关键词:滑模设计;滑模施工;骨料罐;拉西瓦水电站
摘要:拉西瓦水电站左岸拌和系统骨料仓采用薄壁圆筒钢筋混凝土罐式结构。粗细骨料仓的混凝土采用了滑模施工工艺,工序简便,节约了大量钢模板及支撑,节省了立模和加固时间,加快了进度,降低了成本,同时减少了水平施工逢,保证了混凝土的内在质量和表面质量,也为保证左岸拌和系统的整体施工进度奠定了良好的基础,值得推广。
1工程概述
拉西瓦水电站工程位于青海省贵德县与贵南县交界处的黄河干流上,是黄河上游龙羊峡以下第二个梯级电站。工程以发电为主,总装机4 200 MW,
是“西电东送”北部通道的主要电源点,也是黄河上游装机规模最大的一座水电站。
拉西瓦水电站左岸混凝土拌和系统承担大坝所有混凝土的供应,混凝土总量262.2万m3,混凝土拌和系统生产能力按满足月混凝土最高浇筑强
度12.0万m3设计。该系统由拌和楼、汽车受料仓、骨料仓、制冷车间、外加剂车间等组成,布置在坝址下游约1 km的黄河左岸夜宿沟。
拉西瓦水电站左岸混凝土拌和系统骨料存储方式为料仓,骨料罐采用钢筋混凝土结构,料罐底部布置出料廊道。其中,粗骨料罐4座,内径10 m,
高20 m,壁厚35 cm;细骨料罐3座,内径9 m,高15 m,壁厚35 cm。由于骨料罐设计为薄壁等直径圆筒结构,施工时采用滑升模板比较简便,而且施工
速度也较快。
2滑升模板设计
根据左岸拌和系统骨料仓的结构特点,共设计了两套滑升模板。模板设计有内外模,细骨料仓内模直径9 m,外模直径9.7 m;粗骨料仓内模直径10
m,外模直径10.7 m。模板通过螺栓与操作盘相连接,操作盘为桁架结构形式,上面可临时堆存施工材料。在内、外模板下部设计有悬挂式辅助工作平台,用于施工过程中对骨料仓混凝土表面进行处理。每套模板均装配有液压系统,共设置16个滑模液压千斤顶。
下面以粗骨料仓混凝土滑模设计为例加以说明。
2.1操作盘
操作盘是滑模的主要受力构件,也是主要施工场所,所以滑模设计工作重点是滑模操作盘的选择。在保证其强度、刚度及稳定性的前提下,应尽可
能减轻其重量。操作盘框架采用在桁架梁结构上铺马道板,由于混凝土施工过程中侧向受力较大,经反复计算,确定选用16榀轻型钢桁架(用[18工字钢制作)辐射式布置组拼而成,每8榀桁架焊接为一组,形成半块操作盘,两个半块操作盘之间采用螺栓连接。模板和操作盘在后方加工,经过试组装以后,分为2～3片,单件运至工地,然后用50 t吊车吊装。在模板系统的运输吊运过程中,应注意选择合理的吊点,避免变形。模板和操作盘现场就位后,将模板调至设计位置,然后将操作盘组焊。
2.2辅助盘
辅助盘主要是供检查混凝土的质量、处理局部混凝土缺陷、洒水养护等使用的工作平台,在内、外模板下部采用钢木结构悬吊方式布置。辅助盘采用角钢制作、采用吊链悬挂,外辅助盘挂在爬升架之下,内辅助盘挂在操作盘之下。辅助盘两侧设置安全防护栏杆,辅助盘结构上铺设马道板形成操作平台。
2.3模板、液压系统和爬杆
骨料罐滑模由内模和外模组成,模板面板及肋板采用δ=6 mm钢板制作,模板厚80 mm,高1 260mm,面板采用整块钢板制作。在模板制作时,应严格控制焊接变形,保证模板表面的平整度。由于模板板块之间采用螺栓连接,模板边肋板上的开孔以及肋板安装的相对位置务必准确,确保模板组装时螺栓穿孔顺利,模板通过螺栓与操作盘相连接进行整体滑升。模板制作、组装精度要求较高,模板组装后,内模下口尺寸按照设计直径控制,内模上口直径较下口直径大3～5 mm;外模下口尺寸按照设计直径控制,外模上口直径较下口直径小3～5 mm,以减小滑升阻力,便于模板提升,保证混凝土施工质量。
