云南那兰水电站冲沙洞竖井滑模设计与施工
摘要:云南那兰水电站冲沙洞竖井结构复杂、工序繁多、作业高差大、施工干扰多、质量要求高,传统模板施工不能满足施工进度要求。与常规施工方法相比,滑动模板施工具有施工速度快、机械化程度高、可节省支模和搭设脚手架所需的供料,并能较为方便地将模板进行拆散和灵活组装。那兰水电站冲沙洞竖井采用滑动模板施工,取得了速度快、质量优的良好效果。
关键词:云南那兰水电站;滑动模板;控制平台;油压系统;滚珠式油压千斤顶
0引言
云南那兰水电站冲沙洞竖井总深度为67.5 m,井口高程为431.0 m,井口设计开挖断面为10 m×8.35m,井身设计开挖断面为5.35 m×9.2 m,衬砌后中间井身段(高程EL379.0 m～EL424.0 m)混凝土设计断面为5.35 m×9.2 m,混凝土衬砌厚度为1 m,衬砌混凝土约1129.5 m3。
根据施工总进度计划及现场施工条件,经方案比较,确定中间段(高程EL379.0 m～EL424.0 m)采用液压滑模施工。
1滑动模板设计
滑动模板是将模板系统、提升系统和操作平台系统3部分组合成整体,运用液压千斤顶沿支撑杆(爬杆)逐步滑行,连续浇筑混凝土的施工工艺。
1.1模板系统
模板系统主要由提升架、支撑桁架及模板组成。提升架与支撑桁架焊接,模板通过围圈与支承桁架连接。提升架由[20槽钢及1.5 cm钢板焊接而成,其高度为1.9 m。设计提升架时,应进行实际垂直与水平荷载演算,并要有足够的刚度。支撑桁架高1.2m,由[16、[12槽钢及∠50×5角钢组成,模板由5 mm厚钢板制成,模板设计时应具有耐磨性和足够的刚度,一般模板刚度宜为900～1200mm。
1.2液压提升系统
液压提升系统由支撑杆(爬杆)、穿心式液压千斤顶及液压控制台和油路等部分组成。
1.2.1支撑杆
支撑杆又称为爬杆,它支撑着千斤顶的全部荷载。根据那兰工程的特点,选取!48×3.5钢管为支撑杆,接头采用销子连接(图1为销子加工图)。根据西北工业大学对!48×3.5钢管支撑杆承载力的理论计算和荷载变形曲线分析,在滑模施工中,当采用!48×3.5钢管作为支撑杆且支撑杆处于混凝土体外时,其最大脱空长度不能超过2.5 m。为了施工方便和安全,钢管续接长度确定为3 m,插入千斤顶的支撑杆按25%接头错开布置,相邻接头之间应错开1m以上间距,并采用间隔布置。
1.2.2千斤顶选用
按照现场实际情况和荷载要求,选用GYG-60穿心式液压千斤顶,工作起重量3 t(额定起重量6t),工作压力8 MPa。配套支撑杆为!48×3.5钢管,
底座安装尺寸120 mm×120 mm,外形尺寸160 mm×160 mm×400 mm,自重25 kg,理论行程为35 mm。千斤顶数量计算式为n=w/cp式中:n为千斤顶数量;c为荷载不均衡系数,液压千斤顶取c=0.9;p为液压千斤顶工作起重量,kN;w为竖向荷载,kN。w=k(w1+w2+w3)。其中:k为安全系数,一般1.5;w1为滑动模板结构自重,kN;w2为施工荷载(考虑冲击荷载),kN;w3为混凝土摩擦力,kN。w3=k1•f•0s,k1为附加影响系数,取1.2;f0为摩擦系数,一般钢模板取2.5 KN/m2;s为模板接触面积,m2。经计算,那兰工程竖井滑模千斤顶数量n=10台。
千斤顶布置时应使每个方向上受力均匀,同时提升架布置也应与千斤顶位置相适应。
1.2.3液压控制台
液压控制台是液传动系统的控制中心,主要由电动机、齿轮油泵、换油阀、溢油阀、液压分配器和油箱组成。那兰工程选用HY-36型油压系统,额定工作压力8 MPa,流量36 L/min,自重300 kg。液压控制台放置于作业平台中部。
1.3操作平台
