摘要:阐述了滑框倒模模板施工工艺在尼尔基左岸灌溉管闸门井工程中的应用,提出了合理的模板设计方案,并通过对该方案施工全过程的介绍,得出该工艺施工质量好、耗材少、速度快、经济效益高,具有工程实际应用价值。
关键词:灌溉管闸门井;滑框倒模;设计与施工
滑框倒模是在滑模基础上发展起来的新工艺[1],具有连续施工、上升速度快等优点,克服了滑模施工易拉裂表面混凝土、停滑不方便、调偏不易控制等缺点。该工艺不损伤混凝土,可根据施工安排随时停滑、随时调整偏差,对于中小型等截面、大高度混凝土,尤其筒状结构混凝土施工时效果更理想。尼尔基水利枢纽左岸灌溉管闸门井为等截面井筒式钢筋混凝土结构,高程为195.30~219.20m,截面外边长6.40 m,宽4.40 m,筒壁厚度0.5~1.2 m,井筒高23.90 m。根据其结构特点采用滑框倒模施工工艺施工。
1 滑框倒模设计
1.1 计算荷载
(1)竖向荷载。各项竖向荷载作用值见表1。
(2)水平荷载。模板高度1.2 m,实际有效高度h为1.0 m,取侧压力系数为0.8,筒壁厚度
0.5~1.2 m,整体浇筑面积18.8 m2,按大体积混凝土计算有效压头高度h(1/4h)为0.25 m。计
算简图见图1。对最大侧压力qmax、总侧压力q总、振捣荷载
q振捣、冲击力荷载q冲击、其他施工荷载q其他等的计算见文献[2]。
1.2 应力计算
1.2.1 围圈应力计算
(1)弯应力计算。每一截面处设置上下两排
图1 混凝土测压分布图
围圈,上下间距0.9 m,从混凝土压力图和振捣荷载、冲击荷载作用区看,上部围圈受力最大,故取上部围圈作为应力验算对象可满足要求。围圈受力有多跨连续梁和单跨简支梁,提升架的中心线间距最大为1.5 m,取受力最不利截面计算。计算处为简支梁,最大跨度l=1.5 m,为最不利受力截面。弯应力[2]为:
mmax= ql2/8(1)
w = m/(γxf) (2)
式中,mmax为简支梁截面最大弯矩;q为简支梁所受均布压力荷载;w为抗弯截面模量;m为简支梁截面弯矩;γx为截面抵抗矩的塑性系数;f为轴心抗拉强度的设计值。经式(1)、(2)计算,并考虑与提升架焊接及稳定性等因素,槽钢截面x轴作为受力中心轴,选用槽钢8较为合理。
(2)剪力计算。对上述选定的槽钢进行剪应力复核[2]:表1 竖直向各项荷载作用情况
vs= ql/2(3)
τ= vssx/ixtw(4)
式中,vs、τ分别为梁截面剪力、剪应力;l为受力长度;sx为中心轴一侧截面面积对中心轴的静矩;ix为整个截面的惯性矩;tw为截面在中心轴处的宽度。经计算,剪应力符合要求。
(3)挠度δ验算。
δ=5ql4/(348eix) (5)式中,e为弹性模量。经计算,挠度也符合要求。
1.2.2 门型框架水平应力计算
门型框架因竖向的框架总重及施工荷载很大,不可能产生向上浮动,故仅计算水平向应力,主要针对杆件①、②的选定(图2)。根据施工经验杆件②拟选用槽钢6.3。提升架最大受力范围
为l杆=1.2 m。
图2 门型框架示意图
fig.2 sketch map of the frane of
inverted and repetitive form
水平应力[2]:
f水= (q总+q振捣+q冲击+q其他)h (6)
杆件②长为1.56 m,取其受压计算长度l0=0.5 l。
验证长细比λ=l0/i<[λ]符合要求,其中i=1.185 cm。考虑整体的稳定性,杆件②选用槽钢6.3即满足要求。杆件①可看作基本不承担水平荷载,但为了满足与上部连续梁在提升过程中焊点接角面积、构造、整体刚度的要求,选用工字钢16。
1.3 连续梁的确定
联系梁提升整体框架,主要承受荷载为提升架重量及提升时少量摩擦力,根据施工经验选用