选用HQ-100型千斤顶,设计承载能力100 kN,计算承载能力以50 kN计,爬升行程30 mm。爬杆选用φ48×3.5无缝钢管,为了减少现场连接的工作量,节省时间,爬杆接头采用丝扣对接接头,丝高1 mm,单侧套丝长度4～5 cm,内部套杆长8～10 cm。为了满足千斤顶的顺利爬升,钢管的直线度允许偏差要求不大于15/10 000,直径公差±0.5 mm,钢管接头中心度允许偏差不大于±0.25 mm,爬杆必须是无锈蚀或经过除锈的钢管,在施工过程中,应注意爬杆的清洁,尤其是避免油脂类污染,以免千斤顶爬升困难。
2.4滑模载荷分析计算及千斤顶数量选择
滑模载荷包括:滑模结构自重,施工载荷,滑升摩擦阻力,混凝土对模板的侧压力(包括混凝土浇筑时的动荷载产生的侧压力)。
(1)滑升摩阻力G1。根据经验公式G1=fs=kf0s,式中,k为附加影响系数,取1.5;f0为摩擦系数,一般对钢模板取2 kN/m2;s为两侧模板面积,73.99 m2;则G1=221.97 kN。
(2)滑模结构自重G2。全套滑模自重G2=176.4 kN。
(3)施工荷载G3。人员T1=12.74 kN(按20人计),设备及材料T2=39.2 kN,并取1.3倍的不均衡系数和2倍的动荷载系数;则G3=(T1+T2)×1.3×2=135.04 kN。
(4)千斤顶数量。n=W/cp,式中,W为总荷载,W=G1+G2+G3=533.41 kN;c为荷载不均匀系数,取0.8;p为千斤顶计算承载能力,50 kN;则n=533.41/
(0.8×50)=13.3(台)。
考虑安全储备,设备选用16台100kN千斤顶,完全满足结构的强度要求。
3滑模施工
3.1混凝土级配要求
为了与滑模的提升速度相适应,并结合现场滑模施工特点,混凝土级配选用二级配,坍落度为11～13的泵送混凝土;同时,为了改善混凝土的和易性
和缩短混凝土的初凝时间,在混凝土中掺加了RT-1(0.8%)、RT-10及RT早强剂。事实证明:加入适当的早强剂等外加剂能显著提高滑模滑升速度。
3.2滑模试滑升
操作盘桁架梁分别用150 t吊车吊入工作面进行滑模组装工作,滑模组装检查合格后,安装千斤顶、液压系统、插入爬杆并进行固定,同时进行老混凝土面凿毛、清理、钢筋绑扎。混凝土入仓时应分层均匀铺料、铺料厚度控制在每层30 cm左右。注意初升前的混凝土浇筑总厚度,混凝土的自重应大于摩擦阻力,避免滑升时模板将混凝土提起。控制的关键是初始浇筑的混凝土速度要快,并在3 h左右将混凝土浇筑到60～70 cm;已脱模的混凝土用手指按有轻微的指印而表面砂浆已不粘手或滑升时能够听见“沙沙”的响声时,表明可以开始初次滑升。即,在第一层浇筑的混凝土的贯入阻力值达到0.5～3.5 MPa时进行。初次滑升时试滑升3～5个行程,对提升系统、液压控制系统、盘间及模板变形情况等进行全面检查,发现问题及时解决。
3.3滑模施工
在试滑升无问题后,转入正常滑升。正常滑升时,要将混凝土浇筑范围分为4～5个下料区,每区一个下料点。混凝土布料采用平铺法,每层铺料厚
