摘 要:结合辽河石佛寺水库枢纽工程,阐述了液压滑模机在混凝土工程施工中的应用。
关键词:液压滑模机;水库闸墩混凝土;施工应用
1 工程概况
辽河石佛寺水库枢纽工程位于辽宁省沈阳市新城子区,距沈阳市区约40 km,是目前辽河干流
上最大的水库。主副坝防洪堤全长42.7 km,总库容1.85亿m3,其中防洪库容1.6亿m3。辽河石佛寺水库枢纽一期工程闸墩施工分为边墩、中墩和缝墩。八个闸室共计两个边墩、八个中墩、七个缝墩,闸墩底面高程为41.0 m,顶部高程为53.2 m,采用钢筋混凝土结构。中墩外形为船型,长23.5m、宽3.0 m;缝墩长23.5 m、宽3.5 m;边墩为长方形,长23.5 m、宽2.5 m。闸室内有检修门槽和工作门槽,其中工作门槽为变断面设计。顶部52.485至53.2高程墩台收台。
2 滑模施工的特点
滑模施工是水利水电工程中一项高效、低廉的混凝土施工工艺,具有施工速度快、质量高、成本低等优点。在水利水电工程中采用滑模技术施工可以成倍地提高混凝土浇筑速度,对于工期紧张、有紧急渡汛要求的工程具有重要的功用。与铁路、桥梁等工程所用的滑模技术相比,水利水电工程滑模施工具有结构复杂、精度高、浇筑量大等特点。在水利水电工程施工过程中,滑模结构还包括有门槽、弧度变化大,施工要求高等要求。
3 液压滑模机的工作原理
液压滑模机由齿轮泵、电液换向阀、溢流阀、针形阀等液压元件及压力表组成一个控制台。由控制台输出的油液经外胶管、分油管路、支油管路、针形阀至千斤顶(爬行千斤顶)组成液压回路。当启动电机使油泵工作时,油液经由二位四通电液阀的P腔通过A腔的节流口以不大于10 kg/cm2的压力循环回油箱,此时B腔和O腔连通,油路系统处于回油状态。当千斤顶需要供油时,操纵电液阀的旋扭(顶升位置),令电液阀换向,使油液由P腔经B腔进入油路系统,使千斤顶完成一次工作行程。需要压力大小由溢流阀调整,由压力表读出压力值,当油路系统中达到设定压力时,油液从溢流阀卸荷口回油箱。控制台顶板上的多个针形阀用以控制多路通道。
4 千斤顶(爬行千斤顶)的选用(以缝墩为例)
4.1 荷载分析
(1)滑模结构自重:
钢结构:24 800 kg;液压系统:1 800 kg;辅助
设施:10 000 kg。G1=36 600 kg。
(2)施工荷载:
G2=15 600 kg
(3)滑升摩擦阻力:
G3=28 200 kg
竖向荷载总重:
G=G1+G2+G3=80 400 kg
(4)混凝土对模板的侧压力失稳重力换算
P=20 000 kg
4.2 千斤顶数量
选用HQ-100型千斤顶。设计承载能力为10 t,计算承载能力为5 t,爬升行程为30 mm。n=20.4台,考虑门槽等部位阻力较大和结构不对称,为保证滑模滑升质量,根据结构情况布置24台千斤顶。
5 滑模常规设计
闸墩采用液压整体滑升模板施工,为保证质量,滑模采用整体钢结构,滑升动力装置为ZYXT-36型自动调平液压滑模机,滑模装置组成为:模板、围圈、提升系统、滑模盘、液压系统、辅助系统。
5.1 模板、围堰
全套滑模模板采用6 mm厚钢板制作而成,曲线段采用6 mm厚钢板压制而成,用50×5的角
钢作为加劲肋,同桁架梁相连固定,门槽转角部位采用63×6角钢作为模板。模板高度选1.2 m,模板锥度按5 mm控制。围圈主要用来加固闸门槽和圆弧段模板,采用上下两道,同模板焊接固定并和桁架梁上下边缘焊接,使全部模板成为一个整体。
5.2 提升系统
滑模提升系统的制作部分是提升架,是滑模与混凝土间的联系构件,主要用于支撑模体,并且通过安装在顶部的千斤顶支撑在爬杆上,整个滑升荷载将通过提升架传递给爬杆,爬杆用Φ18×3.5 m的钢管制成,根据闸墩的实际情况,全部提升架选用“开”型架,用18#槽钢焊制,用90×8角钢作加强筋。一套模体选用12套“开”型架。
5.3 滑模盘
