調壓井混凝土襯砌滑模施工
丁 偉,方志勇,張方安
(西北咨詢公司,湖北浠水 438218)
摘要:介紹了白蓮河抽水蓄能電站工程調壓井滑模結構及液壓滑模工藝。實踐證明:這種滑模用在圓截面深調壓井混凝土砌襯施工中,具有工效高、質量好和安全等優點。
關鍵詞:液壓滑模;滑模施工;調壓井;白蓮河抽水蓄能電站
中圖分類號:TV52 文獻標志碼:A
白蓮河抽水蓄能電站位于湖北省羅田縣境內。樞紐工程主要包括上庫主壩、副壩、引水系統、地下廠房系統和尾水系統,引水系統由上庫進(出)水口、引水隧洞、調壓井和高壓洞等組成。
本工程調壓井為2座,位于白蓮河大壩右岸山頂,相距約40 m。地面高程315. 00~325. 00 m,調壓井井身為圓筒形結構,由上至下為3種洞徑:D26 m段、D22 m段、D5 m段,井深97. 599 m。其中直徑為5 m的井身高程從232. 201~268. 000 m,混凝土襯砌高度為35. 799m,襯砌厚度為600mm;襯砌直徑為22m的井身高程從268~310 m,混凝土襯砌高度為42 m,襯砌厚度為1 000 mm。這2段采用液壓滑模系統施工。
1 滑模結構部件[1]
根據調壓井結構特征設計大小兩套滑模模體,小模體直徑為5 m,大模體直徑為22 m。整個滑模體采用整體鋼結構設計,滑模控制采用液壓自動調平控制臺,配套選用滑模專用千斤頂。從上至下共設有鋼筋制安兼模體防護平臺、澆筑平臺、抹面兼聯系梁襯砌和鋼爬梯制安3大平臺。整個滑模裝置主要由模板和圍圈、提升架、操作盤、支撐桿、液壓系統等幾大部分構成。
(1)模板和圍圈。模板是混凝土井壁成形的模具,其質量(主要包括剛度,表面平整度)的好壞直接影響著所澆筑混凝土的成形及外觀質量。本工程采用P3015優質小鋼模拼接而成。模板圍圈主要用來支撐和加固模板,使其形成一個整體,圖1為D22 m滑模平面結構。圍圈采用上、下兩道,根據其水平側壓力計算,選用[20槽鋼,上圍圈距模板上口平起,模板下圍圈與模板下口相距均為300 mm。上、下兩道圍圈間距1 200 mm,采用┖50×5短角鋼將圍圈與模板角鋼肋進行螺栓連接。
(2)提升架。提升架是滑升模板、圍圈及工作盤等的聯系構件,并且通過安裝于其頂部的液壓千斤頂,帶動聯系構件等模體上所有荷載沿支撐桿爬升。提升架選用“┓”形提升形式,選用2根I20工字鋼作立柱,δ=20 mm厚鋼板作頂板,δ=10 mm厚鋼板作肋。
(3)操作盤。操作盤是滑模的主要受力構件之一,也是模板施工的主要工作場地。各構件除滿足強度要求外,還應有足夠的剛度和整體穩定性。為避免施工作業面的混亂及不同施工間的相互干擾,在模體上部2. 5 m左右搭設鋼筋制安工作平臺兼做防護盤,這樣將混凝土澆筑與鋼筋制安工作面完全分開,不僅避免了相互干擾,同時也更為有效地保證了鋼筋制安的施工進度。在模板上、下口處分別設混凝土澆筑盤及抹面平臺,其中抹面平臺在本設計中還兼作聯系梁澆筑和爬梯制安的工作平臺。
混凝土澆筑盤及抹面平臺之間即為滑模主體桁架結構,為了保證安全,節省材料,減輕結構自重,采用輕型桁架輻射結構。主體桁架結構采用平行弦桁架梁結構,頂部混凝土澆筑操作盤與結構主體進行整體焊接,以達到較好的整體工作性能。結構主體再通過與圍圈焊接等方法直接或間接地附著于提升架的主體豎桿上,進而形成滑模整體,對模板起到橫向支撐的作用。平行弦桁架梁采用I20a工字鋼作為主輻射梁,[20槽鋼作為次輻射梁,上下主梁與主梁、主梁與次梁、次梁與次梁之間的交叉點處均采用219 mm鋼管作立柱,其余拉壓桿件均用┖75×7的角鋼連接。平臺板全部采用δ=4 mm花紋鋼板鋪面,盤面平整密封。