度为30～40 cm。在浇筑过程中,应确保仓内下料均匀,减少浇筑高差。模板滑升时,仓内混凝土面必须保持在同一高程,以保证摩擦阻力均匀。混凝土的振捣选用φ80振捣棒,振捣方法与常规混凝土相同。正常滑升每次间隔2 h,控制滑升高度为30 cm日滑升高度控制在3.8 m左右。正常滑升时,混凝土脱模强度(立方体强度)宜控制在0.1～0.3 MPa,即用手按新浇筑混凝土面能留有1 mm左右的痕迹若脱模混凝土有流淌、坍塌或表面呈波纹状,说明混凝土的脱模强度偏低,应放慢滑升速度;若混凝土表面不湿润,手按有硬感或拌有混凝土表面被拉裂现象,则说明脱模强度偏高,宜加快滑升速度。
3.4滑模纠偏
滑模滑升中,若千斤顶不同位、爬杆强度不足或受载不均衡会使滑模倾斜。因此,滑升中应随时对滑模进行检查,针对千斤顶只能上升不能下降的
特点,调整时只能采用“就高找平”的方法,即:先使偏高的千斤顶停止不动,然后将偏低的千斤顶升高,使之赶上偏高的千斤顶,这可以使用限位调平器来实现。若偏转较大,可通过多次纠偏来校正。
3.5滑模停滑
当滑模滑升到距顶部1 m左右时,便应开始放慢滑升速度,并准确进行抄平和找正工作。整个模板的抄平找正应在滑模达到终点高程以下20 cm之前完成,以确保顶部标高和位置的正确。停止浇筑混凝土后,仍应每隔0.5～1 h启动千斤顶一次,每次将模板提升3～5 cm左右,如此连续进行4 h以上,直至最上层的混凝土已经凝固而且与模板不再粘结为止。滑模系统的拆除是滑模施工的最后一道工序,待骨料仓滑模施工完毕后,利用150 t吊车将模板系统整体吊离骨料仓,放在平地上进行解体拆除。
3.6混凝土表面修护及养护
混凝土脱模后的抹面处理是关系到建筑物表面美观及结构质量的关键工序。在混凝土脱模后应立即进行此项工作。首先,检查脱模后的新混凝土
面有无表面缺陷,若有则应立即用抹子进行修面,补平凹坑和表面细小裂纹,若表面光洁无缺陷,则可不做处理。在抹面过程中,应使用混凝土原浆抹面,以保证混凝土外观颜色统一。
混凝土浇筑脱模后,需对混凝土进行养护。随着模板的滑升,可在内、外辅助盘上使用手动喷雾器给混凝土表面轻喷水雾,使混凝土表面保持湿润状态。骨料仓浇筑完毕后,可在仓顶设置塑料花管通水对混凝土进行后期养护。
4结语
2005年,拉西瓦工程拌和系统骨料仓混凝土滑模施工完成。实践证明,对等截面薄壁混凝土结构采用滑模施工与按常规施工方法相比具有以下优点:
(1)滑模施工速度快,日平均滑升高度3.8 m左右,在气温适宜的情况下,若混凝土的初凝时间控制得当,滑升速度会更快。
(2)节省了大量钢模板及支撑,同时也节省了立模和加固支撑时间,加快了施工进度。
(3)混凝土内在质量和表面质量得到了保证,取消了常规支立模板用的拉条,节约了材料,重要的是避免了因混凝土外露表面拉条处理不好影响混凝土外观质量。
(4)采用滑模施工可一次滑升到设计顶面,减少了水平施工缝。
(5)滑模施工在封闭平台上进行,高空作业人员安全保障好,工作面平整,施工安全,也可有效防范施工人员坠落、坠物等安全事故的发生。
总结以往类似施工经验,我们认为,在具有一定高度等截面薄壁混凝土结构的施工中,当需要分层分块施工时,优先采用滑模施工是可行的。
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