沉沙池改造坡面砼现浇滑模施工机械的研制
摘要：滑模作为一种先进而成熟的施工工艺，在建筑行业广泛应用，但在水利工程改造中，传统的坡面滑模机械不能满足施工要求，为此，作者研制了一种经济实用的滑模施工机械，并对其相应的施工技术进行了研究。
大禹渡枢纽沉沙池是解决二级站高扬程水泵磨损和渠道淤积的关键工程,本次改造采用池内现浇200号钢筋砼防渗加固等工程措施,为保证施工质量,节约施工成本,我们在池堤坡面现浇砼使用了滑模施工方案,由于沉沙池坡面变形较大,传统的滑模机械不能适应沉沙池现浇砼施工,因此,因地制宜地改进滑模施工机械和研究相应的施工技术成为我们的攻关课题。
1 滑模施工机械
1.1 沉沙池坡面施工条件
大禹渡沉沙池池厢为梯形断面,底宽3.5 m～5.0 m,上口宽16.0 m～28.5 m,池堤边坡1:1～1:1.86。经过三十多年运行,坡面发生不同程度的变形,本次沉沙池边坡防渗加固采用现浇砼衬砌方案,每隔5 m设横向伸缩缝。底板与边坡设水平企口伸缩缝,距池底顶面高度为1.1 m～1.73 m。企口缝以下坡面坡比为1:1.5～1:2.19,坡长1.26 m～3.85 m;企口缝以上坡面坡比为1:0.94～1:1.805,坡长5.62 m～11.9 m。
1.2 滑模的研制思路和要求
根据沉沙池改造工程特点,企口缝以上现浇砼坡面采用滑模施工,要求滑模施工机械既不能受原状坡面平整度的影响,又要与底板坡面平顺衔接,同时还要达到保证施工质量、提高施工速度和降低施工成本的目的。
1.3 滑模装置技术设计
本滑模装置主要由模板系统、牵引系统和轨道系统等部分组成。
1.3.1 轨道系统
根据上述思路和要求,为不受原状坡面平整度的影响,轨道系统不直接安装于原状坡面,而采用架空式轨道,底部固定于已浇筑成型的底板砼上,顶部固定于堤顶,具体安装方式见图1。
(1)轨道结构:工作段轨道以14号工字钢和16号槽钢为主体,上下结构,二者间距150 mm,可容纳滑板导向机构,其中16号槽钢在下,为主滑道;14号工字钢在上,作为抗弯加固和约束滑板上浮,二者外侧焊接∠70角钢连接板,每1.5 m两边各一道,内侧采用移动式卡具上下扣接,将二者连为一体。
轨道外侧面焊接钢管扣件,安装钢管支撑在坡面上,以方便一序板侧模固定。工作段轨道底面焊接可调丝杆支撑在坡面上,保证滑道工作面不下弯变形。
(2)轨道分类:轨道根据其功能不同分为支撑段、工作段、拆装段三大类型轨道。轨道加工及安装见图2。
◇支撑段:主要用于轨道底部支撑固定。由于企口缝上下坡度、坡长均不同,采用16号和18号槽钢对接的可调长度槽钢,与工作段采用转轴连接,花兰螺丝调节和固定角度。
◇工作段:用于支撑和引导滑板滑动,下部与底部支撑段连接。为适应不同坡长需要,并有利于运输、吊装、不变形,工作段轨道节长分1 m、2 m、3 m、6 m四种,其中6 m为主体轨道,各种节长的轨道可以自由组装,接头采用盒式承插连接,沉头螺丝紧固,侧轨道间距用移动式卡具横向固定。
◇拆装段:主要用于拆装滑板和轨道上部固定。在堤顶采用三角支撑和地锚固定,地锚钢丝绳用紧线器调紧。考虑滑板宽度及牵引设备工作长度,拆装段节长设计为2.5 m,同时结构上与工作段轨道略有不同,上部工字钢外移70 mm与下部槽钢连接。
1.3.2 模板系统
模板系统由滑板、进料口、操作平台、导向板及滑块等部分组成,重量0.7 t。滑板由面板和主梁骨架组成,宽1.1 m,长5.1 m。面板选用5 mm钢板,主梁骨架采用工字钢、槽钢和角钢组焊而成,滑板上口与平板成45°的漏斗状,作为填料进口,平板上设操作平台,导向板与牵引系统相连,为减小摩擦力、平衡上托力及侧向位移,在导向板上设正向、侧向及反向滑块。滑板加工图见图3。
经过计算牵引设备的牵引力必须达到58 kN以上。
(2)牵引方案:经过认真考察、严格计算和反复试验,本滑模装置牵引系统采用30 kN手扳葫芦牵引方案。即在滑板两端各安装一个30 kN手扳葫芦,手扳葫芦专用钢丝绳采用吊环牵引在模板系统的上部导向板上,手扳葫芦挂在上部轨道架上,牵引工作时手扳葫芦沿专用钢丝绳爬升,带动滑板在固定轨道上滑行。
