调压井混凝土衬砌滑模施工
丁 伟,方志勇,张方安
(西北咨询公司,湖北浠水 438218)
摘要:介绍了白莲河抽水蓄能电站工程调压井滑模结构及液压滑模工艺。实践证明:这种滑模用在圆截面深调压井混凝土砌衬施工中,具有工效高、质量好和安全等优点。
关键词:液压滑模;滑模施工;调压井;白莲河抽水蓄能电站
中图分类号:TV52 文献标志码:A
白莲河抽水蓄能电站位于湖北省罗田县境内。枢纽工程主要包括上库主坝、副坝、引水系统、地下厂房系统和尾水系统,引水系统由上库进(出)水口、引水隧洞、调压井和高压洞等组成。
本工程调压井为2座,位于白莲河大坝右岸山顶,相距约40 m。地面高程315. 00~325. 00 m,调压井井身为圆筒形结构,由上至下为3种洞径:D26 m段、D22 m段、D5 m段,井深97. 599 m。其中直径为5 m的井身高程从232. 201~268. 000 m,混凝土衬砌高度为35. 799m,衬砌厚度为600mm;衬砌直径为22m的井身高程从268~310 m,混凝土衬砌高度为42 m,衬砌厚度为1 000 mm。这2段采用液压滑模系统施工。
1 滑模结构部件[1]
根据调压井结构特征设计大小两套滑模模体,小模体直径为5 m,大模体直径为22 m。整个滑模体采用整体钢结构设计,滑模控制采用液压自动调平控制台,配套选用滑模专用千斤顶。从上至下共设有钢筋制安兼模体防护平台、浇筑平台、抹面兼联系梁衬砌和钢爬梯制安3大平台。整个滑模装置主要由模板和围圈、提升架、操作盘、支撑杆、液压系统等几大部分构成。
(1)模板和围圈。模板是混凝土井壁成形的模具,其质量(主要包括刚度,表面平整度)的好坏直接影响着所浇筑混凝土的成形及外观质量。本工程采用P3015优质小钢模拼接而成。模板围圈主要用来支撑和加固模板,使其形成一个整体,图1为D22 m滑模平面结构。围圈采用上、下两道,根据其水平侧压力计算,选用[20槽钢,上围圈距模板上口平起,模板下围圈与模板下口相距均为300 mm。上、下两道围圈间距1 200 mm,采用┖50×5短角钢将围圈与模板角钢肋进行螺栓连接。
(2)提升架。提升架是滑升模板、围圈及工作盘等的联系构件,并且通过安装于其顶部的液压千斤顶,带动联系构件等模体上所有荷载沿支撑杆爬升。提升架选用“┓”形提升形式,选用2根I20工字钢作立柱,δ=20 mm厚钢板作顶板,δ=10 mm厚钢板作肋。
(3)操作盘。操作盘是滑模的主要受力构件之一,也是模板施工的主要工作场地。各构件除满足强度要求外,还应有足够的刚度和整体稳定性。为避免施工作业面的混乱及不同施工间的相互干扰,在模体上部2. 5 m左右搭设钢筋制安工作平台兼做防护盘,这样将混凝土浇筑与钢筋制安工作面完全分开,不仅避免了相互干扰,同时也更为有效地保证了钢筋制安的施工进度。在模板上、下口处分别设混凝土浇筑盘及抹面平台,其中抹面平台在本设计中还兼作联系梁浇筑和爬梯制安的工作平台。
混凝土浇筑盘及抹面平台之间即为滑模主体桁架结构,为了保证安全,节省材料,减轻结构自重,采用轻型桁架辐射结构。主体桁架结构采用平行弦桁架梁结构,顶部混凝土浇筑操作盘与结构主体进行整体焊接,以达到较好的整体工作性能。结构主体再通过与围圈焊接等方法直接或间接地附着于提升架的主体竖杆上,进而形成滑模整体,对模板起到横向支撑的作用。平行弦桁架梁采用I20a工字钢作为主辐射梁,[20槽钢作为次辐射梁,上下主梁与主梁、主梁与次梁、次梁与次梁之间的交叉点处均采用219 mm钢管作立柱,其余拉压杆件均用┖75×7的角钢连接。平台板全部采用δ=4 mm花纹钢板铺面,盘面平整密封。
