垂直滑模技术在石佛寺水库闸墩施工中的应用_

垂直滑模技术在石佛寺水库闸墩施工中的应用
    施建军，陈国伟，李敏
    ［摘要］根据石佛寺水库闸墩设计特点及外观质量要求高、工期紧等突出特点，经与常规模板比较，决定采用垂直滑模施工技术浇筑闸墩。文中主要介绍了垂直滑升模板的设计、制作、安装及混凝土浇筑工艺。
    ［关键词］垂直滑模设计；混凝土浇筑；模板滑升；石佛寺水库
    ［中图分类号］TV662+.2［文献标识码］A
    1工程概况
    石佛寺水库枢纽工程位于辽宁省沈阳市境内辽河干流上，是辽河干流上唯一的一座大型控制性水利工程，具有防洪、灌溉、引水等综合利用效益，防洪标准按100年一遇洪水设计，300年一遇洪水校核，水库库容为1.81亿m3，为辽宁省“北水南调”的反调节水库。
    水库主要永久建筑物由拦河主坝、泄洪闸组成。泄洪闸采用底流式消能，泄洪闸总宽度为248.50 m，溢流总净宽200.0 m，共分16孔，单孔净宽12.5 m，共设17个闸墩。闸墩施工分为边墩、中墩和缝墩（即2个边墩、8个中墩、7个缝墩），闸墩底面高程为41 m，墩顶高程为53.2 m，采用钢筋混凝土浇筑。中墩长23.5 m，宽3 m。缝墩长23.5 m，宽3.5 m。墩头均为半圆形，墩尾为圆弧形。边墩为长方形，长23.5 m，宽2.5 m。
    2方案选择
    石佛寺水库泄洪闸闸墩混凝土浇筑在投标方案中采用翻转钢模支立，分层浇筑。但进入工程实质性施工阶段，由于开工日期推迟，工期缩短，原方案已很难保证工期要求。针对闸墩外观质量要求高、工期紧、工序繁杂、施工安全突出等特点，经与常规模板比较，决定采用垂直滑模施工技术进行闸墩混凝土浇筑。
    3滑模设计
    垂直滑模结构由模板系统、操作平台系统、提升系统3个部分组成。
    3.1模板系统
    模板系统结构包括模板、围圈、提升架，其主要作用是按照建筑物的结构形状及尺寸成型混凝土。闸墩垂直滑模结构如图1所示。

（1）模板。滑模模板采用δ6 mm钢板制作而成，曲线段采用δ6 mm钢板压制而成，模板上下用∠50×50×5的角钢作为加劲肋，安装时加筋肋同围圈桁架梁上下弦焊接固定，门槽转角部位用∠63×6角钢作为模板。模板高度根据滑升速度及混凝土达到出模强度所需时间选定高度1.2 m，模板锥度按5 cm控制。
(2）围圈。围圈的作用是固定模板，保证模板所形成的几何尺寸不变。围圈承受模板传递的全部水平、垂直荷载及操作平台上的全部荷载，再传递给提升架。围圈采用矩形桁架梁结构，桁架梁断面尺寸1 000 mm×1 000 mm，桁架梁4个主肢采用∠90×90×9的角钢制成，4 m一节，弦杆采用∠63×63×5的角钢制成，桁架梁节与节之间采用焊接。桁架梁结构见图2所示。

