检查结构钢筋的规格、型号、间排距、安装位置及绑扎焊接是否满足要求。外侧钢筋可分段验收,内侧钢筋受滑升结构影响,水平钢筋只能随模体滑升安装,竖向钢筋可一次安装5~6m,上部可作临时加固防止钢筋晃动错位。
(2)混凝土下料控制:一次下料厚度不超过30cm,宜采用多点下料,大面均衡上升,避免一处下料过高,混凝土从高处向低处流动,导致模体整体发生移位。
(3)混凝土拌和物质量控制:混凝土拌和应严格控制好用水量,水灰比过大,不但影响混凝土强度,还会影响混凝土内外观质量;仓内泌水增多,混凝土初凝时间增长,影响滑升速度,增大施工难度。
(4)混凝土应随时平仓,防止局部堆积,集中的骨料应及时分散;混凝土分层、分区振捣密实,混凝土内部积水、气泡排除干净,避免用振捣器平仓代替振捣。
(5)体型检测:体型检测主要控制滑模的偏移量,分为水平检测和垂直度检测。垂直度控制通过井口基准点用铅垂线检查每个孔口的平面位置,偏差控制在5mm之内,偏差超出允许范围应及时调整。水平检测通过水平管控制,确保三孔模体均衡上升。体型检测每滑升1m检测一次。
模板发生变位时可采用两种方法调整:(1)关闭一侧千斤顶,通过液压控制台,使模体朝一个方向偏移,逐渐调整;(2)通过第一种方法无法归位时可借助外力,强行纠偏,如通过葫芦借助井壁锚筋达到纠偏的效果。
8 施工安全
深井作业的施工人员连续长时间在外上下交叉作业,安全问题十分突出。为此在施工中通过采取一系列的安全措施保证了安全生产。
(1)起吊系统做到勤保养、勤检修,至少每个班做一次系统全面的检查;卷扬机操作为特种作业,操作人员必要持证上岗。
(2)上下通信渠道畅通,配备电话、对讲机、电铃等通信工具,并采用铃声、旗语、手势作为操作指令;井口和作业面均由专人负责,严禁多人指挥,上下大喊大叫。
(3)吊笼是唯一的上下运输工具,应限制载物重量、载人的数量,严禁人和物混装。
(4)卷扬机停电“抱死”装置应安全可靠。
(5)配备好备用电源。
(6)吊笼应有限位装置,防止升降过程中发生晃动,吊笼离工作平台1m高时,应至少分三次点动缓慢落下,减少吊笼着地时的振动。
(7)井口应做成全封闭结构,设置防护栏;井口围圈应采用水泥砂浆设5~10cm台阶。防止石子从井口滚落,伤及井下作业人员。
(8)井下用电线路应设漏电保护和限流装置,防止漏电伤人。
9 几点认识、体会
(1)液压滑模适合等截面或渐变截面且一面尺寸相对较大的结构物施工,具有施工进度快、生产强度高、连续施工的特点,因此对拌和设备的保证能力提出了较高要求,建议在设备选型、配备上考虑一定的富裕系数。
(2)混凝土拌和是影响滑升速度和工程质量的关键,宜采用低坍落度混凝土,严格控制用水量,或加入减水剂。人工上料或采用容积法计量不能保证混凝土拌和物质量或因计量不准导致亏方,建议采用质量法计量,如采用配备电子称量系统的拌和设备。
(3)混凝土应多点分散下料,严禁一处下料过高或由振捣器具拖动,使混凝土从高处往低处流动。
(4)做好2179m高程以下门槽、底槛金结的保护,防止砂浆黏结在金结表面,增大后期处理难度。
10 结束语
导流放空洞竖井滑模从2179m高程开始起滑,共滑升96m,总工期45d,完成混凝土浇筑9 084m³,钢筋制安393t,日平均滑升速度2.18m,日浇筑方量202m³。从施工情况来看,整个系统布置合理,滑模设计先进,现场组织与管理到位、工序配合密切。施工期间没发生一起安全、质量事故,施工速度快,工程质量优良。
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