抹面平台采用钢结构悬吊布置,用┖75×7角钢和25圆钢焊制,上铺δ=3 mm网纹钢板,用25圆钢悬挂在桁架梁上,辅助盘距井壁距离为200 mm。所有联系梁均预留梁窝,模板滑过梁窝后利用抹面平台在梁窝上搭设2根20a工字钢用于底模支撑。抹面平台在所有联系梁处完全断开,并在断开两侧增设80 cm宽的独立悬吊联系梁作业平台。施工时,梁两侧的施工人员由两侧进人孔分别进入作业面,严禁跨梁走人。
(4)支撑杆。支撑杆的下端固定在调压井水平段基岩面上,并与满堂红脚手架结构连接牢固,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混凝土井壁内。在选择GYD60型液压滑模千斤顶的同时,选择48×
3. 5无缝钢管作支撑杆。
(5)液压系统。采用从厂家订购的配套液压系统(模体重量分别约为5. 6 t和57. 1 t)。
(6)辅助系统。包括预埋处理和洒水养护、中心测量、水平控制测量等装置。洒水养护是混凝土施工的一个重要环节,洒水管用硬质塑料管,在辅助盘周边安装,在管上钻孔,对混凝土表面进行洒水养护。
中心测量采用全站仪进行控制,在上井口安装2台激光投影仪,用于控制模体滑升。
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,也可采用其他观测方法。
2 衬砌滑模施工
调压井衬砌滑模施工的主要工序有钢筋绑扎、混凝土浇筑、滑模滑升平行作业,各工序连续进行互相适应(见图2)。
(1)钢筋绑扎、爬杆延长。模体就位后,即可按设计进行钢筋绑扎、焊接,搭接及焊接。钢筋绑扎要与混凝土的浇筑及模板的滑升速度相配合,按日滑升最大高度备料,并根据平面结构合理安排绑扎人员和划分操作区段,使仓面每个区段的绑扎工作能够基本同时完成,以尽量缩短绑扎时间。
施工时每层混凝土浇筑完毕后必须保证在混凝土表面上至少应有一道绑扎好的横向钢筋。竖向钢筋绑扎时,在提升架上部设置钢筋定位架,以保证钢筋绑扎位置准确。钢筋绑扎间距符合要求,每层水平钢筋基本上呈一水平面,上下层之间接头要错开,竖筋间距按设计布置均匀,相邻钢筋的接头也要错开,钢筋接头全部采用焊接。
第1层插入千斤顶的支承杆,其长短不得少于4种,并按长度变化顺序排列,使爬杆在同一标高处的接头数量不超过25%。正常滑升时,每根爬杆长3. 0 m,要求平整无锈皮。当千斤顶滑升距爬杆顶端小于350 mm时,应接长爬杆,接头对齐,不平处用角磨机找平,爬杆同环筋相连加固,并利用井壁锚杆对爬杆进行加固。
(2)混凝土浇筑[2]。滑模施工用混凝土由上库进出水口HZ75-2F1500型混凝土拌和站生产,使用3~6 m3搅拌运输车运至调压井混凝土衬砌下料口,入混凝土输料管下料。由于仓面较大,整个仓面上布设两个施料口,施工时两个操作区的操作人员配备要均衡,施工过程中两个区相互协调,使两区在浇筑数量和时间上大致相等。
混凝土浇筑要求分层对称均匀下料,层浇筑厚度在30 cm左右,施工时必须分层均匀交圈浇筑,每一浇筑层的混凝土表面在一个水平面上,并有计划匀称地变换浇筑方向。层与层之间浇筑的间隔时间不大于混凝土的凝结时间(由试验室确定),当间隔时间超过时按施工缝的要求进行处理。第1次向模板内浇筑混凝土时,分2~3层将混凝土浇筑至600~700 mm,等强后进行模板的试滑升工作。滑升进行正常滑升阶段后,每次滑升前,宜将混凝土浇筑到距模板上口以下50~100 mm处,并将最上道横向钢筋留置在混凝土外,作为绑扎上一道横向钢筋的标志。
振捣采用插入式振捣器,操作时经常变换振捣方向,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5 cm,模板滑升时停止振捣。