抹面平臺采用鋼結構懸吊布置,用┖75×7角鋼和25圓鋼焊制,上鋪δ=3 mm網紋鋼板,用25圓鋼懸掛在桁架梁上,輔助盤距井壁距離為200 mm。所有聯系梁均預留梁窩,模板滑過梁窩后利用抹面平臺在梁窩上搭設2根20a工字鋼用于底模支撐。抹面平臺在所有聯系梁處完全斷開,并在斷開兩側增設80 cm寬的獨立懸吊聯系梁作業平臺。施工時,梁兩側的施工人員由兩側進人孔分別進入作業面,嚴禁跨梁走人。
(4)支撐桿。支撐桿的下端固定在調壓井水平段基巖面上,并與滿堂紅腳手架結構連接牢固,上段穿過液壓千斤頂的通心孔,承受整個滑模荷載,將其傳遞給井壁,并作為井壁豎筋的一部分存留在混凝土井壁內。在選擇GYD60型液壓滑模千斤頂的同時,選擇48×
3. 5無縫鋼管作支撐桿。
(5)液壓系統。采用從廠家訂購的配套液壓系統(模體重量分別約為5. 6 t和57. 1 t)。
(6)輔助系統。包括預埋處理和灑水養護、中心測量、水平控制測量等裝置。灑水養護是混凝土施工的一個重要環節,灑水管用硬質塑料管,在輔助盤周邊安裝,在管上鉆孔,對混凝土表面進行灑水養護。
中心測量采用全站儀進行控制,在上井口安裝2臺激光投影儀,用于控制模體滑升。
水平測量利用水準管原理,在模體上布置透明膠管,充水固定在模體上進行水平度觀測,也可采用其他觀測方法。
2 襯砌滑模施工
調壓井襯砌滑模施工的主要工序有鋼筋綁扎、混凝土澆筑、滑模滑升平行作業,各工序連續進行互相適應(見圖2)。
(1)鋼筋綁扎、爬桿延長。模體就位后,即可按設計進行鋼筋綁扎、焊接,搭接及焊接。鋼筋綁扎要與混凝土的澆筑及模板的滑升速度相配合,按日滑升最大高度備料,并根據平面結構合理安排綁扎人員和劃分操作區段,使倉面每個區段的綁扎工作能夠基本同時完成,以盡量縮短綁扎時間。
施工時每層混凝土澆筑完畢后必須保證在混凝土表面上至少應有一道綁扎好的橫向鋼筋。豎向鋼筋綁扎時,在提升架上部設置鋼筋定位架,以保證鋼筋綁扎位置準確。鋼筋綁扎間距符合要求,每層水平鋼筋基本上呈一水平面,上下層之間接頭要錯開,豎筋間距按設計布置均勻,相鄰鋼筋的接頭也要錯開,鋼筋接頭全部采用焊接。
第1層插入千斤頂的支承桿,其長短不得少于4種,并按長度變化順序排列,使爬桿在同一標高處的接頭數量不超過25%。正常滑升時,每根爬桿長3. 0 m,要求平整無銹皮。當千斤頂滑升距爬桿頂端小于350 mm時,應接長爬桿,接頭對齊,不平處用角磨機找平,爬桿同環筋相連加固,并利用井壁錨桿對爬桿進行加固。
(2)混凝土澆筑[2]。滑模施工用混凝土由上庫進出水口HZ75-2F1500型混凝土拌和站生產,使用3~6 m3攪拌運輸車運至調壓井混凝土襯砌下料口,入混凝土輸料管下料。由于倉面較大,整個倉面上布設兩個施料口,施工時兩個操作區的操作人員配備要均衡,施工過程中兩個區相互協調,使兩區在澆筑數量和時間上大致相等。
混凝土澆筑要求分層對稱均勻下料,層澆筑厚度在30 cm左右,施工時必須分層均勻交圈澆筑,每一澆筑層的混凝土表面在一個水平面上,并有計劃勻稱地變換澆筑方向。層與層之間澆筑的間隔時間不大于混凝土的凝結時間(由試驗室確定),當間隔時間超過時按施工縫的要求進行處理。第1次向模板內澆筑混凝土時,分2~3層將混凝土澆筑至600~700 mm,等強后進行模板的試滑升工作。滑升進行正常滑升階段后,每次滑升前,宜將混凝土澆筑到距模板上口以下50~100 mm處,并將最上道橫向鋼筋留置在混凝土外,作為綁扎上一道橫向鋼筋的標志。
振搗采用插入式振搗器,操作時經常變換振搗方向,并避免直接振動爬桿及模板,振搗器插入深度不得超過下層混凝土內5 cm,模板滑升時停止振搗。
