三峡船闸薄衬砌墙混凝土施工技术
齐建飞1,马玉增2,晏正根3
(1.中国人民武装警察部队水电三峡工程指挥部,湖北宜昌 443133;
2.中国人民武装警察部队水电第一支队,河北唐山 063004;
3.中国人民武装警察部队水电第五支队,江苏常州 213000)
摘要 针对船闸闸室衬砌墙的高直立、薄壁、仓内结构复杂、工序交叉作业干扰大、工期紧且“观瞻性”质量要求高、安全隐患多等特点,成功研制并实施了“单侧分离式滑模”和“单侧滑框倒模”施工技术。实践证明,它具有速度快、安全性好、能保证混凝土“内实外光”等优点,填补了国内单侧滑模技术空白,均获得了国家新型实用专利。
关键词 三峡船闸;薄衬砌墙;滑模;混凝土施工
中图分类号:TV663 文献标识码:B 文章编号:1000-0860(2006)07-0057-03
1 工程概况
三峡永久船闸为双线连续五级梯级船闸,闸室段结构形式主要为薄壁衬砌墙,墙体紧贴已开挖好的直立岩面,墙体通过伸出岩面约1.5 m的高强锚杆与岩体共同受力。每级闸室分左、右侧共有42块衬砌墙,除闸室中部第一分流口的衬砌墙顺流向分块尺寸为24 m外,其他衬砌墙顺流向分块尺寸均为12 m。墙体最高达48m,下部衬砌厚度一般为1.5m,上部为2.1 m,竖向按约15 m设一水平缝。闸室迎水面每相距24m设一浮式系船柱槽,背水面设有纵横排水管网。闸墙设内、外双层钢筋网,分缝处设有铜止水片。
2 方案选择
本工程特点如下: (1)质量要求高。三峡永久船闸是航运旅游的风景线,属“观瞻性”工程,要求混凝土必须“内实外光”,设计允许垂直度误差为0.1%。(2)安全条件差。衬砌墙为高差达近60 m的垂直高边坡,同时存在多工种立体交叉作业,施工干扰大,安全条件差,施工安全隐患多。(3)施工难度大。薄衬砌墙仓面狭小,且有岩面打毛清洗、钢筋绑扎、墙后排水管网、分缝模板和止水、止水检查槽、浮式系船柱、爬梯槽等施工,工序繁杂,施工难度大。(4)混凝土入仓困难。墙背布置有间距2m×1.5m高强锚杆,其端头距迎水面仅5 cm,混凝土入仓困难。
方案比选从模板形式来考虑主要有多卡模板和滑模两种: (1)采用常规多卡模板施工比较合理,且风险少。但从解决入仓手段上考虑,不易找到最理想的解决办法,从在卧罐上设转角可调简易溜槽、在多卡模板上设临时溜槽、My-box管、外搭设脚手架设溜槽、门机吊卧罐等各种手段进行分析比较,对解决入仓问题均存在一定的弊端且不安全,同时工期较紧,多卡模板投入较大,只能作为一种辅助手段。(2)考虑滑模施工。滑模技术在水电行业已有几十年的历史,已经有比较成熟的施工经验,但薄壁衬砌墙单侧滑模还没有先例和经验直接参考。针对闸室薄衬砌墙特点,提出了两侧对称同时滑升、单侧整体式滑升和单侧分离式滑升三种方案进行了重点研究。对称滑升的缺点是,闸室底板门机不能全线通行以保证覆盖全部浇筑仓位,且准备工作量大,一旦一侧有问题将造成全部停仓;单侧整体滑升的弊端是混凝土下料时冲击力易造成模体的变形移位。因此,经权衡利弊,最终决定采用单侧分离式滑模,其难点和重点就是要解决模体侧向的变形位移控制,以抵消受混凝土向外的侧压力必须有足够的抵抗力,保证模板不变形。
3 单侧分离式滑模施工
3.1 模体结构
滑模由模体系统与操作平台系统两部分组成。模体系统由模板、支承导轨、液压控制系统及下吊式抹面平台组成。模板高度120 cm;支承导轨利用岩面的高强锚杆和在混凝土内预埋的套筒螺栓联合固定;操作平台分上下两层,均用普通钢管脚手架搭设,上层布置混凝土集料斗,下层布置液压控制系统,整个平台与模板分离。