(3)模板滑升[3]。模板的滑升分为初试滑升、正常滑升和完成滑升3个阶段。①初滑。模板初试滑升前,必须在对滑模装置和混凝土凝结状态进行检查后进行。混凝土初次浇筑时先在底部浇筑5 cm砂浆,接着按分层30 cm浇筑两层,厚度达到65 cm时,开始试滑。试滑时将全部千斤顶同时缓慢平稳升起3 ~5 cm,然后检查脱模的混凝土凝固状态,脱出模的混凝土用手指按压有轻微的指印和不粘手,及滑升过程中有耳闻“沙沙”声,说明即已具备滑升条件。第4层浇筑后滑升15 cm,继续浇筑第5层,滑升15~20 cm,第6层浇筑后滑20 cm,稍事停歇,对所有提升设备和模板系统进行全面检查、修整后,即可转入正常滑升。②正常滑升。正常滑升,其分层滑升的高度要与混凝土分层浇筑的厚度相配合,控制在200~300 mm。2次提升的时间间隔不超过1. 5 h。气温较高时,增加1~2次中间提升,中间提升的高度为30~60 mm,以减少混凝土与模板的摩阻力。滑模正常滑升速度根据施工现场混凝土的初凝时间、混凝土供料、施工配合等具体情况合理确定,分层浇筑的时间间隔不超过允许时间间隔。正常滑升每次间隔按0. 5~2 h,控制滑升高度30 cm,日滑升高度控制在2 m左右。模板滑升时,要使所有的千斤顶充分地进、排油。提升过程中如出现油压增至正常滑升油压值的1. 2倍,尚不能使全部液压千斤顶升起时,停止提升操作,立即检查原因,及时进行处理。滑升过程中,操作平台应保持水平。各千斤顶的相对标高差不得大于40 mm。相邻两个提升架上千斤顶的升差不得大于20 mm。③完成滑升。当模板滑至距顶部1 m左右时,即进入完成滑升阶段。此时要放慢滑升速度,并进行准确的抄平和找正工作,以使最后一层混凝土能够均匀地交圈,保证顶部标高及位置的正确。
(4)抹面和养护[2]。混凝土表面修整是关系到结构外表和保护层质量的工序,当混凝土脱模后,须立即进行此项工作。用抹子在混凝土表面作原浆压平或修补,如表面平整亦可不作修整。为使已浇筑的混凝土具有适宜的硬化条件,减少裂缝,在辅助盘上设洒水管对混凝土进行养护。
(5)预埋件施工。根据设计要求和测量放线,准确进行预埋件安装工作,在辅助盘上及时将预埋件找出,并对预埋件周围混凝土进行修补。预埋件施工严格按照有关规范规定及技术要求进行施工。
3 质量控制
施工过程中进行跟班质量检查和隐蔽工程验收。严格每道工序,进行过程控制。按照施工规范要求,对钢筋的绑扎和连接、混凝土的平仓振捣、滑模的提升面的修整及养护进行检查验收,确保施工质量。
3. 1 混凝土浇筑控制[2]
(1)根据砂石含水量的变化,适时合理地调整混凝土的加水量,使混凝土坍落度及各项指标相对稳定。
(2)全程跟踪施工过程,检查并控制支撑杆(爬杆)的垂直度,及时纠偏。
(3)控制混凝土的浇筑厚度、浇筑的坯层厚度误差不大于5 cm。
(4)根据现场实际情况,控制和调整滑升(出模)时间,以防止混凝土由于出模时间过早或过晚而坍塌或出现表面裂纹。
(5)滑升前对钢筋安装进行验收,滑升过程中对钢筋的连接、绑扎、保护层进行严格控制,及时纠偏。
(6)滑升过程中,预埋件的安装应位置准确,固定牢固。出模后应及时清理,使预埋件外露,位置偏差不应大于20 mm。
(7)根据混凝土的初凝时间,控制混凝土的入仓强度,每一浇筑坯层保证在2 h内浇振捣完成,确保混凝土初凝前滑升。
3. 2 滑升控制[3]