实践证明,手扳葫芦牵引设备简单,便于施工人员掌握和操作,提升速度由操作杆摆动速度和幅度控制,方便现场施工,施工速度快,设备费用低,经济实用,适合本工程小方量砼现浇施工应用,但必须加强停滑安全措施。
1.4 滑模装置的安装
滑模装置的安装顺序依次为:轨道安装→牵引机具及滑板→操作平台及附属设施。
(1)安装前准备:滑模装置安装前,根据坡长选择不同节长的轨道组合,进行轨道预安装检查和滑板验收,认真检查配套设备到位及使用情况;
(2)轨道安装:轨道安装顺序依次为:支撑段→工作段→拆装段。安装过程中,随时采用仪器进行滑道工作面检测和轨道间距控制。
(3)牵引系统安装:轨道安装到位后,检查手扳葫芦及牵引钢丝绳等牵引设备的完好情况,检查无误后将手扳葫芦就位。
(4)滑板就位及试运行:轨道及牵引设备安装到位后,用吊车将滑板安放在拆装滑板段轨道,用手扳葫芦牵引,缓缓下放,进行试运行,查看设备状态,验收滑板工作面。
1.5 生产试验
滑模装置制作组装完成后,我们在现场进行了空滑试验和生产试验,生产试验中的任务是发现改进滑模装置存在的问题和选定现场条件下的各项施工参数。
2 滑模现浇混凝土施工技术
2.1 施工方法坡面砼滑模施工采用跳仓法,首先进行一序板混凝土滑模法浇筑,一序板砼达到一定强度时,在一序板上安装滑模轨道,轨道槽钢底面高于砼设计面20 mm,然后进行二序板砼现浇施工。
2.2 施工工艺及施工要点
(1)拌和物塌落度控制:塌落度一般控制在1 cm左右。
(2)入仓方式:砼采用溜槽输送人工入仓,砼料不得直接打在滑板上。
(3)分层振捣:每层浇筑厚度控制在25 cm～30 cm;振捣采用插入式振捣器振捣,振幅和频率不宜过大,以免振动力偏大而加大混凝土上托力;振捣时不得触及滑板和钢筋,熟练工专人振捣,避免欠振、过振和漏振。
(4)滑升配合:振捣、滑升、停滑安全、轨道滑板查看及滑升平衡控制等都必须专人负责,分工明确。固定专人负责手扳葫芦的滑升,两边要摆幅摆速一致,均匀用力,若手感有异,立即查找原因,不得强自用力;专人查看轨道滑板是否变形移位,查看滑升是否平衡,滑板侧向间隙是否均匀,及时采取措施;浇筑过程中,每层滑升停止后,专人负责做好停滑安全措施。
(5)滑升速度:滑升速度与脱模强度相关,脱模强度又与砼配比、气温、外加剂及施工条件等因素有关。根据同条件下的贯入阻力测定成果和现场生产试验验证,我们得到最佳的砼拌合物塌落度和适宜的滑模滑动速度范围,现场就根据相对确定的滑升速度调配资源,优化配置,最大限度地利用设备人员,避免窝工及浪费。
(6)收面及养护:在不同施工条件下,我们根据贯入阻力测定成果曲线确定脱模和收面的最佳范围,从而在脱模后适当时间内,专业技工收面,保证外观质量。由于滑模脱模早,外露面大,注意天气变化情况,做好保温及养护工作。
3 应用情况
1)施工工效。上述滑模法施工简单,浇筑速度快,经测算,滑模法施工工效是组合模板支模法的2倍,整个沉沙池改造整体工期提前60天以上,大大节约了相关费用。
2)施工成本。从施工成本上分析,组合模板支模法施工投入模板架杆多,支模程序复杂,投工多,而上述滑模法施工主要是模板制作摊销大,投工少,经测算,滑模法施工比组合模板支模法可节省施工成本24.5元/m3,节省总施工成本的9.8%。
3)施工质量。施工质量上,滑模法施工既避免了坡面砼支模法浇筑时不易消除的气泡、麻面等缺陷,又避免了模板拼装缝处理不当造成的漏浆及起棱,保证了外观质量。内在强度方面,经过现场检测,强度合格率100%。
4 结语
架空式滑模装置施工适应性强,方便施工,既能保证工程质量,又比组合模板支模法节省施工成本9.8%,工效提高了一倍,从而大大加快了施工进度,极大地节约了相关费用,同时使沉沙池工程提前一季度受益,取得了良好的社会和经济效益,因此坡面架空式轨道滑模是一项先进可行且经济实用的施工机械,在面板砼工程尤其在改造加固工程方面有极大的应用价值。
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