槽钢16即可满足要求。千斤顶与联系梁接触形式采用16螺栓连接。
1.4 爬杆设计
爬杆主要承受整个滑模系统竖向荷载,计算时考虑整体的稳定性,根据施工经验初步选定为
25的圆钢。倒模后混凝土面至模板顶部边线间距约为0.5 m,取杆件与混凝土面相交处作为杆件支承端点,千斤顶与模板顶部边线有0.5 m垂直空间,所以受力长度l为1.0 m。杆件下部因混凝土未完全达到强度,视为铰连接,上部通过千斤顶与联系梁连接成一整体,视为固定端。受压长度计算:l0=0.7l;截面惯性半径i=d/4,其中d为爬杆直径。
计算25的圆钢爬杆的长细比λ=l0/i<[λ]符合要求。
验算σ=f爬/φa亦符合要求。其中,f爬为单个爬杆的受力;φ为验证系数;a为爬杆截面面
积。
2 滑框倒模的施工
2.1 施工准备
(1)框架制作[3]。按照闸门井结构图纸设计焊接提升架,经校核后将围圈焊接到提升架上再
安装模板,模板用“u”形卡连接,以保证结构的整体性。滑模结构模板由钢模组拼而成,围圈选用槽钢8,直接与门型框架焊接。门型框架竖档选用工字钢16,横档选用槽钢16,门型框架两侧采用槽钢6.3,呈45°,两头分别焊于门型框架竖向工字钢与上部横向槽钢上。联系梁采用工字钢16制作。施工平台选用角钢∠6×8焊接于门型框架横档上形成框架,上铺钢跳板。
(2)钢筋加工制作。爬杆采用25圆钢,每节长度3.0 m,每节爬杆长度在同一面上不超过1/4截面。爬杆的接头采用丝扣连接。
2.2 施工程序
施工准备→钢筋、爬杆制作、模板制作、液压系统调试→绑扎结构钢筋→模体组装→调试→基础处理→第一层混凝土浇筑→模体滑升→底部模板倒模→混凝土浇筑→滑模滑升→进入下一作业循环[4]。
2.3 施工方法
滑框倒模施工系统由操作平台、提升架、围圈、滑道、模板、液压系统、卸料平台等组成。
(1)模体安装和调试,包括模体结构安装、滑模安装质量标准、液压系统校核、模体滑升及调
试。
(2)混凝土运输。水平运输采用6 m3混凝土搅拌运输车,垂直运输采用塔吊吊1 m3罐入仓。
(3)滑模施工,包括安装模板、钢筋绑扎、混凝土浇筑、模体滑升、拆模及倒模、缺陷处理、垂直度观测、混凝土养护等。
2.4 注意事项
(1)混凝土脱模强度应控制在0.2~0.4mpa,模体每次滑升30 cm,时间间隔约为2 h。模体滑升过程中要求整体平稳上升,滑至预定高程后检查各部位的预定位置,一切符合要求即可进行混凝土浇筑。
(2)垂直度是滑框倒模施工控制的重点。滑框施工后的闸门井垂直方向不能偏移,混凝土每浇筑2 m高采用激光铅直仪或经纬仪进行垂直观测。
(3)混凝土浇筑每层厚度为30 cm,四周均匀下料,以保证滑动模板均匀滑升和滑模体相对稳定,否则造成模体倾斜和扭转,后果不堪设想。
(4)防止混凝土层间出现冷缝,必须浇筑连续。防止骨料分离、集中,注意层间结合,加强振捣。层间浇筑时间间隔宜不大于180 min,否则作为施工缝层面处理。浇筑过程中加强巡视和维护,发现异常及时处理。
(5)千斤顶作用点不能离已浇的混凝土太高,系统每次滑升高度控制在30 cm。混凝土浇筑前对模体滑升系统进行调试、检测,各部位工作正常才可进行混凝土浇筑。
3 结语
a.大型等截面混凝土结构,滑框倒模工程量大,高空作业难度大,与滑模施工相比有不足之处,但该工艺对中小型等截面、大高度混凝土,尤其对筒状结构混凝土施工有较理想的施工效果。
b.尼尔基水利枢纽左岸灌溉管闸门井滑框倒模施工每天24 h作业,共施工14 d,滑升高度23.9 m,平均每天上升1.5 m。施工验收表明,滑框倒模施工工艺具有质量好、耗材少、施工速度快、经济效益高等优点。
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