乌苏水电站发电洞、泄洪洞进水塔混凝土采用液压滑模施工,节约了3/4工期,提高了质量,减少了物力、人力消耗,为工程顺利完工提供了可靠的保障。在该套滑模设计与施工中,采用了比较先进的结构形式和施工工艺,操作简单、便于制作和现场安装。实践表明,对于截面变化不大的高大建筑物混凝土,液压滑模是一种经济可靠的施工手段。
关 键 词:进水塔;液压滑模;设计;施工;察汗乌苏水电站
1 工程概况
察汗乌苏水电站是新疆开都河流域9级梯级电站的第7级,由混凝土面板堆石坝、深孔泄洪洞、表孔溢洪洞、发电引水建筑物、发电厂房等建筑物组成,均布置于右岸高陡边坡附近。经现场统计进水口区域内每年5~10月份风力较强,5级以上大风天数较多。
2 方案优化
根据招、投标文件,各进水口采用MQ600/30门机吊3 m3罐入仓浇筑混凝土(三级配)。因在大风工况下门机无法正常运行甚至须停止作业,安全隐患较大,且现场地形条件布置门机困难,故经业主批准改门机方案为塔机方案。发电洞、泄洪洞进水塔采用滑模工艺施工,混凝土采用HBT60A混凝土泵垂直泵送入仓,混凝土级配由初设计三级配调整为二级配,QTZ80型附壁式自升塔机吊运模板、钢筋等小型材料,间隔15 m利用附墙杆将塔机与进水塔相连防风。
3 发电洞滑模施工
3.1 施工方案
发电洞进水塔高51 m,高程1 603.00~1 654.00 m,由拦污栅段、渐变段、事故闸门井段组成,全长35.5 m,对称布置,拦污栅墩后墙体与事故闸门井间设联系隔板。考虑到发电洞进水塔结构复杂、内部变截面较多及滑模施工特点,采用整体滑模准备工作量大,一旦出现问题将造成全部停仓,因此将进水塔分成两块,分别进行滑模施工。第1块为进水塔事故闸门井(见图1),桩号为0+000.00~0-018.25,高程为1 603.50~1 646.00 m,含两侧部分“八”字墙。第2块为拦污栅墩及中间隔墙(见图2),含部分两侧“八”字墙,桩号为0-033.50~018.25,高程为1 616.00~1 649.00 m。
3.2 滑模设计
3.2.1 模板
按照模板设计的实际经验,混凝土单位面积的正压力取30kN/m2,每隔1.6 m设置1道竖向围檩。经过计算,并结合实际制作和使用的需要,圆弧段模板采用特制钢模,其它部位采用
P50150、P30150等定型钢模板,模板高1.5 m。
图1 事故闸门井滑模围檩结构(单位:m)
3.2.2 围檩
事故闸门井滑模和拦污栅闸墩采用1 000 mm×1 200 mm矩形桁架梁作为模板围檩(见图1、2)。桁架梁主梁采用∠80×8角钢,腹杆采用∠63×6角钢制作。
3.2.3 提升架
提升架是滑模与操作平台的联系构件,主要作用是控制模板、围檩由于混凝土的侧压力和冲击力产生的向外变形,并将承受的作用于整个模板上的竖向荷载传递给千斤顶和支承杆。当
提升机具工作时,带动模板、围檩及操作平台等一起向上滑动。采用“开”型及“F”型提升架,“开”型提升架主梁为钢,高为4.0 m,横梁采用[14槽钢,制作成格状结构,“F”型提
升架主梁采用[18槽钢,高为1.8 m。汲取其他工程提升架刚度不足导致滑模整体变形的教训,提升架下部采用双槽钢布置,以控制变形。
图2 拦污栅闸墩滑模围檩结构(单位:m)
3.2.4 操作平台
操作平台是滑模施工的主要场地,根据类似工程经验,操作平台设计为空间桁架环梁,采用∠80×8角钢制作,断面尺寸1.0m×1.0 m,上铺5 cm厚木板,外侧设安全护栏及安全网。强度
计算时需要考虑的主要荷载不均匀系数为1.5。
3.2.5 辅助平台
在距模板下口1.5 m处悬挂辅助平台,以观察混凝土脱模后的具体情况,进行表面修补、压光、预埋件处理和养护等。辅助平台为0.8 m宽平面桁架,采用∠80×8角钢制作而成,铺设5 cm木板形成走道,利用Φ16圆钢每隔1.5 m作为悬吊杆悬挂在桁架梁上。
3.2.6 液压系统
液压系统由液压控制台、高压油管、千斤顶组成,其中液压控制台为KYT-36型,共两台,布置于桁架中央,以保证各主油管长度相近而总长度最短,确保液压系统同步提升。在设计液压系统前,首先进行计算系统需要的提升力。拦污栅闸墩段结构自重G1 =911.4 kN,考虑垂直向的滑升摩阻力G2 =957.3 kN,考虑2倍的动力系数及1.3倍的不均匀系数,施工荷载为G3 =369.5 kN。故模板滑升需要顶升力G=G1+G2+G3 =2 238.1 kN。n=w/cp=57台,根据结构特征提升动力
