滑模技术在莲花水电站厂房施工中的应用
摘 要 莲花水电站主厂房上、下游墙如按混凝土支模方法施工,将满足不了1996年发电的工期要求。为此采用了滑模施工技术,经过1995年10月14日至11月14日1个月的施工实践,证明滑模法施工是可行的:施工效率高,速度快,日平均滑升速度为1.5 m。同时,经济效益好,与支模板法比较,可节约大量的支、拆费用,并减轻了体力劳动。由于这项技术的运用,就保证了安装间封顶的工期,为首台机组按期发电奠定了坚实基础。
莲花水电站主厂房共有4个机组段和2个安装间, 4个机组段和2个安装间的上、下游墙均计划采用滑模法独立滑升,高程从173.68~193.43 m,墙宽均为60 cm,上、下游墙跨度为28.9 m, 4个机组和1号安装间长度均为26.5 m, 2号安装间长24.5m。4个机组段和2个安装间的上、下游墙分别有4个吊车柱和4个吊车梁牛腿,有门、窗孔洞142个。
安装间滑模施工从1995年10月14日开始至11月14日结束,历时1个月,达到封顶面貌,完成混凝土浇筑1 944 m3,钢筋安装158.1 t。
1 方案选择
在主厂房上、下游墙施工前,将现支模板法与滑模法从如下几个方面作了比较:
(1)模板量。经计算, 4个机组段和2个安装间的上、下游墙如果采用现支模板法施工,支模量为16 437.5 m2,而采用滑模法施工,支模量为382.8m2。
(2)所需劳动力。不计运输劳动力, 1个机组段(或1个安装间)上、下游墙,如果采用现支模板法施工,需劳动力120人,而采用滑模法施工,需劳动力60人。
(3)材料消耗。整个主厂房上、下游墙,如果采用现支模板法施工,需钢模板5 000~6 000 m2(按周转3次计),支撑木方(按实际周转次数8次计),需消耗松木方710.1 m3,杂木方157.8 m3,消耗模板拉筋23 t,并且需绑扎脚手架12 679.5 m2。而采用滑模法施工,需钢模板382.8 m2(周转使用),滑模模体消耗钢材60 t,支承杆44.4 t。
(4)工期。1个机组段(或1个安装间)如果按实际现有的劳动力和设备能力,每面墙按设计分6层浇筑,需30 d完成,而采用滑模法施工,每面墙只需15 d即可完成,每面墙缩短工期近15 d。
(5)造价。整个主厂房上、下游墙施工,如果采用现支模板法施工,按钢模板和木模板各50%考虑,全部施工结束约需100.3万元。而采用滑模法施工,全部施工结束约需63.5万元。可节约资金近40万元。
从以上5个方面比较可知,采用滑模法施工主厂房上、下游墙,不但可以缩短工期而且经济合理,所以,决定选择滑模法方案对主厂房上、下游墙进行施工。
2 滑模设计
滑模装置包括模板、围圈、提升架、操作平台、液压提升系统和精度控制系统。具体布置图1、2。
2.1 模 板
选用150 cm×30 cm×5.5 cm(P3015)定型钢模板,不符合模数的配板采用2.5 mm厚钢板自制,阴角模板为15 cm×15 cm×150 cm (E1515),阳角模板为10 cm×10 cm×150 cm(Y1015),连接角模为5.5 cm×5.5 cm×150 cm(J0015)。经计算,强度和挠度均满足要求(计算过程略)。模板上口距千斤顶横梁下缘的高度为60 cm,模板与围圈之间用12钢筋连接件焊在一起,每隔1块模板在上、下围圈各焊上1个此连接件。
2.2 围 圈
选用[16槽钢制作,围圈的连接采用等截面刚性焊接连接,并且上、下围圈的接头应错开,在转角处做成刚性角。上、下围圈的间距为100 cm,上围圈距模板上口为30 cm,下围圈距模板下口为20cm。初升阶段下围圈的受力最大,选其计算,并复核强度与挠度要求。
2.3 提升架
选用“开”形提升架,立柱和横梁均采用[16槽钢制作,为刚性焊接连接, 1个提升架安装2台千斤顶。初升阶段提升架受力最大,选其计算,并复核强度与挠度要求。
2.4 支承杆
选用25、A3圆钢作支承杆,长度为3 m,接头用M16丝扣连接,丝扣长度3 cm。支承杆距模板的距离为20 cm。
2.5 操作平台
在提升架立柱外侧做整体式操作平台,宽度为1 m,平台结构为三角形,横梁为[16槽钢,斜杆为∠63°角钢,横梁和斜杆均与提升架立柱焊接。操作平台与模板上口相平,以利于绑扎钢筋和混凝土从侧面入仓。操作平台上施工人员、工具、设备、材料等荷载按60 MPa考虑。经计算,强度满足要求(计算过程略)。
2.6 液压提升系统
每面墙用1台YKT-36型液压控制台,布置在操作平台一端。选用GYD-35型滚珠式空心千斤顶。油路采用并联式,主油管用3.8 cm无缝钢管,分油管用高压胶管,每个分油管均设控制阀。
2.7 辅助平台
在操作平台下面做1个悬挂式辅助平台,挂在操作平台的三角架上,辅助平台用16钢筋制作,需设护拦并挂安全网。
2.8 精度控制系统
