液压滑升模板在泵站出水压力竖井中的设计与应用
王树林
(水利部山西省水利水电勘测设计研究院,山西太原030024)
摘 要:山西省万家寨引黄工程总干三级泵站出水压力竖井为钢筋混凝土衬砌,采用了液压滑升模板施工,节省了多次立模和拆模工序,加快了施工进度。实践证明,滑模在工艺和技术上先进,经济上合理,是一种可在同类水利建设工程中广泛推广应用的先进施工工艺。
关键词:滑升模板;竖井;混凝土;衬砌
中图分类号:TU755.2
文献标识码:A
文章编号:1672—1144(2003)02—0031—04
1 工程概况
万家寨引黄工程总干线三级泵站位于山西省偏关县老营镇岩头寺村东800 m处。出水压力竖井是该泵站的主要输水建筑物,分布于主厂房北侧的山体中,其中心线桩号为总34+252.745 9 m,顶部高程为1 287.91 m,与出水池相连,底部高程为1 226.97 m,与出水平洞上弯段顺接,竖井深60.94m,设计开挖直径6.40 m,衬砌后直径5.20 m,钢筋混凝土衬砌厚度0.60 m,设计流量48 m³/s,年引水量12亿m³。
2 液压滑升模板的设计
2.1 液压滑升模板的工作原理
以竖井建筑物为研究对象,在圆周内每隔一定距离埋设金属爬杆一根,将液压千斤顶套在每根爬杆上,通过螺栓把液压千斤顶底座与提升架的顶部连在一起,在提升架的立柱内侧装配围圈,并在围圈上悬挂模板。为使所有液压千斤顶能同步工作,用输油管路将其与液压操作相连。这样,随着模板底部混凝土的凝固、液压操作机驱动所有液压千斤顶,就可带动提升架、围圈、模板、操作平台沿着爬杆向上滑动,如此反复连续进行一直爬升到建筑物顶部为止。
2.2 液压滑升模板的结构组成
出水压力竖井采用液压调平内爬杆式滑升模板,在模板设计中为了提高利用率,保证强度、刚度及整体稳定性,整个滑升模板设计为钢结构。其主体结构包括操作平台、提升架、围圈、模板、辅助盘、液压系统和支承杆等。滑升模板结构断面如图1所示。

2.2.1 操作平台
操作平台是滑模的主要受力结构之一,也是施工布置的主要场地,本构件除要满足强度要求外,还应有足够的刚度。操作平台支撑于提升架的主体竖杆上,通过提升架与模板连接成一体,并对模板起横向加固作用。为了节省材料,减轻重量,操作平台受力骨架采用槽钢呈辐射布置,中部用直径950 mm鼓圈相连,周边用一道圆形槽钢作为加固,上部铺设厚3 mm的花纹钢板并与骨架焊接,这样便形成了一个工作平台。
2.2.2 提升架
提升架是滑模板与混凝土井壁间的联系构件,主要用于支撑模板,围圈、滑模盘,并且通过安装于顶部的千斤顶支撑在支承杆上,整个滑升荷载将通过提升架传递给支承杆。
提升架采用“7”字型,以“7”字形进行受力分析计算并结合荷载、摩擦力,按偏心受控构件进行验算,选用槽钢组合成140 mm×200 mm截面,并相互联接。
2.2.3 围圈
围圈主要用来加固模板,使其形成一个圆筒形整体,围圈采用上下两道,根据水平侧压力计算,选用8#槽钢,上围圈距模板上口320 mm,下围圈距模板下口360 mm,上下两道围圈间距720 mm,围圈同模板用螺栓连接,并同提升架横担相连。
2.2.4 模板
模板是混凝土井壁成形的模具,每块设计大小采用1 500 mm×1 333 mm×6 mm,共分12块,背面用50 mm×6 mm角钢做横筋及纵筋,钢模板是挂在上下两道围圈之上,螺栓连接,模板按0.28%锥度设计,上口直径要大于设计4 mm。
2.2.5 辅助盘
为了便于施工人员随时检查滑升后的混凝土质量,处理局部缺陷,扒出预埋件以及及时对混凝土表面进行洒水养护,辅助盘悬挂在操作平台下部2.7m处。辅助盘采用型钢辐射梁形布置,钢梁上铺花纹钢板,花纹钢板与梁焊接。