滑模盘分为操作盘和辅助盘。操作盘为施工的操作平台,承受工作、物料等荷载,是滑模的主要结构,采用桁架梁钢结构制作,由于混凝土施工过程中,垂直荷载和侧向受力较大,为保证操作盘的强度和刚度,选用∠90、∠63角钢加工制作成1.0 m×1.0 m复式桁架梁,并利用“开”型架进行补强。在桁架梁上铺马道板形成操作平台,利用“开”型架顶面布置下料平台,搭设斜溜槽进行分料入仓。辅助盘为养护、修面、预埋件处理的工作平台,采用钢木结构悬吊布置,沿混凝土面布置一周宽800 mm平台(用角钢和圆钢焊制),上铺马道板,用Φ25 mm圆钢悬挂在桁架梁上。
5.4 液压系统
液压滑模机为ZYXT-36型自动调平液压滑模机。高压油管:主管选用Φ16 mm;支管选用
Φ8 mm,利用支管接头和四通接头同控制台和千斤顶相连,形成液压系统。
5.5 辅助系统
包括洒水养护、中心测量、水平控制测量等装置。洒水管用Φ25 mmPVC管,沿混凝土表面布
置一周,PVC管上钻孔,对混凝土表面进行洒水养护。中心测量利用重垂线测量,观察模体的水平位移,对模体的三个不用位置设三根重垂线进行观测。水平位移利用水准管原理,在模体上布置透明胶管,充水固定在模体上进行水平度观测。
6 闸门槽变断面设计
工作门槽在滑升过程中,门槽宽度增加。在滑模设计中,将加宽部分制作成高1.4 m、70西北水力发电第22卷长0.9 m、宽0.9 m的长方形,四个侧面带模板。顶部用∠90角钢制作三个方框滑道。在大模体上,用∠63角钢加工三个立柱作轨道,以保证加宽部分尺寸。在滑模施工中,滑模滑升接近加宽断面时,预埋四根插筋,以固定加宽部分模体口。当滑模滑升加宽断面高程时,将加宽模体安装在轨道上,下部利用插筋进行固定。当模体滑升至顶面时,切除插筋,滑模继续滑升,并将下口同大模体进行固定。
7 滑模施工
7.1 滑模施工工艺
滑模施工的显著特点是:钢筋绑扎、混凝土浇筑、滑模滑升、修面养护等,工作平行交叉作业,连续进行。要求各工种相互配合,相互适应。滑模施工工艺流程为:钢筋绑扎→混凝土浇筑→平仓、振捣→滑模提升→钢筋绑扎。混凝土浇筑:由搅拌站供料,自卸汽车运至工地装罐,门机悬吊吊罐入仓,工作面布置溜槽下料,人工平仓,插入式振捣器振捣。钢筋绑扎:由钢筋加工厂供料,载重汽车运至工地,门机配合卸车,吊至滑模操作盘上,人工分料绑扎、焊接。
7.2 模板滑升
滑模正常滑升是根据现场施工情况确定合适的滑升速度,与现场气温条件、混凝土设计强度、
混凝土初凝时间、供料强度、钢筋绑扎焊接速度等有关。本工程闸墩滑模按正常滑升每次间隔2 h,控制浇筑分层厚度30 cm,日滑升高度最大控制在3.6 m左右。滑模滑升正常要求达到软脱模施工,脱模混凝土强度控制在0.1 MPa~0.3 MPa,现场施工鉴别为:滑升过程中听到“沙沙”的声音;出模的混凝土无流淌和拉裂现象,手按有硬的感觉,并能留下1 mm左右的指印;能用抹子抹平。
7.3 修面及养护
修面和养护工作是保证混凝土质量的最后一道工序,表面修整是关系结构外表美观和保护层质量的关键工序,当混凝土脱模后,在低强度状态立即进行此项工作。一般用抹子在混凝土表面作原浆压平和修补,表面平整亦可不做修整。洒水养护是保证混凝土有适宜的硬化条件,减少和避免裂缝的关键工作,在辅助盘上设洒水管对混凝土进行24 h洒水养护。
7.4 滑模控制
7.4.1 滑模中心和水平控制
滑模中心控制:在保证滑模有足够的提升能力下,为保证闸墩结构成型尺寸,减少滑升过程的偏差,采用重垂线进行测量控制,在上下游方向各布置2根垂线进行中心测量控制。滑模水平控制:滑模水平控制上升是保证滑模中心的关键,利用千斤顶同步器进行水平限位,利用水准管进行水平测量,发现问题及时纠正,在微小状态进行纠偏工作。
7.4.2 施工中常见问题控制
由于滑模施工是多台千斤顶同时滑升,而滑模结构的不对称、荷载不均衡,动荷载以及下料等影响,易造成滑模盘倾斜、平移、模板变形、爬杆弯曲、混凝土缺陷等,施工中在克服不利因素的前提下,要加强观测工作,将问题消灭在萌芽状态。
7.5 滑模拆除
滑模滑升至设计位置后,将滑模滑空,利用门机整体悬吊至下一工作面进行安装。采用滑模技术在保证浇筑质量的前提下缩短了工期,节约了成本。滑模施工在辽河石佛寺水库中得到了成功运用,本技术有很大的发展潜力。
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