采用67台10 t穿心式千斤顶。事故闸门井段结构自重G1 =539.0 kN,垂向滑升摩阻力G2 =461.6 kN,施工荷载为G3 =318.5 kN。故模板滑升需要顶升力G=G1+G2+G3 =1 319.1 kN。n=w/cp=34台,采用40台10 t穿心式千斤顶。
3.2.7 支承杆及其验算
支承杆(俗称爬杆)采用Φ48×3.5钢管(作为受力筋)代替Φ25圆钢体内布置方式,下部埋在已浇混凝土内,上部穿过液压千斤顶的通心孔,承受整个滑模的荷载,并将其传递到已浇混凝
土上,接头焊接后作磨光处理。滑模能否顺利顶升,其中一个关键因素是爬杆的受力计算,按照轴心受压杆件的常规计算方法验算爬杆强度和受弯杆件稳定性,经计算承载力为49 kN。
3.3 模板拼装
在事故闸门井1 603.5 m高程以下和拦污栅闸墩1 620.70m胸墙以下常规混凝土浇筑完成后,即进行滑模拼装。先在首滑块处搭设拼装平台,然后利用塔机吊入纵向桁架与横向桁架,并按二次抛物线起拱,经检测符合要求后,将纵横向桁架焊接成整体,再焊接联系桁架,然后加上设计荷载待桁架充分变形后依次安装模板、提升架、爬杆、千斤顶及内外辅助平台。根据滑模
使用的具体特点,模板下口尺寸按照设计边长控制,上口边长应比下口直径大1~2 mm,以便于模板滑升。模板拼装后拼缝严密,接缝无错台。
3.4 滑模施工
3.4.1 钢筋与预埋件安装
在进水塔滑模施工中,钢筋绑扎采用边滑升边绑扎的平行作业方式。竖向钢筋采用带肋螺纹套筒连接工艺,安装简便快捷,工艺质量可靠性高;水平筋边滑升边绑扎,绑扎始终超前混凝土浇筑面30 cm左右。预埋件主要有通气孔、水位计、二期插筋等。门槽插筋采取弯折钢筋(圆钢)的方式,脱模后凿出。拦污栅闸墩与事故闸门井之间联系板梁采取预留槽的形式,预留槽摒弃传统木模方式,采用筛孔状目衣网(铁制)弯折成槽后直接浇筑方式,插筋穿过目衣网布置,外露端加工成螺纹。
3.4.2 混凝土浇筑
(1)混凝土的初凝时间控制4 h左右,终凝时间控制在6~8h。
(2)按照进水塔混凝土采用泵送入仓的实际需要,混凝土采用二级配,采用人工砂提高浆量,掺加Ⅰ级优质粉煤灰(30%)、高效减水剂和引气剂提高拌和物流动性,改善工作度。
(3)考虑混凝土的振捣方式以及入仓强度,混凝土入仓坍落度控制在11~13 cm,在实际浇筑过程中,结合气候条件、实际滑升速度的需要,动态调整。
3.4.3 滑模滑升
模板的滑升分为3个阶段:初次滑升、正常滑升和末次滑升,正常滑升过程中,若因故需要停滑,需采取相应的停滑措施。
(1)初升。初升前要注意控制混凝土浇筑总厚度,即混凝土的自重应大于摩擦阻力,以免滑升时,将混凝土同模板同时提起。控制的关键为:初始浇筑的混凝土时间应控制在24 h左右将混凝土浇筑2~3层,高度达到60~70 cm,待3~4 h后即可进行初升。初滑时千斤顶上升1~2个行程(2~3 cm),然后检查出露混凝土的凝固及脱模情况。滑模混凝土固身初凝时间宜控制在6~8 h内,混凝土出模强度,一般以控制在0.1~0.3 MPa为宜。现场判断模板能够滑升的具体条件为:当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,即可开始初次滑升。如果混凝土表面较干,已按不出指印,说明滑升时间已迟,此时应当加快滑升频次。
(2)正常滑升。当模板初次滑升以后,即转入正常滑升过程。根据国内外相关工程经验,本工程采用薄层浇筑(厚度小于200 mm),连续微量提升的施工方法,以消除粘模现象。通过实
践证明,薄层浇筑在发电洞进水塔等滑升面积较大的建筑物中效果较为明显,既降低了提升荷载,又减小了支承杆脱空长度,从而大大增加了滑模系统的稳定与安全。滑模连续提升每5~10 min一次,每次1~2个行程。模板的滑升速度取决于混凝土的凝结时间、劳动力配备、垂直运输能力、浇筑混凝土的速度以及气温等因素。在正常滑升时,一般为12~20 cm/h,平均日滑升量为3~4 m。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。
(3)末升。当模板滑升至距设计高程1 m左右时,应放慢滑升速度,进行找平,找正工作面,以保证顶部标高及位置的正确。