2.2.6 液压系统、支承杆(爬杆)
液压系统分别由1台YZXT-35型液压控制台通过油泵、输油管路与HQ-30型千斤顶连接组成。HQ-30型千斤顶设计承载能力为30kN,爬升行程30 mm,实际应用中每台千斤顶按15 kN设计使用。
支承杆选用直径为25的A3型钢,每根长3~5m,接头用丝扣连接,支承杆在实际应用中可代替部分结构钢筋。
2.3 滑模荷载的分析计算
2.3.1 滑升摩擦阻力G1
模板向上滑升时摩擦阻力包括模板与混凝土之间的粘结力,浇混凝土的侧压力对模板产生的摩擦力和由于千斤顶不同步、模板结构加工制作不精确而产生的变形、倾斜等增加的滑升阻力等等。在考虑整体模板上的摩擦阻力时,难以精确计算,一般乘以一个附加荷载系数来调。计算公式如下:


P——单个千斤顶承载力,取P=15 kN。
计算得所需千斤顶数量为η=271.45/0.8×15=22.6(台),在实际施工中选用24台千斤顶,选用12对提升架均匀对称布置。
3 滑模施工
3.1 滑模施工前的准备工作
3.1.1 井壁处理
自上而下用清水冲刷粘在外层井壁上的粉尘,确保滑模浇筑混凝土与外壁紧密结合,保证井壁混凝土浇筑质量。
3.1.2 滑模安装及调试
滑模各主要构件在加工车间加工好后,可在施工现场组装,滑模组装要达到的质量要求见表1。

当滑模在现场组装合格后,还须对液压系统进行现场调试,特别对所有千斤顶进行耐久、空载爬行和负载爬行试验。耐压试验要求各千斤顶加压至120 kg/cm²,5 min不渗不漏油为止。空载爬行试验,利用YZXT-35型液压控制台调整行程30mm。负载爬行要记录加荷至1.5 t时支承杆压力和行程大小,将行程相近的千斤顶编为一组。
总之,在滑模经现场组装好后,须试行3~5个行程,检查滑模安装质量是否完全适用,提升系数是否正常,提升架是否倾斜,盘面各部分的变形情况是否在容许范围内,以上各项如果发现问题应及时处理,当以上各项工作均完成之后,滑模就可等待整体下井定位。
3.2 滑模施工前配套设施的准备
配套设施包括漏管、卷压机、吊篮、桁架梁、振捣器、动力与照明电缆线、供水管道及通信设施等。
3.3 滑模施工工艺
3.3.1 井下滑模定位与调试
当滑模整体下井就位后,首先利用仪器测定竖井井筒中心线和模板边线位置,再利用滑模中心的重垂线与井筒中心重合,找正,定位。然后利用液压系统进一步全面校核井下滑模的空载调试,确认无误后,插入爬杆,找正焊接牢固。
3.3.2 混凝土浇筑
竖井内混凝土浇筑采用漏管进料,漏管利用直径为152.4 mm的钢管,利用漏管下料应对称均匀,在混凝土浇筑过程中应保持平衡上升,严格遵守分层分片对称浇筑混凝土,每层混凝土厚度以300mm为宜。混凝土振捣采用插入式振捣器,经常变换振捣方向和顺序,以防工作平台发生倾斜和扭转。混凝土振捣应避免直接振动爬杆和模板,振捣棒插入深度不得超过下层混凝土内50 mm,模板滑升时应停止振捣,避免混凝土被振塌和引起模板倾斜扭转。
3.3.3 模板滑升
初次混凝土浇筑厚度既要使混凝土自重能克服模板与混凝土之间的摩阻力,也要使模板下部的混凝土达到脱模强度,浇筑第一层时,厚度要达到600~700 mm,开始滑升1~2行程,每个行程10~20mm,并检查脱模的混凝土凝固程度是否合适,如合适,再继续进行浇筑或滑升。
正常滑升时,前后两次滑升间隔不应超过1 h,每次滑升高度与浇筑高度相适应。
滑升速度和混凝土出模强度是否合适的鉴别经验是:滑升时能听到“沙沙”的摩擦声,出模时无流淌和拉裂现象,混凝土表面湿润不变形,用手按有外软里硬的感觉,且能留下1 mm左右的指印,能使泥抹子抹平,说明滑升速度和出模强度合适。
