引子渡水电站调压井滑模施工
摘 要:引子渡水电站调压井混凝土衬砌采用滑模施工,其滑模结构和施工工艺都很有特点和成功之处,通过施工单位和监理工程师的严格控制,质量、安全和进度都得到了可靠的保证。
关键词:水利工程施工;调压井滑模施工;质量;安全;进度;引子渡水电站
0 工程概况
引子渡水电站位于乌江南源三岔河下游,处在贵州省织金县与平坝县交界处。该工程以发电为主,兼顾防洪、灌溉及其他。水库总库容5•27亿m3,电站装机容量3×120 MW,保证出力46•5MW,多年平均发电量9•78亿kW•h。电站枢纽由面板堆石坝、左岸溢洪道、右岸引水隧洞、调压井和胡家大地发电厂房等水工建筑物组成。
调压井的井深为109•424 m,顶部高程为1 140•50 m,井底高程为1 031•076 m。调压井的混凝土衬砌段高度为78•924 m,起止高程为1 031•076~1 110 m。调压井底部有一阻抗孔板,其混凝土厚度为2•0 m,阻抗孔过水直径为6•5 m。调压井最大开挖直径为20•5m,衬后直径为18•5
m,设计一期支护为井壁系统锚杆和素喷10 cm厚的混凝土,衬砌混凝土的总方量为6 197 m3。后来在1 110~1 139 m也改为混凝土衬砌。
调压井所处地层为T1d2-3,向下依次为T1d2-2、T1d2-1,以薄层灰岩为主,软弱夹层较发育,岩层产状N17°E, NW∠44°,局部有软弱带出露并切断
岩层。T1d2-3地层为Ⅲ类围岩, T1d2-2、T1d2-1地层为Ⅳ类围岩,属稳定性差或不稳定围岩。调压井下游侧有一小落水洞出露,水压水量均较小。
1 施工程序和布置
调压井混凝土衬砌首先采用散模进行了1 031•08~1 034•08 m高程的阻抗孔底板及倒角部分的混凝土浇筑。井身混凝土衬砌采用滑模自下而上进行,即在1 034•08~1 110•00 m高程连续浇筑。施工程序如图1。
由于调压井井口的施工场地狭窄,且井口锁口混凝土上游侧距施工公路仅50 cm,混凝土入仓只能在公路上进行。从1 130•00 m高程进行浇筑时,利用溜管下料,在井口部位设一受料口,下接溜管,溜管下端与下料缓冲装置相连,以保证混凝土不出现分离;溜管由钢丝绳固定且能自由移动供料到井身四周; 1 130•00 m高程以上由于高差太小,故采用HBT60混凝土泵送入仓。在滑模工作盘上还搭有活动溜槽,溜槽可以用人工在井身四周进行移动。
2 滑模结构
考虑到调压井断面直径较大,同时为了满足工期要求,采用滑模浇筑混凝土要比采用传统的支模施工工艺进度快、工效高、材料消耗少,且滑模施
工是连续浇筑可取消施工缝,从而减少了大量的重复支模、拆模工作。另外,滑模工作盘处于封闭施工,也给施工人员的安全提供了保证。混凝土衬砌施工完成后还可以将滑模工作盘进行改造,作为后续固结灌浆和排水孔施工作业平台。调压井滑模采用液压调平内爬式滑升模板,滑模装置由钢结构、模板、围圈、操作盘、提升架、辅助盘、支撑杆、液压系统等部分组成,滑模重约30 t,周边按均匀分布安装了18台千斤顶,作为整个滑模提升的动力(见图2)。为便于滑模的加工和提高其使用率,对滑模结构进行过验算,证明其满足强度、刚度及稳定性要求。
2•1 模板
模板是混凝土井壁成形的模具,其质量(主要包括刚度,表面平滑度)的好坏直接影响着所浇混凝土的成型及外观质量。在保证质量的前提下,为降低成本,本工程采用了P3015普通钢模,并按一定锥度设计,上口直径大于设计井径2 cm。
2•2 围圈
围圈主要用来支撑和加固模板,使其形成1个圆筒形整体。围圈采用上、下2道,上围圈距模板上口30 cm,下围圈的上面距模板下口45 cm,上、下2道围圈的间距为75 cm。围圈与模板的连接采用∠50 mm×50 mm×5 mm的短角钢(长20 cm)相连,角钢一端打Ф12•5 mm孔,用M12 mm×50mm螺栓与模板竖筋上的孔相连,另一端与围圈焊接,围圈支于提升架的横担上。
2•3 提升架
提升架是滑升模板与工作盘的联系构件,主要用于支撑模板、围圈、滑模工作盘,并且通过安装于其顶部的千斤顶支撑在支承杆(爬杆)上,整个滑
模荷载将通过提升架传递给支承杆。根据经验,选用“F”型提升架,用单根16号槽钢作立柱,并根据荷载及摩擦力,按偏心受拉构件进行验算。