（3）提升架。提升架的作用是防止模板发生侧向变形，将模板系统与操作平台联系成整体，承受围圈传递的全部荷载，并在滑升过程中将全部荷载传递给千斤顶。闸墩滑模提升架选用“开”型架，“开”型架宽度分别为4.1m（缝墩）、3.58 m（中墩），上下横梁及立柱均选用[18槽钢，为刚性焊接连接，用∠90×8角钢作加强筋。根据闸墩滑模的承受荷载计算，一套模体选用11套“开”型架，每套“开”型架安装2台千斤顶。
    3.2提升系统垂直滑模提升系统包括爬杆、千斤顶、液压控制台。
    （1）爬杆。滑模模体通过安装在提升架上的千斤顶将整个滑升荷载传递给爬杆，爬杆用准48×3.5m的钢管制成，接头部位采用焊接，并用砂轮将焊口部位打磨平整，爬杆距模板距离20 cm。
    （2）千斤顶。选用HQ-100型千斤顶，起重能力为1 00 kN，爬升行程为30 mm。经分析计算，滑模荷载为：滑模结构自重，366 kN(包括模体结构面板、围圈、提升架、操作平台、液压系统及辅助设施等)；施工荷载，156 kN（包括钢筋等材料及施工人员）；滑升摩擦阻力，N=282 kN。设计总荷载为804 kN，需要千斤顶个数n＝N/50=16个，根据闸墩结构，布置22个千斤顶。
    爬杆最大承载力P＝N/22＝36 kN≤50 kN，安全。
    爬杆稳定校核［P］=40αEI/K(L0+95)2式中［P］—爬杆的允许承载力；α—工作条件系数，整体性刚性平台取0.7；K—安全系数，取值不小于2；L0—爬杆脱空长度，取1.5 m；E—弹性模量；I—爬杆的截面惯性矩；经计算，［P］＝77 kN>36 kN，满足要求。
    （3）液压系统。包括液压控制台及高压油管，液压控制台为ZYXT-36型自动调平液压控制台，布置在操作平台中央，以保证各主管长度相近，而总长度最短；高压油管主管选用准16 mm，支管选用准8 mm，利用直管接头和四通接头同控制台和千斤顶相连，形成液压系统。
    3.3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，用准25 mm圆钢悬挂在桁架梁上。
    3.4辅助系统
    辅助系统包括洒水养护、中心测量、水平控制测量等装置。
    洒水管用准25 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，在模体的3个不同位置设3根重垂线进行观测。水平测量利用水准管原理，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。
    4滑模的制作安装
    闸墩滑模围圈在加工厂分节制作，在加工厂内搭设加工平台，根据设计图纸放大样制作单榀桁架，单榀桁架长度5 m，纵向围圈桁架梁5榀拼成一大榀，横向围圈桁架梁为一榀桁架制成。
    滑模安装：纵横向桁架梁现场进行拼装，将首块滑模的闸墩混凝土底板作为拼装平台，将纵、横向围圈桁架运输并吊入拼装平台，将纵、横向桁架焊接成整体，然后在两端纵向桁架梁下用垫块垫平，使桁架梁中部脱空，加上设计荷载待桁架梁充分变形后，按照设计图纸安装滑模面板及提升架，面板锥度按5 mm控制；安装操作平台，顺序是由下到上，由内到外；安装液压提升系统及观测设备；安装爬杆，第一批插入千斤顶内的爬杆有2种长度（2.5 m，3.5 m），相邻爬杆接头错开；待滑模滑升3 m后，安装辅助盘及安全网。滑模组装按表1质量标准进行检查调整。