(3)模板滑升[3]。模板的滑升分為初試滑升、正常滑升和完成滑升3個階段。①初滑。模板初試滑升前,必須在對滑模裝置和混凝土凝結狀態進行檢查后進行。混凝土初次澆筑時先在底部澆筑5 cm砂漿,接著按分層30 cm澆筑兩層,厚度達到65 cm時,開始試滑。試滑時將全部千斤頂同時緩慢平穩升起3 ~5 cm,然后檢查脫模的混凝土凝固狀態,脫出模的混凝土用手指按壓有輕微的指印和不粘手,及滑升過程中有耳聞“沙沙”聲,說明即已具備滑升條件。第4層澆筑后滑升15 cm,繼續澆筑第5層,滑升15~20 cm,第6層澆筑后滑20 cm,稍事停歇,對所有提升設備和模板系統進行全面檢查、修整后,即可轉入正常滑升。②正常滑升。正常滑升,其分層滑升的高度要與混凝土分層澆筑的厚度相配合,控制在200~300 mm。2次提升的時間間隔不超過1. 5 h。氣溫較高時,增加1~2次中間提升,中間提升的高度為30~60 mm,以減少混凝土與模板的摩阻力。滑模正常滑升速度根據施工現場混凝土的初凝時間、混凝土供料、施工配合等具體情況合理確定,分層澆筑的時間間隔不超過允許時間間隔。正常滑升每次間隔按0. 5~2 h,控制滑升高度30 cm,日滑升高度控制在2 m左右。模板滑升時,要使所有的千斤頂充分地進、排油。提升過程中如出現油壓增至正常滑升油壓值的1. 2倍,尚不能使全部液壓千斤頂升起時,停止提升操作,立即檢查原因,及時進行處理。滑升過程中,操作平臺應保持水平。各千斤頂的相對標高差不得大于40 mm。相鄰兩個提升架上千斤頂的升差不得大于20 mm。③完成滑升。當模板滑至距頂部1 m左右時,即進入完成滑升階段。此時要放慢滑升速度,并進行準確的抄平和找正工作,以使最后一層混凝土能夠均勻地交圈,保證頂部標高及位置的正確。
(4)抹面和養護[2]。混凝土表面修整是關系到結構外表和保護層質量的工序,當混凝土脫模后,須立即進行此項工作。用抹子在混凝土表面作原漿壓平或修補,如表面平整亦可不作修整。為使已澆筑的混凝土具有適宜的硬化條件,減少裂縫,在輔助盤上設灑水管對混凝土進行養護。
(5)預埋件施工。根據設計要求和測量放線,準確進行預埋件安裝工作,在輔助盤上及時將預埋件找出,并對預埋件周圍混凝土進行修補。預埋件施工嚴格按照有關規范規定及技術要求進行施工。
3 質量控制
施工過程中進行跟班質量檢查和隱蔽工程驗收。嚴格每道工序,進行過程控制。按照施工規范要求,對鋼筋的綁扎和連接、混凝土的平倉振搗、滑模的提升面的修整及養護進行檢查驗收,確保施工質量。
3. 1 混凝土澆筑控制[2]
(1)根據砂石含水量的變化,適時合理地調整混凝土的加水量,使混凝土坍落度及各項指標相對穩定。
(2)全程跟蹤施工過程,檢查并控制支撐桿(爬桿)的垂直度,及時糾偏。
(3)控制混凝土的澆筑厚度、澆筑的坯層厚度誤差不大于5 cm。
(4)根據現場實際情況,控制和調整滑升(出模)時間,以防止混凝土由于出模時間過早或過晚而坍塌或出現表面裂紋。
(5)滑升前對鋼筋安裝進行驗收,滑升過程中對鋼筋的連接、綁扎、保護層進行嚴格控制,及時糾偏。
(6)滑升過程中,預埋件的安裝應位置準確,固定牢固。出模后應及時清理,使預埋件外露,位置偏差不應大于20 mm。
(7)根據混凝土的初凝時間,控制混凝土的入倉強度,每一澆筑坯層保證在2 h內澆振搗完成,確保混凝土初凝前滑升。
3. 2 滑升控制[3]
根據混凝土初凝的實際時間,確定合理的滑升速度和分次滑升的時間間隔(20 cm內)。首先,初滑階段,必須對滑模裝置和混凝土凝固狀態進行檢查。正常滑升過程中,根據氣溫變化控制分次提升時間,千斤頂1個行程為30 mm,中間提升的高度控制為l~2個行程。在滑升過程中,操作平臺應保持水平。各千斤頂的相對高差不得大于40 mm,相鄰兩個提升架上千斤頂的相對高差不得大于20 mm。