2•4 操作盘(工作盘)
操作盘是滑模的主要受力构件之一,也是滑模施工的主要工作场地,各构件除满足强度要求外,还应有足够的刚度。操作盘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,并对模板起着横向支撑作用。据以往的成功经验,为了保证安全、节省材料和减轻结构自重,采用轻型桁架梁辐射结构,中间与直径4 m、高3 m的鼓圈相连,桁架之提升架端以Φ25 mm圆钢与鼓圈下部相连,形成鼓型结构。为增加桁架的整体稳定性,用∠75mm×75 mm×8 mm角钢以同心圆的形式固定,在桁架上、下各加固4圈加强筋,盘面辅板采用δ=50 mm木板,使盘面保持平整。
2•5 辅助盘
为便于施工人员随时检查脱模后的混凝土质量,及时修补混凝土局部缺陷或拔出预埋件,以及对混凝土表面进行洒水养护,在操作盘下方约2•7m处悬挂有一辅助盘。辅助盘设计为环行、栈道式,盘宽1•0 m,两边设护拦,以Φ25 mm圆钢悬吊于桁架梁和提升架下。
2•6 支承杆
支承杆的下段埋在混凝土井壁内,上段穿过液压千斤顶的通心孔,承受整个滑模荷载,将其传递给井壁,并作为井壁竖筋的一部分存留在井壁内。液压滑模千斤顶(18台)选择HM-100型,组装前就检查了高低压油管是否通畅,耐压是否符合要求,有无漏油等情况,以便对出现的问题或故障及时排除。
2•7 洒水管
为使脱模的混凝土得到良好的养护,特在辅助盘的外圆周上固定有环行Φ50 mm塑料管,在此管的朝井壁侧打有若干小孔,高压水管与此管用三
通接头相连,向此管供水,水从小孔喷出,以对井壁混凝土进行养护。
3 采用滑模进行混凝土衬砌施工
3•1 混凝土浇筑
滑模施工过程中严格遵守分层分片对称浇筑,每层混凝土的铺料厚度一般为30 cm,与模板上口接近齐平时进行模板滑升。
混凝土振捣采用插入式振捣器,经常变换振捣方向,并避免直接震动爬杆及模板,振捣棒插入深度严格按规范要求不超过下层混凝土内5 cm,模板滑升时停止振捣,滑升完毕并校正后方可下料、
平仓。
混凝土的初次浇筑和模板的初次滑升,严格按以下6个步骤进行:第1次浇筑先按10 cm厚均匀铺1层砂浆混凝土,接着按分层厚度30 cm浇筑2层,当厚度达到70 cm时开始滑升3~5 cm检查脱模后的混凝土是否合适,第4层浇筑后滑升5 cm,继续浇筑第5层又滑升10~15 cm,第6层浇筑后滑升20 cm,若无异常现象,便进行正常浇筑与正常滑升。
滑模的初次滑升进行得比较缓慢,并在此过程中对液压装置、模板结构及有关设施在负载条件下作全面检查,发现问题及时处理,待一切正常后才进行正常滑升。
3•2 模板滑升
施工转入正常滑升后,基本上保持连续施工,并根据现场条件确定了合理的滑升速度和分层浇筑厚度:滑升的间隔时间为2 h,滑升高度为30 cm且分2次进行,每次15 cm间隔1 h,日滑升高度控制在3~3•6 m。
滑升过程中,有专人观察和分析混凝土表面情况,确定合适的滑升速度,并根据以下几点进行鉴别:滑升过程中能听到“沙沙”声;脱模后的混凝土面无流淌和拉裂现象;混凝土表面湿润不变形,手指触按有硬的感觉,并能留出1 mm左右深度的指印;能用抹子抹平。
滑升过程中有专人检查千斤顶上升情况,观察爬杆上的压痕和受力状态是否正常,检查井筒中心线的对中情况和滑模操作盘的水平度。
3•3 井壁的表面修整和养护
井壁表面修整是关系到结构外表和保护层质量的工序,在混凝土脱模后即进行此项工作。一般用抹子在混凝土表面做原浆压平或修补,如表面平整也可不做修整。
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井筒下面,水化热不易散失,故温度高、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并减少裂缝,在滑模辅助盘上沿井身四周设洒水管喷水对井壁进行养护,供水方式为由井口吊Φ51 mm钢管向井下供水。
3•4 绑扎钢筋和接长支撑杆
滑模施工的特点是钢筋绑扎、混凝土浇筑、模板滑升可平行作业、连续进行。施工中按设计要求进行钢筋绑扎、焊接,竖向和横向钢筋接头部位要相互错开。