5滑模施工
    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，滑模施工工艺流程：闸墩基础凿毛、放样→滑模模体安装→钢筋绑轧→混凝土浇筑（仓面验收）→平仓、振捣→滑模滑升→钢筋绑轧→滑升到顶，转入下块。
    5.1钢筋绑轧
    闸墩钢筋随滑模升程进行安装，钢筋安装速度应与滑升速度相适应，水平钢筋分层绑轧，浇筑面上最少外露1道绑轧好的水平钢筋；竖向钢筋规格为准28，钢筋接头采用双面搭接焊，竖向钢筋在滑模浇筑过程中随时接长。
    5.2混凝土浇筑
    （1）混凝土配合比。滑模混凝土应具有良好的和易性，入模后混凝土不离析、流动性好、坍落度要适中。混凝土配合比：坍落度5±1，砂率32％，水灰比0.42水泥295，水124，砂子618，粗骨料1 313，减水剂0.25％，引气剂0.01％，标号C25F200W4。
    （2）混凝土浇筑。滑模施工按以下顺序进行：下料—平仓振捣—混凝土待强—滑升—下料。闸墩混凝土在钢筋及预埋件安装完毕，仓面经监理工程师验收合格后开始进行浇筑。闸墩混凝土由搅拌站供料，自卸汽车运至浇筑仓外的吊罐内，门机吊罐垂直运输入仓。为防止下料高差过大，骨料分离，在吊罐出口处接缓降器下料入仓。入仓要求对称均匀下料，正常施工按30 cm一层进行，采用插入式振捣器振捣，经常变换振捣方向，并避免直接振动爬杆及模板，振捣器插入深度不得超过下层混凝土内50 mm，模板滑升时停止振捣。混凝土浇筑时，有专人清理模板表面的砂浆和混凝土，以保证脱模后墩身光洁，棱角分明，滑模内混凝土面与模体上口之间应保持5～10 cm的间距，以免滑升时带起混凝土。
    （3）滑模滑升。滑模初次滑升要缓慢进行，并在此过程中对提升系统、液压控制系统、盘面及模板变形情况进行全面检查。第一次滑升时，混凝土浇筑至面板的3/4高度，即先浇筑30 mm砂浆，接着按一层300 mm浇筑3层。当混凝土强度达到0.2～0.4 MPa时进行初升，先将模体提升1～2个行程（30～60 mm），检查脱模的混凝土凝固是否合适，便可进行正常浇筑和滑升。正常滑升时，每次的提升高度与分层厚度一致，每次滑升间隔时间1.5～2 h。气温较高时，为减少混凝土与面板的粘结力，防止混凝土表面拉裂，每隔0.5 h将模体提升1～2个行程。当混凝土浇筑至墩顶时，放慢滑升速度，墩顶50 cm混凝土留待混凝土终凝后出模，出模采用滑模液压控制系统及门机配合将模体滑空后吊入下一闸墩工作面。
    （4）修面及养护。修面和养护工作是关系到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或修补，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。
    5.3滑模控制
    滑模在滑升过程中，因滑模结构的不对称、荷载的不均衡、动荷载、下料等影响，并且由于滑模施工是多台千斤顶同时滑升，每台千斤顶所承担的荷载不完全一致，导致千斤顶爬升速度有快有慢，结果造成滑模盘的倾斜、平移、模板变形、爬杆弯曲等，在模体滑升过程中，必须随时进行模体的调平及锤度控制。
    垂直度及中心控制：闸墩垂直度采用重垂线及全站仪联合进行测量控制。在闸墩模体平台上对应于闸墩在基础底板上设置的闸墩轮廓线控制点布置重垂线，控制模体的中心位置及垂直偏差，并利用全站仪每天早晚各测一次闸墩的中心位置及水平度。
    滑模水平控制：滑模水平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。
    6结语
    石佛寺水库工程闸墩滑模已施工结束，经过施工实践证明，滑模与翻转大钢模比较，具有施工速度快、节约工期、外观质量提高、经济效益好等优点。
    （1）工程质量提高。采用垂直滑模技术浇筑闸墩混凝土，为提高闸墩混凝土表面压实抹光创造了条件，表面光滑、平整、外形轮廓尺寸准确。垂直滑模的施工混凝土能连续浇筑，结构能连接成型，减少了施工缝，保证了闸墩的整体性。
    （2）工程进度加快。闸墩混凝土浇筑原计划采用翻转钢模板，计划工期145 d。采用垂直滑模浇筑闸墩混凝土，日平均上升速度2.5～3 m，浇筑一个闸墩仅需4～5 d。16孔泄洪闸共计17个闸墩，浇筑工期共计85 d，比翻转模板现支法缩短工期60 d。为石佛寺水库按期实现二期导流奠定了坚实的基础。
    （3）资源投入减少。采用采用翻转钢模现支法施工支模量为9 987 m2，而采用垂直滑模法施工支模量仅为958 m2。垂直滑模浇筑与现支模板法比较，节省了大量的支、拆模费用。
    ［参考文献］
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    ［6］杨嗣信主编.建筑工程模板施工手册［M］.北京：中国建筑工业出版社，1997.
    ［7］李志良编著.水电站模板工程［M］.北京：中国电力出版社，2001，7.
    ［8］李桂林，程良奎等主编.混凝土与钢筋混凝土施工手册［M］.北京：冶金工业出版社，1988.

文章来自：滑模机械网

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