(4)停滑措施与水平施工缝处理。因气候或其他特殊原因,滑模施工必须暂停时,应采取停滑措施。停止浇筑后,仍应间隔0.5~1 h,启动千斤顶,1~2个行程,如此连续4 h以上,直至混凝土与模板不粘边为止。在停滑前将粘结在模板表面及钢筋表面的混凝土清除干净。水平施工缝表面应凿毛、冲洗干净,复工时浇筑一层同强度砂浆,进入正常施工。
3.4.4 混凝土表面修整
混凝土表面处理是关系到结构外表质量的重要工序,滑模滑升后应立即进行混凝土表面修整,一般采用抹子在混凝土表面用原浆压平或修补,抹面收光不少于3遍。收光太早起不到效果,太晚混凝土已终凝,又难以收光。所以滑模滑升后立即进行第1次收光,重点消除砂眼,第2次控制表面平整度,最后终凝前进行压光,提高光洁度,不得加水收光。
3.4.5 养护与保温
本工程地处高寒干燥地区,区域内大风天气多,采取合理有效的养护措施是预防裂缝产生,提高进水塔耐久性的关键。为使已浇筑的混凝土具有适宜的硬化条件,防止发生裂缝,经技术
经济比较,采取提前养护措施,混凝土面部分收光完成后,立即用宽幅塑料薄膜覆盖混凝土表面,并将边角压实,防止大风直接吹拂混凝土表面引起水分蒸发等。待表面不起皮、起砂即洒水养护,保持混凝土表面湿度,养护时间28 d。在辅助盘上设洒水管及时对脱模后墙体进行洒水养护。
3.5 滑模中易出现的问题及处理措施
滑模施工中常出现的问题有:滑模操作盘倾斜、支承杆弯曲、模板变形、粘模等,前3个问题在于千斤顶工作不同步,荷载不均匀,浇筑不对称,纠编过急等。由于滑模施工的特殊性,施工中出现问题亟需处理,否则可能导致滑模无法正常滑升。
3.5.1 纠偏、纠扭
滑模施工控制的重点与难点是控制纠偏、纠扭,进水塔的垂直度与操作平台的水平度有直接的关系,操作平台保持水平是保证进水塔中心线不跑偏的关键。为及时调整和校正垂直、扭
转等偏差,滑升过程中每班对进水塔操作平台水平度、中心线及扭转度进行2~3次测量。对于滑升时操作平台水平允许偏差,两相邻千斤顶高差不超过10 mm,工作台最大高差,应根据滑升面积而定,施工面积不大于100 m2时,最大高差不超过20mm;施工面积不大于300 m2时,最大高差不超过40 mm;施工面积大于300 m2时,最大高差不超过60 mm。当滑升过程出现偏斜后,采用的纠偏方法有:①在支承杆上安装限位调平器,强迫滑模在每30 cm调平1次,就高找平;
②改变入仓位置、顺序,人为形成混凝土浇筑高差;③偏移小于10 mm采用螺旋式千斤顶不均衡顶升,超出10 mm主要采用法兰螺杆和手动葫芦拉模板或爬杆。
3.5.2 支承杆弯曲
支承杆弯曲时,采用加焊钢筋或斜支承,弯曲严重时作切断处理,重新接入的支承杆与下部支承杆焊接,将焊缝打磨平顺、光滑,并加焊斜支承。
3.5.3 模板变形处理
模板部分变形较小时采取加压复原,严重时予以拆除修复或更换处理。
3.5.4 粘模处理
粘模的根本原因在于混凝土的初凝时间达到6~8 h,模板表面处混凝土粘在模板上,降低了混凝土的表面质量。主要采取了优化配合比,掺加高效减水剂、人工砂、提高泵送混凝土坍落度改善工作度等措施。
4 工期比较
引水发电洞事故闸门井1 603.5~1 646.0 m高程,42.5 m高,若采用常规方法施工,分15层,每层施工工期12~15 d,共需180~225 d;采用滑模施工滑升时间为18 d,滑模组装、改装(4
次)时间34 d,实际施工共计52 d;节约工期128~173 d。拦污栅1 616.0~1 649.0 m高程,33.0 m高,若采用常规方法施工,分11层,共需132~165 d;采用滑模施工滑升时间13 d,滑模组装、改装(1次)时间16 d,实际施工共计29 d;节约工期103~136 d。泄洪洞1 616.0~1 649.0 m高程,33.0 m高,若采用常规方法施工,分11层,共需132~165 d;采用滑模施工滑升时间13 d,滑模组装、改装(1次)时间16 d,实际施工共计29 d;节约工期103~136 d。
5 结语
(1)对于截面变化不大、结构简单的高大建筑物采用滑模施工,速度快、质量好。
(2)采用薄层浇筑、微量提升的滑模施工方法,有利于消除粘模现象、纠偏、纠扭,确保垂直度。
(3)掺加人工砂、粉煤灰、高效减水剂、引气剂配制的高性能混凝土能显著改善流动性、提高工作度,粉煤灰与水泥石中Ca(OH)2发生二次火山灰反应,生成低Ca/Si比CHS凝胶,能有效抑制碱—硅酸盐反应,降低大体积混凝土温升,控制裂缝。
(4)高寒地区大风条件下滑模施工,混凝土表面养护和保温是提高混凝土耐久性的重要保证措施 |