滑模采用液压爬升方式,选用HY-36型液压控制台和GYD60型千斤顶,支承杆采用48钢管,第一排布置在衬砌墙体内,与迎水面第一纵向排钢筋平行,第二排布置在模板外侧,紧靠混凝土面,另外平台设置三排支承杆,共布置24个千斤顶。
经结构设计计算,支承杆力、千斤顶承载力及混凝土侧压力产生的扰度满足设计要求。
3.2 施工工艺
具体步骤:施工准备(技术方案、模体制作、配合比确定)脚手架搭设基岩面清理基础验收排水管网安装内层钢筋安装浮式系船柱安装拆脚手架模体安装验仓浇筑。
(1)基岩面清理:沿闸室分段搭设钢管脚手架,设操作平台,按照从上到下清理顺序,利用撬棍、钢纤,高压冲毛机对欠挖岩面进行凿除,清除松动岩石及高强锚杆灌浆时留下的水泥浆等。
(2)排水管网安装:闸室衬砌墙岩面布设有纵横交错的墙后排水管网,水平向排水管网采用广式软管,安装时在水平管底部打设有25插筋作为支承进行定位,外包土工布,两翼用膨胀螺栓进行固定。竖向排水管网采用预制排水管,安装时用门机进行吊装,就位采用手动葫芦人工就位,预制件接头外采用砂浆勾缝,岩面超挖部分用砖砌补缝或用钢管网、土工布、油毛毡进行补缝。
(3)侧模安装:考虑到岩面不平整等因素,不宜与滑模体同时上升,应随模体上升预先安装完成。侧面模板采用钢、木模板混合安装,拉筋焊接在内侧钢筋根部及预埋的锚筋上,每段2 m左右。
(4)钢筋施工:闸室衬砌墙布设有两层钢筋,内侧钢筋预先一次安装到顶,外侧钢筋随浇筑逐层安装,钢筋接头采用等强直螺纹连接技术。
(5)浮式系船柱安装:导轨、护角在内厂加工成每4m一节整体钢性结构,吊装就位,用法兰螺丝与预埋锚筋临时固定,脱钩后,利用法兰螺栓和千斤顶等进行精调,确保垂直中心线全高范围内累计偏差控制在±25 mm以内,局部偏差每米控制在1/1 000以内。在混凝土浇筑过程中,注意保护,防止碰撞预埋件。每班进行检测,及时进行纠偏。
(6)止水片安装:水平止水利用内、外侧的钢筋网以16钢筋搭设支承架,再架立止水,按照施工缝留置方法处理。坚向止水利用分缝模板进行架立,并随混凝土的上升分节焊接安装。
(7)混凝土施工:混凝土标号R28250 S6 D150,其坍落度3~5 cm。混凝土由15 t自卸车从拌和系统运送至各施工部位,门机吊料至操作平台的料槽中,经串筒入仓。经试验确定混凝土初凝时间在气温2~7℃下, 10~12 h,其强度为0.2~0.4MPa,滑模最佳滑升时间为初凝前2 h左右(强度为0.1~0.2MPa)。实际滑升速度受气温影响较大,一般夏季为15~20 cm/h,冬季为10~15 cm/h。现场施工通常采用直观控制法,即用手指轻轻按压刚脱模的混凝土面,以表面湿润并没有明显凹坑时即可开始滑升。在滑模滑升过程中采取经纬仪和吊锤相结合的方法跟踪检查模体偏差。在模体背面设了3个25 kg的吊锤,每滑升20~30 cm高度即滑升一个行程检查一次,观测垂球对中情况;同时利用测量仪器每天早晚两次对模板进行校核,发现偏差及时调整,确保其精度。
3.3 质量控制
施工中质量控制的关键是模体精度的控制,要随时校正调整固定导向轨的精度保证模体不移位,同时加强监控,每提升一个行程及时调整精度;控制滑升速度,若滑升速度太快,易鼓肚皮(即搓衣板现象),滑升速度过慢则提升增加阻力,易因惯性造成模体移位。
滑模试验块施工完成后,对滑模施工的混凝土进行了无损检测试验,用ZC3-A型回弹仪检测混凝土达到了设计强度; S1R-2型彩色显示地质雷达检测衬砌墙混凝土与岩石面结合良好; SWS-1A型面波仪检测混凝土的密实度及均匀性良好,证明闸室薄衬砌墙采用单侧分离式滑模施工是成功的,混凝土质量满足设计要求。