如遇意外事故造成停浇筑混凝土或浇筑到有结构物的最顶点时,应采用停滑措施。每隔0.5 h滑升1~2行程(3~5 cm),直至模板与混凝土面不再粘接,避免造成拉裂混凝土和不能脱模的质量事故。对于停工造成施工缝应认真处理,根据水电施工要求预先做出施工缝,然后在复工前将混凝土表面残渣除掉,用水冲洗干净,先上水泥砂浆再浇筑原配合比混凝土。
滑升时,应由专人指挥,并配专人每升一层就检查一次平台倾斜面、扭转和偏差情况,作出记录,并随时检查支承爬杆有无弯曲倾斜情况和有无滑升障碍。
3.3.4 井壁的表面修整及养护
混凝土表面修整关系到结构外表和保护层质量的工序,在混凝土脱模后须立即进行此项工作。修整措施可用泥抹子在混凝土表面利用原浆压平或修补。混凝土的潮湿养护是保证井壁质量不可忽视的工作,由于操作盘、辅助盘将已浇筑的混凝土隔在下方,水化热不易散失,温度高、蒸发快。混凝土表面干燥,为使已浇筑的混凝土具有适宜的硬化条件,减少裂缝,要通过辅助盘利用水管对井壁混凝土随时进行洒水养护。
3.3.5 钢筋绑扎与爬杆(支承杆)接长
钢筋绑扎应随同滑模滑升一齐进行,即升一层绑一层,环向水平筋与爬杆的接点及相邻两个接点应与爬杆和立筋焊接,以加强爬杆的稳定性,绑扎钢筋时,应注意各钢筋接头部位相互错开。
支承杆一般用A3钢,Φ25圆钢加工,要求充分调直,表面无锈皮,支承杆的长度3 m为宜,接头丝扣长2 cm,直径16 mm。在安放支承杆时,注意将接头丝扣朝上。连接丝扣要拧紧到底。同时错开排列,避免接头在一个平面上超过支承杆总数的20%。
3.3.6 滑模的检查与校正措施
在滑模施工过程中,要经常对操作平台的偏移,扭转和倾斜情况进行检查。具体检查措施有两条。第一条在内圈操作平台提升架上,每隔90°对称地设四个平台偏移检查点。挂1 kg重的铅锤,并在滑升开始前将铅锤中心点用红油漆标在底板基础面上,以便每提升一次检查模板偏移之值和扭转方向。第二条检查操作平台的水平度时,可利用连通管原理,在提升架上90°对称地设两条水准管,可用透明细塑料管内装满有色水,两端固定在提升架上,并画好刻度标记,借以观察工作平台的水平倾斜情况。
偏移和倾斜的纠正:当偏移值超过2 cm,或水平高度差超过2 cm时,应关闭偏高位置的部分千斤顶,使之停滑1~2个行程,再全部打开千斤顶滑升1~2个行程,逐渐调整到正确的位置。
扭转的纠正:主要方法是在千斤顶底座一侧垫铁片,使之朝反方向倾斜,以产生一个环向力来逐渐纠正,调整完后取出铁片。
3.3.7 滑模拆除
当滑模由井底向上逐渐滑出井口后应停滑,撤出一切工具、设备,并利用卷压机将滑模整体吊出井外,在地表进行滑模的拆除、清理,千斤顶进行养护,一切工作结束后,应将各种设备进行清点入库。
4 结 语
4.1 根据引黄工程总干三级泵站压力竖井的施工条件,经自行设计自造的液压滑升模板,在总干三级泵站的实践应用中,安全可靠,工作正常,在施工中未发生任何大小施工事故。另外,井壁钢筋混凝土衬砌中由于采用了液压滑升模板施工,施工进度快、效率高,施工工期仅用14 d,比立架支模工期提前30d,节约成本7万余元。
4.2 在压力竖井中通过采用液压滑升模板浇筑的钢筋混凝土,经现场验收混凝土浇筑质量合格率为100%,优良率在90%以上,被评为优质工程。
4.3 在水利水电工程中,象墩、柱、井、筒等结构形式的混凝土施工中,应大力推广借鉴液压滑升模板施工新工艺。
致谢:论文在撰写过程中曾得到中国水电十一局二分局领导和工程技术人员的无私诚挚的帮助,在此表示衷心的感谢!
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