原设计井身的钢筋结构是环向筋在竖向筋外侧,考虑到布置滑模支撑杆的需要,对此进行了调整,将环向筋和竖向筋位置进行了对调。滑升施工中,要求支承杆在同一水平面内的接头数量不超过支撑杆总数的1/4,因此,第一套支承杆至少要有4种长度(2•8, 3•2, 3•6, 4•0 m )并错开布置,正常滑升时每根支承杆长度为6•0m,要求杆面平滑无锈皮,经冷拉延伸处理,延伸率控制在2~3%。当千斤顶滑升至距支承杆端头小于35 cm时,就接长支承杆,接头要对齐,不平处用锉刀锉平,支承杆与横向钢筋要绑扎或焊接牢固。
3•5 停滑措施及施工缝处理
滑模施工要求连续作业,因意外停滑时应采取停滑措施:混凝土停止浇筑后,每隔0•5~1 h滑升1~2个行程,直至模板与混凝土不再粘接(一般4 h左右)。
对于因停工造成的施工缝应认真处理,要根据水工规范要求预先凿出施工缝,然后在复工前将混凝土表面残渣除掉,用水冲洗干净,先浇筑1层减
半骨料混凝土或水泥沙浆,然后再浇筑原配合比混凝土。本调压井施工时没有出现过停滑现象,但有个别时段因来料慢等因素的影响而对滑升速度进行了控制,从而保证了滑升的连续进行。调压井井身的配筋采用内外圈2层钢筋,其中1 031•076~1 080 m高程的主筋为Φ28 mm,混凝土厚度为90 cm; 1 080~1 100 m高程的主筋为Φ25 mm,混凝土厚度为70 cm。由于使用的钢筋及接头较多,焊接工作量大,所以在实际施工中,
钢筋绑扎改用热镦粗等强直螺纹连接接头,从而大大减轻了施工强度,为滑模连续不断地上升,创造了较好的条件。
衬砌混凝土与岩壁之间采用暗埋盲沟排水。环向盲沟每5 m布置1层,竖直向盲沟为4条,均匀分布于井壁,并和环向盲沟连通。固结灌浆孔采用预埋Φ50 mm钢管,待混凝土施工完成并达到一定强度后再进行灌浆。调压井滑模施工在2002年1月5日17∶00从1 034•08高程开始,至2月4日6∶00浇筑混凝土到1 110 m高程, 2月6日20∶20开始施工1 110 m高程以上,至2月18日4∶00完成。由于调压井靠上游侧的井壁有欠挖,需要随时处理,加之混凝土供料路程较远,为了检验滑模效果,所以在先期施工中对滑升速度进行了控制,第1天只滑升了1•5 m,后期基本上保持在每天3 m左右。
4 质量安全保证
在施工过程中,施工单位建立、健全了完善的施工质量保证体系,监理工程师也进行了严格的现场监理。施工单位质安部是内部质量保证体系的管理机构,配备了现场专职质检人员,实行三检一验制,对技术工人进行培训考核,做到不合格人员不上岗。鉴于滑模施工连续上升的特殊性,监理工程师也加大了对施工过程中的质量控制力度,特别是加强了对入仓混凝土及钢筋接头的检查,保证入仓混凝土抗压强度及钢筋接头抗拉强度均满足设计要求,从而确保了工程质量。
在安全管理方面,施工单位建立健全了安全检查监督机构。一是配备专职安全人员进行现场检查,若发现不符合安全操作规程的作业和安全隐患,就及时进行处理或停工,以做到防患于未然;二是对施工人员进行经常性的安全知识宣传教育,强化现场作业安全意识;三是按照国家有关规定必
须对施工人员进行劳动保护。由于调压井滑模施工时施工人员及材料进入的工作面都是通过井口吊篮上下,为了确保施工人员的安全,卷扬机限由专职人员操作,另外还装有安全定位钢绳,吊篮上也安装了限位停车装置,既保证了吊篮安全运行,也保证了施工安全。
5 结语
引子渡水电站调压井的井深达109•42 m,最大开挖直径为20•5 m,衬后直径为18•5 m,属大型调压井,其混凝土衬砌量有6 197 m3,但只用了32 d时间就全部完成,说明采用滑模施工是十分成功的。首先是节约了工期,为后续固结灌浆、特别是压力管道的吊运及安装赢得了时间;二是施工
过程中采用了高空下料缓冲装置,较好地解决了骨料的分离问题;三是钢筋制安过程中使用了热镦粗等强直螺纹连接接头技术,降低了钢筋焊接工作量,提高了工作效率,保证了质量。调压井混凝土浇筑完成后,通过对井身体形的外观检查及混凝土试块强度检测,质量完全满足设计要求,在分部工程验收时质量评定为优良,投产后运行情况一切正常。
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