滑模的操作平台即工作平台,是绑扎钢筋、提升模板、安装埋件等工作的场所,也是钢筋、埋件等材料以及振捣器等小型器具的暂存场地。那兰工地滑模操作平台布置在滑模中央,中间骨架采用角钢和槽钢焊制,在骨架上铺5 cm厚木板,主要供施工人员振捣混凝土和绑扎钢筋时使用。图2为滑模结构示意图。
2滑模施工
2.1滑模安装
滑模安装前,在起滑面向下0.3m(高程EL378.7m)现浇混凝土中,顺水流方向预埋3道[10槽钢,作为支撑起升平台。滑动模板先运送到高程EL431平台,再用卷扬机从竖井高程EL431进口向下运送至支撑起升平台,并安装就位。千斤顶安装前,先进行实验编组,检查油压、油路,并调整千斤顶的高程,检查无误后,进行液压系统安装。
2.2钢筋绑扎
模板定位检查完成后,即可进行钢筋的绑扎。前期钢筋绑扎从模板底部一直绑扎至提升架下部,起滑后,外层钢筋网可以先行向上绑扎,内层钢筋采用边滑升边绑扎钢筋的作业方式,水平钢筋绑扎超前混凝土30 cm左右。
2.3空滑
为了确保滑模混凝土和下部已浇混凝土平顺连接,同时检验滑模液压系统的可靠性,滑模就位液压系统组装完毕后,先空滑30～50 cm。
2.4混凝土的浇筑与滑升
混凝土要求现场试验,满足滑模施工要求。其初凝时间4～7 h,终凝时间10～15 h。混凝土采用混凝土罐车运输至现场,通过My-box缓降器垂直运输至离工作面2～3 m高度位置,然后通过溜管入仓。溜管采用Φ219钢管加工,每节2 m长,法兰连接,通过倒链牵拉溜管下端送至卸料部位。冲沙洞混凝土浇筑详见图3。
混凝土浇筑采用分层对称浇注方式,分层厚度不大于30 cm。混凝土初次浇注和模板的初次滑升,严格按以下步骤进行:第一层浇注至60 cm后,滑模底部混凝土达到脱模强度(0.05～0.15MPa,贯入阻力0.5～3.5 MPa)时,进行初次滑升,将模板提升1～2个行程(3～6 cm)。滑模的初次滑升要缓慢进行,并在此过程中,对液压装置、模板结构以及有关设施负载情况下作全面检查,着重检查脱模混凝土凝固是否合适,发现问题及时处理,待一切正常后方可进行正常工作。模拟正常滑升时,每次提升高度与分层高度一致,定为30 cm,每次滑升时间间隔不大于1.5 h。为减少混凝土与模板的粘结力,以免混凝土拉裂,每隔0.5 h将模板提升1～2个行程(3～6 cm)。当混凝土浇筑至顶部时,应放慢滑升速度,混凝土浇筑完成后,模板每隔0.5～1.5 h滑升1～2个行程,连续4 h以上,直到最上层混凝土与模板不粘结为止。滑模施工转入正常滑升时,应尽量保持连续作业,并有专人观察脱模后的混凝土表面质量和进行抹面压光。应根据具体情况,及时调整滑升速度,确保混凝土抹面质量和外观体形,正常滑升速度为3m/d。
2.5混凝土养护
混凝土脱模后开始抹面,滑升一定高度后,在抹面吊架下设洒水花管,对混凝土表面进行流水养护。
2.6施工精度控制
在滑升过程中,应在千斤顶上部安装限位器,控制各千斤顶同步滑升。每滑升一次,用水准管检测一次水平,在模板外侧悬挂重锤,监控模体偏移量,发现模板倾斜及偏移,应及时纠正。
3结语
云南那兰水电站冲沙洞竖井采用以上设计的滑模进行混凝土施工,取得了较好效果。实践证明,竖井采用滑模法施工比现支模板具有以下优性:(1)连续性好,可一次滑升到顶,减少了水平施工缝。(2)滑升速度快,日滑升高度约3 m。(3)节省了大量钢模板和支撑用木材,同时也节省了立模和支撑加固时间,缩短了工期。(4)工作盘一次形成后,人员高空作业安全、方便。(5)混凝土表面平整度高、外观质量好,缺陷处理工作量小。(6)滑模体一次性安装就位并加固后不易变形,混凝土结构形体偏差较小。
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