南线一、二闸室衬砌墙采用单侧分离式滑模施工,混凝土施工全部完成后,根据闸室段形体测量成果,南线一、二闸室共检测4 461个点,其中4 084个点形体偏差在±20mm, 377个点形体偏差在±(20~40)mm,形体偏差全部控制在设计允许范围内,形体符合设计要求。
4 单侧滑框倒模施工
4.1 模体结构
单侧滑框倒模结构由模板系统、液压系统、电气设备系统三大部分组成。
模板系统由模板、滑道、围圈、提升架、导轨、操作平台、支承架等组成。模板高度为200 cm,分5层,每层40 cm,模板之间用U形卡扣接;滑道采用Φ48×3.5 mm钢管制作并固定在围圈上,滑道间距30 cm,单侧滑框倒模提升时模板不随提升架滑动,只是滑道与模板之间相对滑动。
液压系统控制台采用YKT-36型,千斤顶GYD-60型, 4只千斤顶为一组,布置7组,共计28只。经结构设计计算,支承杆力、千斤顶承载力及混凝土侧压力产生的扰度满足设计要求。
4.2 施工工艺
单侧滑框倒模施工工艺与单侧分离式滑模施工基本相同,即基岩面清理、排水管网安装、内层钢筋安装、浮式系船柱安装均提前安装完成。
(1)滑升: 2 m高模板浇筑到顶后,待第一层混凝土浇筑10~12 h,先试滑3~5 cm,如正常后即开始第一次滑框50 cm,并将底层模板拆除;正常情况下按照“浇筑40 cm滑升40 cm底部拆模40 cm顶部立模40 cm”的程序循环进行。其滑升速度与滑模基本一致。
(2)垂直度和水平度的检测控制:在支承架上、下游两端和中间各设一个重锤,滑升前调好线锤,并固定好底面标记。每隔一段时间观察一次,当支承架上口偏差1 cm时就进行一次调整。水平度检测采用水管法。在每根支承杆上设一刻度尺,并将水管尺绑附在刻度尺上,水管内充满有色水,在滑升前,将每一水管的水位都调在同一水平上,然后在滑升过程中,不断观测,当累计误差超过3~5 cm就进行一次调平。纠偏可通过调节导轨、调平部分千斤顶等方法来实现。
4.3 质量控制
按滑框倒模施工工艺要求,在拆模时,混凝土强度表面必须达到0.5MPa以上。当最低一层混凝土已浇筑10~12 h,强度已达到拆模要求,即可滑升拆模。模板每次立模前必须将脏物清理干净并刷脱模剂,并将顶层模板口上的砂浆必须清除干净,使接缝严密。
同时加强模体的精度检测,加强监控,随时注意纠偏。北线一、二闸室衬砌墙采用单侧滑框倒模施工,混凝土施工全部完成后,根据闸室段形体测量成果,北线一、二闸室共检测12 254个点,其中10 170个点形体偏差在±20mm, 2 084个点形体偏差在±20~±40 mm,形体偏差全部控制在设计允许范围内,形体符合设计要求。
5 结 语
单侧分离式滑模施工具有精度高、速度快、安全性好等优点,同时,解决了混凝土入仓的难题,实践证明此项技术是成功的。滑框倒模是在滑模的基础上发展起来的新工法,它发挥滑模速度快的优势,又具有人工拆、翻模板不损伤混凝土表面,解决了普通滑模易扰动混凝土、表面强度会下降的关键问题。单侧分离式滑模和滑框倒模填补了国内单侧滑模技术空白,获得了国家新型实用专利,并得到了三峡工程质量检查专家组高度好评。
2002年2月,船闸闸室段边墙混凝土浇筑全部完成,混凝土总体质量内实外光,满足设计要求。三峡永久船闸已于2003年6月建成并投入试运行,试运行期间船闸运行状况良好,各项技术指标符合设计要求,各项监测指标均在正常范围。2004年7月8日,三峡永久船闸通过了国务院三峡通航验收委员会主持的通航验收,按期实现了正式通航。
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