3. 3 模體體形控制
滑模中線控制。為保證結構中心不發生偏移,預埋件位置準確,利用井壁2個激光指向儀進行中心測量控制,同時也保證其他部位的測量要求。
滑模水平控制。一是利用千斤頂的同步器進行水平控制;二是利用測量儀器測量,進行水平檢查。測量隊每天對滑模進行2次垂直度和變形的觀測,以確保垂直度和變形符合設計要求。
3. 4 滑模施工中出現的問題及處理
滑模施工中常出現的問題有:滑模操作盤傾斜、滑模盤平移、扭轉、模板變形、混凝土表面缺陷、爬桿彎曲等,其產生的根本原因是千斤頂工作不同步,荷載不均勻,澆筑不對稱,糾偏過急等。因此,在施工中首先把好質量關,加強觀測檢查工作,確保良好運行狀態,發現問題及時解決。
(1)糾偏。利用千斤頂自身糾偏,即關閉4/5的千斤頂,然后滑升2~3行程,再打開全部千斤頂滑升2~3行程,反復數次逐步調整到設計要求。并針對各種不同情況,施加一定外力給予糾偏。所有糾偏工作不能操之過急,以免造成混凝土表面拉裂、死彎、滑模變形、爬桿彎曲等事故發生。
(2)爬桿彎曲處理。爬桿彎曲時,采用加焊鋼筋或斜支撐,彎曲嚴重時切斷,接入爬桿重新與下部爬桿焊接,并加焊“人”字形斜支撐。
(3)模板變形處理。對部分變形較小的模板采用撐桿加壓復原,變形嚴重時,將模板拆除修復。
(4)混凝土表面缺陷處理。采用局部立模,補上比原標號高一級的膨脹細骨料混凝土并用抹子抹平。
(5)停滑措施及施工縫處理。滑模施工要連續進行,意外停滑時應采取“停滑措施”,混凝土停止澆筑后,每隔0. 5~1 h,滑升1~2個行程,直到混凝土與模板不粘結(一般4 h左右)。由于施工造成施工縫,根據水電施工規范,預先作施工縫處理,然后在復工前將混凝土表面殘碴除掉,用水沖凈,先澆一層減半的骨料混凝土或水泥砂漿,然后再澆筑原配混凝土。
4 安全措施[4]
滑模施工必須遵守《液壓滑動模板施工安全技術規程》(JGJ65-89)和其他有關技術規范、規程。①嚴格執行有關安全技術生產制度和安全技術操作規程。認真進行安全技術教育和安全技術交底,對安全關鍵部位進行經常性的檢查,及時排除不安全因素,確保安全順利施工。②井口做好安全防護欄,底腳設安全擋板,防止井邊墜人及井上墜物傷人事件。井上、下必須使用統一的安全可靠的聲、光控制信號,確保指揮安全。③滑模各操作盤的盤面要保持清潔,防止人員墜落和墜物傷人。④起重設備由專人操作和專人指揮,統一信號,預防發生碰撞。⑤加強機械設備維護、檢查、保養,機電設備由專人操作。認真遵守用電安全操作規程,防止超負荷作業。⑥做好防雨、防雷措施,機電、起重設備及鋼管腳手架做好接地。
5 結 語
調壓井砌襯采用滑模工藝取得了較好的經濟效果。實踐證明,在等截面、大高度等截面調壓井混凝土施工中,液壓滑模工藝較常規混凝土襯砌施工具有工效高、進度快、施工質量和施工安全均有保障等優點。但其技術要求較高,要保證施工質量,就要控制好滑模在滑升過程中的整體平衡和均勻性,故對滑升時間和影響滑升時間的混凝土入倉強度的控制和支撐桿(爬桿)在施工中保持精準的鉛垂度均有很高的要求,是施工控制的重點和難點。
參考文獻:
[1]GBJ113-1987,液壓滑動模板施工技術規范[S].
[2]DL/T5144-2001,水工混凝土施工規范[S].
[3]SL32-1992,水工建設物滑動模板施工技術規范[S].
[4]JGJ65-89,液壓滑動模板施工安全技術規程[S]. |