水平度控制采用水位管观测法。在液压控制台附近设1个储水箱,用15 cm (6英寸)塑料管或胶管,经操作平台下面通向各个观测点,用玻璃管刻出水平刻度线,随时观测,即可发现千斤顶是否在同一高程上。如不在同一高程上,及时调整千斤顶升差。垂直度控制采用激光铅直仪,经常测量,发现偏斜,及时调整。
3 滑模施工
3.1 模体安装
采用现场组装法。首先,在墙体外侧做好外悬平台,作为安装用,外悬平台用型钢固定在墙体外露立筋上,然后在墙体中心(垂直墙体长度方向)用型钢做1个单排承重构架,最后,进行各种构架组装。
3.2 钢筋安装
滑模施工中,钢筋安装的劳动强度较高,钢筋安装速度与滑升速度相适应,每个浇筑面上最少外露1道绑扎好的水平钢筋,所有钢筋弯钩必须一律背向模板,并且位置准确。钢筋安装好后,及时加以保护,避免发生错动和变形,若有变动,及时调整。
3.3 预埋件安装
预埋件的安装可以与钢筋安装同时进行,各种预埋件均应符合设计和规范要求,预埋件没有安装好之前,不允许浇筑混凝土。
3.4 混凝土运输
混凝土水平运输,每面墙采用3台6 m3混凝土罐车,从拌和楼运至施工现场,运距约1.5 km,混凝土垂直运输,主要利用布置在主厂房下游尾水平台上的高架门机。每面墙设有4个下料点,混凝土从侧面分点入仓,在操作平台上安装好溜头,混凝土由门机吊卧罐卸入溜槽,然后由溜槽溜入仓面。
3.5 混凝土浇筑
钢筋、预埋件等施工完毕,经验收合格后,方可进行混凝土浇筑。采用人工平仓,按一个方向分层浇筑,浇筑层的厚度为20~30 cm。采用50电动振捣器振捣混凝土。混凝土浇筑应保持连续性,如因故中止且超过允许间歇时间,则应按浇筑缝处理,在处理过程中,每隔0.5~1.5 h提升1~3个行程,以免模板与混凝土粘牢。
3.6 滑升与纠偏
(1)滑升。初升阶段开始滑升时,需对滑模装置和混凝土强度进行检查。混凝土可1次浇筑至1.0m高,当混凝土强度达到0.2~0.4 MPa时,即可进入正常滑升阶段。正常滑升阶段采用间隔提升法, 2次提升的间隔时间一般不超过1.5 h,平均滑升速度为0.1 m/h。在门、窗孔洞处模体空滑时,支承杆需进行加固,采用钢筋斜拉法,即用16圆钢把支承杆与墙体立筋连在一起,或用16圆钢把几根或10几根支承杆连成1组,以减少支承杆的长细比,增加稳定性。
(2)纠偏。应预防偏斜,严格控制各千斤顶的升差,保持操作平台水平,尽量使操作平台上的荷载分布均匀。当发生偏差时,纠偏有2种方法:一种是调整平台高差,即把偏斜一边的千斤顶提起一定高度,使平台有意向反方向滑升,把垂直偏差调整过来;另一种是在千斤顶下加楔形垫片,使操作平台在继续滑升过程中向反方向倾斜,把垂直偏差调整过来。
3.7 门、窗和牛腿施工
(1)门、窗施工方法。当滑模滑至门、窗底面时,按设计尺寸支好门窗2侧固定模板,紧贴固定模板背面,在可滑升的钢模板上,焊上高1.5 m的Φ20圆钢,这样,滑模滑升时,固定模板不动,就形成了门、窗的2个边框。滑模滑至门、窗顶面时,停止滑升,按一般支模方法支好门、窗顶面的固定模板,然后继续滑升,这样,就形成了门、窗顶框。固定模板的宽度可比墙宽小1 cm左右,以防止滑升时模板之间卡紧(见图3)。
(2)牛腿施工方法。当滑模滑至距牛腿底部2.5 m时,在柱子中心距柱头50 cm处预埋一根槽型钢,用作固定牛腿底面模板的拉筋。当滑至牛腿底面时,把柱头的围圈割掉,在牛腿施工用围圈上安好模板,空滑60 cm后停止滑升,支好牛腿底面模板,然后开始滑升,直至滑完牛腿。底面模板宽度可比设计断面小0.5~1.0 cm (见图4)。
3.8 模体拆除
采用分段整体拆除法,当滑至高程193.43 m时,把模体空滑至模板完全脱离混凝土面,然后进行拆除,拆除程序如下:液压控制系统→模板→辅助平台→操作平台上的跳板、材料、设备及下料装置。
以上部件拆除完毕后,把模体切割成3段,利用门机吊至安装间下游预先平整好的场地上检修,以利于周转使用。
4 结 语
莲花水电站安装间上、下游墙滑模施工实践证明,滑模法施工在主厂房上、下游墙施工中是可行的,并有下优点。
(1)施工效率高。滑模施工中的材料运输、钢筋安装、预埋件安装、混凝土浇筑、模板提升等各工序之间均紧密相衔接,并做到了有条不紊,施工效率高,速度快,日最高滑升速度达2.5 m,日平均滑升速度为1.5 m。安装间上、下游墙及山墙从高程173.68~193.43 m施工共用了1个月的时间,比现支模板法缩短工期近2个月,从而保证了1995年底安装间封顶,并为1996年首台机组发电奠定了坚实的基础。
(2)经济效益好。滑模施工法与当前普遍采用的现支模板法比较,可节约大量的支、拆模费用,减轻支、拆模繁重的体力劳动,具有可观的经济效益,如果莲花水电站主厂房上、下游墙均采用滑模法施工,可节约资金近40万元。
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