根据混凝土初凝的实际时间,确定合理的滑升速度和分次滑升的时间间隔(20 cm内)。首先,初滑阶段,必须对滑模装置和混凝土凝固状态进行检查。正常滑升过程中,根据气温变化控制分次提升时间,千斤顶1个行程为30 mm,中间提升的高度控制为l~2个行程。在滑升过程中,操作平台应保持水平。各千斤顶的相对高差不得大于40 mm,相邻两个提升架上千斤顶的相对高差不得大于20 mm。
3. 3 模体体形控制
滑模中线控制。为保证结构中心不发生偏移,预埋件位置准确,利用井壁2个激光指向仪进行中心测量控制,同时也保证其他部位的测量要求。
滑模水平控制。一是利用千斤顶的同步器进行水平控制;二是利用测量仪器测量,进行水平检查。测量队每天对滑模进行2次垂直度和变形的观测,以确保垂直度和变形符合设计要求。
3. 4 滑模施工中出现的问题及处理
滑模施工中常出现的问题有:滑模操作盘倾斜、滑模盘平移、扭转、模板变形、混凝土表面缺陷、爬杆弯曲等,其产生的根本原因是千斤顶工作不同步,荷载不均匀,浇筑不对称,纠偏过急等。因此,在施工中首先把好质量关,加强观测检查工作,确保良好运行状态,发现问题及时解决。
(1)纠偏。利用千斤顶自身纠偏,即关闭4/5的千斤顶,然后滑升2~3行程,再打开全部千斤顶滑升2~3行程,反复数次逐步调整到设计要求。并针对各种不同情况,施加一定外力给予纠偏。所有纠偏工作不能操之过急,以免造成混凝土表面拉裂、死弯、滑模变形、爬杆弯曲等事故发生。
(2)爬杆弯曲处理。爬杆弯曲时,采用加焊钢筋或斜支撑,弯曲严重时切断,接入爬杆重新与下部爬杆焊接,并加焊“人”字形斜支撑。
(3)模板变形处理。对部分变形较小的模板采用撑杆加压复原,变形严重时,将模板拆除修复。
(4)混凝土表面缺陷处理。采用局部立模,补上比原标号高一级的膨胀细骨料混凝土并用抹子抹平。
(5)停滑措施及施工缝处理。滑模施工要连续进行,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,直到混凝土与模板不粘结(一般4 h左右)。由于施工造成施工缝,根据水电施工规范,预先作施工缝处理,然后在复工前将混凝土表面残碴除掉,用水冲净,先浇一层减半的骨料混凝土或水泥砂浆,然后再浇筑原配混凝土。
4 安全措施[4]
滑模施工必须遵守《液压滑动模板施工安全技术规程》(JGJ65-89)和其他有关技术规范、规程。①严格执行有关安全技术生产制度和安全技术操作规程。认真进行安全技术教育和安全技术交底,对安全关键部位进行经常性的检查,及时排除不安全因素,确保安全顺利施工。②井口做好安全防护栏,底脚设安全挡板,防止井边坠人及井上坠物伤人事件。井上、下必须使用统一的安全可靠的声、光控制信号,确保指挥安全。③滑模各操作盘的盘面要保持清洁,防止人员坠落和坠物伤人。④起重设备由专人操作和专人指挥,统一信号,预防发生碰撞。⑤加强机械设备维护、检查、保养,机电设备由专人操作。认真遵守用电安全操作规程,防止超负荷作业。⑥做好防雨、防雷措施,机电、起重设备及钢管脚手架做好接地。
5 结 语
调压井砌衬采用滑模工艺取得了较好的经济效果。实践证明,在等截面、大高度等截面调压井混凝土施工中,液压滑模工艺较常规混凝土衬砌施工具有工效高、进度快、施工质量和施工安全均有保障等优点。但其技术要求较高,要保证施工质量,就要控制好滑模在滑升过程中的整体平衡和均匀性,故对滑升时间和影响滑升时间的混凝土入仓强度的控制和支撑杆(爬杆)在施工中保持精准的铅垂度均有很高的要求,是施工控制的重点和难点。
参考文献:
[1]GBJ113-1987,液压滑动模板施工技术规范[S].
[2]DL/T5144-2001,水工混凝土施工规范[S].
[3]SL32-1992,水工建设物滑动模板施工技术规范[S].
[4]JGJ65-89,液压滑动模板施工安全技术规程[S]. |
